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　　UWB(Ultra Wide Band，UWB)即超寬帶技術(shù)，早于二十世紀(jì)九十年代由USA國防高級研究計劃局提出，用于區(qū)分常規(guī)雷達(dá)和利用具有大分?jǐn)?shù)帶寬的短脈沖波形雷達(dá)的便利手段。早期的UWB技術(shù)多用于軍事領(lǐng)域中，如通信和雷達(dá)。超寬帶技術(shù)的優(yōu)勢超寬帶技術(shù)作為一種新型無線通信技術(shù)，相比于其它傳統(tǒng)通信技術(shù)，它的優(yōu)勢凸顯在軍事戰(zhàn)略通信、航空航天通信和其他特殊通信領(lǐng)域。同時，由于超寬帶通信系統(tǒng)的技術(shù)原理的不同，它還具有很多其他傳統(tǒng)的通信系統(tǒng)難以抗衡的優(yōu)勢，超寬帶技術(shù)的一些主要特點如下所述：(1)高速率、大容量：由香農(nóng)公式可知，超寬帶系統(tǒng)的信息傳輸傳輸速率可達(dá)500Mbit/s，信道容量可達(dá)1000kbps/m2，是目前信道容量大的無線通信技術(shù)，能夠滿足當(dāng)今乃至未來信息發(fā)展的需求。(2)高精度、探測強(qiáng)：由于超寬帶系統(tǒng)具有微秒甚至納秒級的時間分辨率，且有比傳統(tǒng)無線電磁波信號更強(qiáng)的信號穿透力，因此勘測能力極強(qiáng)。這使得超寬帶技術(shù)不僅被應(yīng)用于在大山深處進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，還被應(yīng)用于在地下停車場或是其它封閉場景中，對車輛或物體進(jìn)行定位。(3)成本低、功耗?。河捎诔瑢拵到y(tǒng)是基于基帶信號的，因此，無需復(fù)雜的收發(fā)裝置，搭建成本低。并且收發(fā)的超寬帶脈沖信號都是納秒級的，這使得系統(tǒng)的傳輸功率很小，功耗很低。超寬帶系統(tǒng)在室內(nèi)的功耗僅為1-2mW之間，甚至可以低至UW級，僅需要提供較低的電源功率就能讓整個超寬帶系統(tǒng)平穩(wěn)運作。(4)高安全性：由于超寬帶信號一般采用直接序列擴(kuò)頻和跳頻擴(kuò)頻兩種擴(kuò)頻通信技術(shù)，因此，產(chǎn)生的帶寬極寬，信號以極窄脈沖的形式存在。若想截獲超寬帶信號，則必須有能夠識別極窄脈沖信號的設(shè)備。并且，如果要對截獲的超寬帶信號進(jìn)行解調(diào)，那么在接收機(jī)處必須具有擴(kuò)頻碼，否則無法解調(diào)出信號所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。因此，超寬帶技術(shù)擁有較高的安全性。這就使得超寬帶技術(shù)在軍事戰(zhàn)略領(lǐng)域具有相當(dāng)大的潛力，可以提高整個軍事系統(tǒng)的信息安全級別。(5)多徑分辨能力強(qiáng)：多徑效應(yīng)是影響無線信號質(zhì)量的主要原因，而超寬帶使用的是間歇性脈沖信號，可將信號的多徑分量和發(fā)射分量很好分離，所以，其具有較強(qiáng)的多徑分辨能力。超寬帶技術(shù)與傳統(tǒng)定位技術(shù)比較目前主要有以下六種常用的無線)RFID定位：作為一種可自動識別的無線射頻技術(shù)，RFID新鴻德物聯(lián)的RFID射頻技術(shù)通過非接觸的方式讀取并保存標(biāo)簽節(jié)點的特征數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)化為距離信息，再結(jié)合TOA、TDOA等定位方法實現(xiàn)對標(biāo)簽節(jié)點的定位。(2)Zigbee定位：當(dāng)采用Zigbee定位時，需先在定位區(qū)域內(nèi)合理布置錨節(jié)點，然后標(biāo)簽節(jié)點廣播信息，錨節(jié)點獲取接收信號強(qiáng)度，再結(jié)合相關(guān)定位方法，實現(xiàn)對標(biāo)簽節(jié)點的定位。