关于用于室内定位和导航的超宽带技术 (UWB)
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UWB室内定位系统出现于 20 多年前，但直到最近才普及到需要标准化和统一的无线工具来连接计算机硬件的企业。使用 UWB 系统，可以解决一些非常重要的任务，包括：
可靠的数据保护；
高速数据传输支持；
对象定位；
减少能源消耗。
超宽带技术具有潜力。由于定位精度高，范围从10到30厘米，超宽带技术被广泛用于控制企业危险场所的周界和控制工作场所的KPI执行情况。
什么是超宽带技术？
UWB 是一种超宽带技术，用于在短距离内传输高频脉冲。UWB 信号以高达几 GHz 的频率传输，达到 25% 到 100% 的带宽。
计算机和外围设备需要高速接口，但使用蓝牙® 和标准 802.11并不总是有助于实现既定目标。此类协议的主要缺点是带宽较小（平均高达 19 Mbits/sec），这对于需要高速传输速率的应用来说是不合理的。
超宽带技术特性
UWB 信号被识别为频谱宽度超过 500 MHz 且范围为 3.1 至 10.6 GHz 的任何其他信号。它们足够弱 (41.5 dBm/ MHz)。该技术的实施不需要符合直接能见度的条件，它仅使用一些外部元素即可实现。UWB RTLS（实时定位系统）是一种昂贵的技术解决方案，可确保安装 UWB 跟踪设备（跟踪器），能够确定高达 10 厘米的位置。
UWB 跟踪和定位如何工作？
在企业基础设施中实施 UWB 位置跟踪时，每个被跟踪的资产都配备了一个带有内置或附加累加器的特殊标签。在其工作中，该标签接收数十亿个无线电脉冲，这些脉冲在宽频率范围内以纳秒的间隔发射。接收器或转发器检测这些信号并将它们转化为信息，从而可以确定物体的位置。
UWB技术可以解决哪些业务任务？
超宽带是一种利用高频电磁辐射的无线通信协议。该技术基于宽带宽 (500 MHz)，有时会超过短距离和长距离数据传输的最小带宽。此功能允许在地理定位系统中使用 UWB 技术并解决范围广泛的任务，以提高业务流程的效率。
各种活动领域的资产跟踪
公司可以广泛使用 UWB 来跟踪资产。在 UWB 跟踪的帮助下，监控商店中的手推车、生产场所的设备和库存变得更加容易。在运动中，该系统可以跟踪场上的运动员；在博物馆或展览中，它可以控制展品的位置。该协议可以帮助提高企业的安全性，防止盗窃，并确保动产的保存。
室内导航
UWB 技术帮助公司提高服务质量。在公司基础设施实施该技术后，用户可以获得室内导航，并有可能在移动应用程序中创建建筑物的交互式地图。超宽带定位技术允许：
建立通往兴趣点的路线。
快速找到必要的房间、商品和服务。
根据位置发送通知和提示。
实时提供有用的内容。
监控访客/员工的移动
该系统允许公司控制其员工的工作并持续跟踪他们的活动：上班时间、迟到时间、在场所周围的活动。通过实时跟踪，管理层可以协调员工的行动，及时调整日常任务。此外，信标可以帮助监控访客移动、分析流量并更好地了解客户的行为，这在制定营销策略中起着重要作用。
智能家居
UWB技术是实现“智能家居”系统的理想工具。超宽带传感器不断监测访客的移动并使设备执行某些动作，例如：
打开\关闭房间的灯以节省能源。
调节扬声器的音量。
管理气候控制。
保持通气模式。
启动报警系统等。
零售和购物中心的营销和广告机会
在使用超宽带的同时，购物中心和商店可以及时向访客提供商品的相关信息。该平台向客户发送问候、广告、销售通知和促销活动。由于这项技术，商店获得了额外的营销渠道，可以更快地推广品牌或分离库存商品。
生产物流企业数字化
在专门生产商品的生产企业中，超宽带可以成为物流和生产数字化的一个组成部分。该系统有助于快速轻松地将车间、仓库、技术流程数字化，从而有助于提高生产力和优化业务流程。
社交距离追踪
由于 Covid-19 大流行，公司必须采取措施组织社会疏远。UWB技术有助于有效解决这一任务。作为其实施的一部分，该公司的员工配备了可穿戴设备，可以立即通知接近另一个人。因此，可以排除过于密切的接触，并将冠状病毒感染工作人员和访客的风险降至最低。
UWB定位的位置计算方式
在定义位置时，系统使用以光速传播的非常短的信号。它们的到达时间是在宽带宽内计算的，因此定位精度可以达到 10 到 30 米。根据公司的需要，UWB跟踪可以使用AoA、TDoA、TWR或PDoA等计算方法。
时差
优点：最节能的方法
工作原理：传感器以预设的时间间隔发出信号，标签在不同时间（取决于距离）接收到信号。传感器的位置是通过信号之间的时间差来计算的。TDoA 通常称为双曲线定位。由于该方法是根据信号到达的时间进行计算，因此需要基站之间有明确的同步。
应用范围：实时计算大量物体的位置。
PDoA
优点：可以与有限的基础设施一起使用
工作原理：为了定义位置，传感器评估接收天线信号之间的相位差。距离接收设备较远的天线的脉冲带有延迟，这允许计算被跟踪对象的位置。信号角度是相对于锚点确定的。
