超寬帶UWB室內(nèi)定位技術簡介
UWB技術用于室內(nèi)定位較之 WiFi、ZigBee、RFID等優(yōu)勢突出，前景相當樂觀，尤其適合室內(nèi)高精度跟蹤定位。這是因為UWB 是以極窄脈沖傳輸數(shù)據(jù)的短距離無線載波通信技術，由于抗干擾、低功耗、低截獲、強穿透等優(yōu)點，尤其適合室內(nèi)高精度定位，使用時對UWB參考點與移動目標上的UWB 標簽進行距離、時間的解算，從而可獲得厘米級的精度，該技術廣泛用于工廠定位、交通樞紐、物流管理、電力巡檢等領域，市場空間巨大。UWB 技術與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合，三維地圖形成協(xié)同，更是有望涉足智能家居、可穿戴設備市場，可預見超寬帶室內(nèi)定位系統(tǒng)的智能化將是必然趨勢。
無線定位系統(tǒng)要實現(xiàn)精確定位，首先要獲取定位解算所需的參數(shù)信息，然后構(gòu)建相應的解算模型，根據(jù)這些參數(shù)信息和模型求解定位目標的準確位置。UWB 具有超高的時間和空間分辨率保證式可以準確獲得待定位目標的時間和空間信息，時間信息可以轉(zhuǎn)化為距離信息，最終求得待定位目標的位置。
基于 UWB 的定位技術通常采用測向和測距來實現(xiàn)定位，按照其測量參數(shù)的不同可以外為3種方法：基于接受信號強度 （Received Signal Stength, Rss）的檢測方法、基于到達角度（Angle Of Arrival, AOA）估計的檢測方法和基于到達時間（Time/Time Difference Of Arrival, TOA/TDOA） 估計的檢測方法。
3種常用的UWB定位方法中基于A0A的檢測方法屬于側(cè)向技術，需要多陣列天線或波束形技術等，增加了系統(tǒng)成本，而且定位的精度也取決于波到達角度的估計；基于RSS 的方法則依賴于線路損耗模型，精度和節(jié)點間的間距密切相關，對信道的環(huán)境極為敏感，魯棒性較低；和前兩種方法相比，基于 TOA/TDOA 的檢測方法是通過估計信號到達時延或時延差從而來計算發(fā)射與接收兩端的距離或距離差，這種方法充分利用了超寬帶信號高的時間分辨率，能體現(xiàn)超寬帶在精確定位方面的優(yōu)勢，在目前的研究中受到較多的關注。
典型的超寬帶室內(nèi)定位系統(tǒng)如圖所示，該系統(tǒng)采用基于 TDOA 的檢測方法。系統(tǒng)主要由標簽（Tags）、接收機和中心處理器三部分構(gòu)成，每個接收機都與中心處理器相連，它們都被固定在已知的位置，并且接收機到處理器的傳輸時延已知。標簽在空間的位置是未知的，每隔一段時間標簽就發(fā)送一次定位信號。系統(tǒng)簡化的工作流程如下：
（1）標簽向接收機發(fā)送定位信號。
（2）各個接收機檢測到標簽發(fā)送的定位信號并將其發(fā)送給中心處理器。
（3）中心處理器收到傳輸?shù)臅r間差，通過某種特定的算法，就可推算出標簽的位置。
標簽發(fā)射電路的時鐘讀出存儲器中的偽隨機調(diào)制編碼信息，用來控制調(diào)制電路中脈沖間隔的變換。經(jīng)過偽隨機碼調(diào)制的時鐘序列激勵窄脈沖產(chǎn)生電路產(chǎn)生窄脈沖，然后通過天線發(fā)射出去。在某些特殊的場合要求較高的探測距離，則需要在窄脈沖產(chǎn)生器的后端連接脈沖放大電路，對脈沖進行放大，之后再利用天線輻射向室內(nèi)空間。UWB 接收機在系統(tǒng)時鐘的控制下接收標簽電路發(fā)射的 UWB信號。由于電磁波在輻射的過程中，會混雜入各種噪聲和其他干擾信號，所以，必須將無用信號過濾出去，得到包含有用信息的信號。其次，因為脈沖的寬度極窄，必須先對接收到的信號等效采樣，然后才能進行篩選，提取有效信息。最后經(jīng)過中心處理單元特定的定位單法，得到精確的標簽位置信思。簡而首之，超黨帶定位素統(tǒng)熊是產(chǎn)生、發(fā)射、接收和處理極窄脈沖信號的無線電系統(tǒng)，而定位標簽在整個系統(tǒng)的功能是產(chǎn)生和發(fā)射定位信號，是超寬帶室內(nèi)定位系統(tǒng)的基礎，在整個系統(tǒng)中占有舉足輕重的地位，因此，研究和設計出性能良好的超寬帶定位標簽對超寬帶室內(nèi)定位系統(tǒng)的發(fā)展具有重要的意義。
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