(3)超聲波定位：超聲波定位是基于反射測距法的定位技術(shù)。采用超聲波定位時，標(biāo)簽節(jié)點不間斷地向周圍發(fā)射同頻信號，待錨節(jié)點接收到信號后，立即將信號反射回標(biāo)簽節(jié)點。由回波和反射波的時間差，可得二者間的距離，從而求解標(biāo)簽節(jié)點的位置坐標(biāo)。(4)藍(lán)牙定位：采用藍(lán)牙定位時，錨節(jié)點通過藍(lán)牙發(fā)送信號，待標(biāo)簽節(jié)點收到信號后，獲取接收信號強(qiáng)度，并據(jù)此估算二者間的距離，從而求解標(biāo)簽節(jié)點的位置坐標(biāo)。(5)Wi-Fi定位：采用Wi-Fi定位時，需先在定位區(qū)域內(nèi)合理布置錨節(jié)點，待標(biāo)簽節(jié)點廣播信號后，錨節(jié)點可將接收信號強(qiáng)度和信號傳輸時間等信息，轉(zhuǎn)化為距離信息，然后通過相關(guān)算法求解標(biāo)簽節(jié)點的位置坐標(biāo)。(6)超寬帶定位：采用超寬帶定位時，標(biāo)簽節(jié)點獲取信號傳輸時間以及接收信號強(qiáng)度等，并將其轉(zhuǎn)化為距離和距離差等信息，最后通過相關(guān)定位算法，可得待求標(biāo)簽節(jié)點坐標(biāo)。超帶寬技術(shù)定位信息獲取方法在室內(nèi)定位系統(tǒng)定位標(biāo)簽位置時一般需要選擇合適的方法測量待測標(biāo)簽與定位基站之間的距離，一般的測距方法有：接收信號強(qiáng)度法(Received Signal Strength Indication，RSSI)、信號到達(dá)時間(Time of Arrival，TOA)、到達(dá)時間差法(Time Difference of Arrival，TDOA)、信號到達(dá)角度法(Angle of Arrival，AOA)等。原始定位信息的獲取決定著UWB定位系統(tǒng)的精度(1)RSSI定位方案接收信號強(qiáng)度法即RSSI，首先根據(jù)標(biāo)簽發(fā)出信號的強(qiáng)度和固定基站收到信號的強(qiáng)度，然后再并參考信道衰落模型，就可以得到信號強(qiáng)度與距離的關(guān)聯(lián)，進(jìn)而就可求出定位標(biāo)簽和固定基站的距離，多次測量估計就可得到方程組。信號強(qiáng)度法(RSSI)在室內(nèi)定位時會存在多徑效應(yīng)等影響，進(jìn)而造成信號衰減，最終導(dǎo)致定位精度受損，且該方法在室內(nèi)不能定位機(jī)器人三維坐標(biāo)。(2)AOA定位方案AOA原理為根據(jù)到達(dá)角可以在信號發(fā)射端和信號接收端之間畫出角度的方向線，信號接收端的位置就是方向線的交點。對于一個移動的定位目標(biāo)，需要兩個信號發(fā)射端來進(jìn)行定位。一般使用天線陣列或者是定向天線來測量AOA，AOA主要的優(yōu)點就是對于系統(tǒng)沒有時鐘同步要求，而且相較于其他定位方案，AOA方案只需很少的信號發(fā)射端。而缺點是相較于其他定位方案，AOA定位需要特殊的天線，所以系統(tǒng)硬件比較復(fù)雜。另外一個缺點是對于遠(yuǎn)距離的定位目標(biāo)，AOA的定位效果會明顯下降。(3)TOA定位方案基于接收信號時間法即TOA，也為信號到達(dá)時間定位法，由TOA測量定位標(biāo)簽發(fā)射的信號和固定基站接收的信號，就會得到一個時間，之后在拿這個時間和光速相乘積，就可以得到兩者之間的估計距離?？山茖⑷齻€固定基站看作圓心且將固定基站與標(biāo)簽的測距看作圓的半徑，假設(shè)在視距下兩兩基站相交于一點，在運用三邊定位算法可得到最終的定位估計值，因此需要至少三個固定基站參與移動標(biāo)簽的定位，該方法的缺點是對硬件時鐘同步要求很高，表示為UWB信號的傳播速率，計算公式可得最終定位估計值，利用TOA測距至少需要三個固定基站，還要保證三個以上的固定基站不能在一條線上，TOA由于需要時鐘完全同步，因此對硬件的要求較高，進(jìn)而成本較高(4)TDOA定位方案TDOA是基于到達(dá)時間差定位，系統(tǒng)中需要有精確時間同步功能。