适用范围：仓库等资产较多的场所。
行波雷达
优点：定位稳定，精度高。
工作原理：标签发出被接收器检测到的短脉冲。距离是根据信号从发送时刻到接收时刻所花费的时间来计算的。SDS-TWR被认为是一种更先进的方法，它在两个不同的方向上连续应用双重测量。
应用范围：定义设备的位置。
到达角
优点：在有限的基础设施内具有高精度。
工作原理：在使用 AoA 时，移动物体发出跟踪传感器检测到的信号。接收器获得这些脉冲并允许通过到达角度和标签方向计算位置。在计算中还考虑了信号电平。
应用范围：实时定义对象的位置。
超宽带技术与其他技术
UWB室内定位系统在优势和应用的普适性方面不输给其他射频技术。然而，该系统有一些相当大的差异，主要差异在于定位精度水平和宽频谱。高精度允许在对象的实时定位可能至关重要的地方使用 UWB 软件。让我们考虑一下超宽带与 Wi-Fi 和 iBeacon 之间的其他区别。
无线上网
Wi-Fi 被认为是用于定义对象位置的最广泛使用的射频技术之一。但在UWB精度上还是明显不如UWB。超宽带技术定位物体的精度高达 10-30 米，而 Wi-Fi 提供的结果在 3-5 米的范围内。
相对于Wi-Fi，UWB不怕信号干扰，具有高度的灵活性。它需要更少的能源，从而降低了开发成本。然而，基于 Wi-Fi 的平台可以使用现有的基础设施来实现，而 UWB 的实现则需要购买额外的设备。
Wi-Fi 和 UWB 的更详细比较在这里：https ://navigine.com/blog/uwb-vs-wifi/ 。
iBeacon
iBeacon 和 UWB 有很多共同点。这两个系统都具有低能耗、高精度和跟踪目标的可靠性的特点。但与此同时，它们也有一些差异，在组织 RTLS 时应予以考虑。例如，iBeacon 的数据传输范围和速度更小，而 UWB 与蓝牙® 相比更精确。
如上所述，使用 UWB 的室内定位可以检测物体，精度可达 30 米，而 iBeacon 可以在 1-5 米内定位它们。原因是超宽带技术采用了通过信号飞行时间来定位物体的ToF方法来计算。Bluetooth® 使用 RSSI 方法定义位置，该方法按距离进行计算，无法确保必要的准确度。
超宽带技术的优势
目前，超宽带技术具有广阔的发展前景。它应该在不久的将来在大众市场中得到广泛使用，并有助于实现许多业务解决方案。这是由于该系统区别于同类系统的多种优点造成的：
对 HF 频谱可用性没有限制；
抗噪性；
同时支持数百个频道的可能性；
速度范围广泛的可扩展性；
作为全球、本地和个人网络的同步性能；
使用无线电频谱的设备的全球兼容性；
由于噪声级的信号功率，具有高数据保护能力；
光谱灵活性；
高精度超宽带定位和目标跟踪；
创建个人通信网络的可能性，该网络将与办公室中的其他 Wi-Fi 技术和平共存。
技术不仅有优势，也有一些劣势。由于宽带和高功率，超宽带信号会阻碍现有系统和通信线路。超宽带技术的不同之处在于信号持续时间短。此类信号可以通过匹配滤波器或自相关设备检测到，但在这种情况下，接收可能难以同步。
超宽带技术应用领域
每年，超宽带定位都越来越受到企业代表的追捧。该技术过去仅应用于军事场所，但现在已应用于工业、医疗、贸易、文化和物流等领域。
零售和购物中心
在交易中，UWB保证了货物和设备位置的透明性。它有助于在商店周围组织便捷的导航，构建具有兴趣点可视化的交互式地图，并实时监控员工。得益于该系统，零售商可以轻松提高员工绩效并显着提高客户对特定地点的忠诚度。
卫生保健
由于 UWB 信号不会相互影响，也不会与其他射频成分相互作用，因此该技术可以成功应用于创建抗噪声解决方案。因此，在医疗保健领域，它用于跟踪呼吸机或 X 光设备以及快速搜索和定位任何其他医疗资产（RTLS 医院跟踪），包括轮椅或昂贵的机器。
物流仓储
在仓库基础设施中实施 UWB 系统可以更有效地管理业务流程。它在跟踪货物、库存或车辆方面具有很高的优先级，尤其是在需要知道资产的确切位置的情况下。公司可以使用运输和叉车跟踪系统，调整日常任务，确保有效的业务流程优化，并有助于立即响应紧急情况。
行业
UWB跟踪广泛应用于工业领域。在工厂基础设施中实施，该系统执行多项功能：
构建带有访问区域的交互式地图；
地图上的人员和资产可视化；
实时跟踪对象；
为车辆创建最佳路线；
警告可能与车辆或员工发生碰撞；
设备停机控制；
跟踪员工联系人以遵守监管要求并提高劳动安全。
运输
该系统可以成为机场或火车站范围内导航和定位的有效解决方案。它可以帮助乘客创建交通枢纽的地图，建立前往兴趣点的路线，轻松定位场地。在设备上放置标签可以让管理人员控制其移动，定义自行式乘客台阶、牵引车和站台巴士的确切位置。此外，该技术可确保持续跟踪人流，并有助于避免在拥挤的地方发生拥堵。
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提升卡
变色卡
千斤顶
