SKYLAB厘米級(jí)UWB超寬帶定位系統(tǒng)架構(gòu)及功能

SKYLAB參展的2018慕尼黑上海電子展已經(jīng)圓滿閉幕，有不少工程師在E4館的SKYLAB展位上體驗(yàn)了一把厘米級(jí)UWB室內(nèi)定位，不但能夠?qū)崟r(shí)了解關(guān)鍵物體（攜帶定位標(biāo)簽的人員、設(shè)備）的位置，準(zhǔn)確的記錄關(guān)鍵物體移動(dòng)的行為軌跡，對(duì)設(shè)備點(diǎn)的定期巡檢，實(shí)時(shí)監(jiān)控還能夠?qū)ξｋU(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行告警，提醒訪客和其他非相關(guān)人員不要靠近危險(xiǎn)區(qū)域。本篇SKYLAB君就來(lái)詳細(xì)為大家介紹一下SKYLAB厘米級(jí)UWB超寬帶定位方案的系統(tǒng)架構(gòu)及功能。

展會(huì)現(xiàn)場(chǎng)演示UWB超寬帶定位

UWB超寬帶定位概述

UWB（Ultra Wide Band ）即超寬帶技術(shù)，它是一種無(wú)載波通信技術(shù)，利用納秒級(jí)的非正弦波窄脈沖傳輸數(shù)據(jù)，因此其所占的頻譜范圍很寬。傳統(tǒng)的定位技術(shù)是根據(jù)信號(hào)強(qiáng)弱來(lái)判別物體位置，信號(hào)強(qiáng)弱受外界影響較大，因此定位出的物體位置與實(shí)際位置的誤差也較大，定位精度不高，而UWB定位采用了寬帶脈沖通訊技術(shù)，具備極強(qiáng)的抗干擾能力，使定位誤差減小。

UWB超寬帶定位主要設(shè)備和組件

UWB定位系統(tǒng)框圖

UWB定位系統(tǒng)大致分為位置感知層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層和定位應(yīng)用層，主要包括：UWB定位基站、UWB定位標(biāo)簽、UWB模塊、軟件接口等。

UWB定位基站

UWB基站

定位基站（定位傳感器）可以通過(guò)到達(dá)時(shí)間差（TDOA）測(cè)量技術(shù)，來(lái)確定標(biāo)簽的位置，并將數(shù)據(jù)傳輸至網(wǎng)絡(luò)控制器及定位引擎軟件，定位精度達(dá)到厘米級(jí)。

UWB定位標(biāo)簽

UWB標(biāo)簽

定位標(biāo)簽為有源標(biāo)簽，能做成不同的形態(tài)固定在物體、車輛或佩戴在人員身上使用，在不同應(yīng)用環(huán)境下?lián)碛卸嘧冃?。它的定位精度最高可達(dá)到5-10cm，標(biāo)簽發(fā)出的UWB脈沖信號(hào)，通過(guò)定位基站（定位傳感器）接收和傳輸。每一個(gè)標(biāo)簽都有唯一的ID號(hào)，可通過(guò)這個(gè)ID號(hào)將定位的物體聯(lián)系起來(lái)，使定位基站（定位傳感器）通過(guò)標(biāo)簽找到實(shí)際定位的位置。標(biāo)簽傳輸信號(hào)持續(xù)時(shí)間很短，能夠允許成百上千的標(biāo)簽同時(shí)定位。

UWB模塊（SKU603）

UWB模塊（SKU603）

UWB模塊SKU603集成了DecaWave的DW1000超寬帶UWB收發(fā)器IC和GD32F130G8U6 MCU。 該模塊將天線，所有RF電路，電源管理和時(shí)鐘電路集成在一個(gè)模塊中。為了節(jié)省模塊處于靜態(tài)時(shí)的模塊功耗，該模塊集成了一個(gè)三軸線性加速度計(jì)。它可用于雙向測(cè)距或TDOA定位系統(tǒng)，以將資產(chǎn)定位到10厘米的精度，并支持高達(dá)6.8 Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率。

軟件接口

軟件接口

全局位置顯示，歷史軌跡，電子圍欄，并提供位置信息對(duì)接客戶應(yīng)用服務(wù)器，具體協(xié)議雙方協(xié)商；

UWB超寬帶定位流程

（1）每個(gè)定位標(biāo)簽以UWB脈沖重復(fù)不間斷發(fā)送數(shù)據(jù)幀；

（2）定位標(biāo)簽發(fā)送的UWB脈沖串被定位基站接收；

（3）每個(gè)定位基站利用高敏度的短脈沖偵測(cè)器測(cè)量每個(gè)定位標(biāo)簽的數(shù)據(jù)幀到達(dá)接收器天線的時(shí)間；

（4）定位引擎參考標(biāo)簽發(fā)送過(guò)來(lái)的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，確定標(biāo)簽達(dá)到不同定位基站之間的時(shí)間差，并利用三點(diǎn)定位技術(shù)及優(yōu)化算法來(lái)計(jì)算標(biāo)簽位置。

（5）采用多基站定位多采用TDOA（Time difference of Arrival）算法。

厘米級(jí)UWB超寬帶定位具體應(yīng)用：

實(shí)時(shí)位置系統(tǒng)

人員定位

資產(chǎn)定位

智能機(jī)器人

無(wú)人機(jī)

除草機(jī)

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