時間同步有兩種，一種是通過有線ns以內(nèi)，同步精度非常高，但由于采用有線，所有設(shè)備要么采用中心網(wǎng)絡(luò)的方式，要么采用級聯(lián)的方式，但增加了網(wǎng)絡(luò)維護(hù)的復(fù)雜度，也增加了施工的復(fù)雜度，成本升高。并且，系統(tǒng)中還有一個專用的有線時間同步器，綜合價格比較昂貴。另一種是通過無線做時間同步，采用無線ns，精度稍遜于有線時間同步，但其系統(tǒng)相對來說更為簡單，定位基站只需要供電，數(shù)據(jù)回傳可以采用WiFi、Zigbee等方式，有效降低了成本?；緯r間同步之后，標(biāo)簽發(fā)送一個廣播報文，基站收到之后，標(biāo)記接收到此報文的時間戳，將內(nèi)容發(fā)送到計算服務(wù)器，計算服務(wù)器更加其他基站的定位報文的時間戳，計算出被定為目標(biāo)的位置超帶寬技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域UWB技術(shù)最早出現(xiàn)在上世紀(jì)60年代，主要用于軍事雷達(dá)。由于它具有隱蔽性好、傳輸速率高、系統(tǒng)容量大、功耗低、抗干擾能力強(qiáng)等諸多優(yōu)勢，逐漸應(yīng)用于通信和定位領(lǐng)域。特別是FCC在解除UWB在民用領(lǐng)域的限制后，UWB得到了迅速的發(fā)展，常見的應(yīng)用領(lǐng)域如下:UWB技術(shù)具有系統(tǒng)功耗低、容量大、傳輸速率快、抗干擾能力強(qiáng)、定位精度高等優(yōu)勢，在室內(nèi)高精度定位方面得到了越來越廣泛的應(yīng)用。目前應(yīng)用較多的場所主要有以下方面：(1)智慧工廠。近年來隨著工業(yè)4.0的提出，大型工廠企業(yè)的自動化、智能化水平不斷提升，對于工廠設(shè)備的實時位置和職工的運動軌跡和自身安全都提出了更高的要求。UWB由于其定位精度高、標(biāo)簽容量大和實時傳輸?shù)奶攸c，有利于工廠對人員和設(shè)備進(jìn)行實時智能化管理，同時可以有效預(yù)防安全問題的發(fā)生。(2)智能家居。采用UWB定位技術(shù)，可以對家具、電器位置等進(jìn)行一個實時定位，形成一個完整的家居布局圖。人們可以對家居環(huán)境有一個整體的了解，并可以進(jìn)行合理的調(diào)整，使家居布局更加合理，同時可快速找到所需的家居。(3)養(yǎng)老院、監(jiān)獄的智能化管理。這倆個地方具有人員密集度高、流動性大的特點，傳統(tǒng)的管理模式很難做到對每一個人員位置信息的實時掌握。UWB定位技術(shù)通過給每個區(qū)域安裝定位基站，同時給每個人員配發(fā)標(biāo)簽的方式，使得管理人員可以輕松的獲取每個人員的實時位置，使管理效率大大提高。此外，在地下停車場、隧道、礦井、圖書館、超市等地方UWB室內(nèi)定位技術(shù)也得到了越來越多的應(yīng)用，通過對所需目標(biāo)的實時精準(zhǔn)定位，實現(xiàn)了高效便捷的管理機(jī)制和多功能并存的智能管理系統(tǒng)，將來在可預(yù)見的消費電子和通信領(lǐng)域得到大規(guī)模的應(yīng)用。(4)石油化工:石油化工場景屬于高危環(huán)境，UWB定位技術(shù)可以對幫助現(xiàn)場作業(yè)人員進(jìn)行險情預(yù)警以及方便援救逃生。近些年相應(yīng)的政策出臺以保障此高危行業(yè)的安全。(5)物流倉儲:倉儲物流環(huán)節(jié)的UWB應(yīng)用可以解決倉庫物資的高周轉(zhuǎn)效率問題。通過UWB定位，可以實時的對倉庫里各類物料以及人員進(jìn)行精確的監(jiān)控，顯著提升生產(chǎn)效率。(6)建筑施工:建筑施工行業(yè)采用UWB定位技術(shù)可以實現(xiàn)現(xiàn)場進(jìn)度可控、減少浪費以及提升施工人員的安全保障,提升施工效率。