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一、何为UWB（超宽带）技术？ UWB超宽带技术与传统通信技术有极大的差异，它不需要使用传统通信体制中的载波，而是通过发送和接收具有纳秒或纳秒级以下的极窄脉冲来传输数据，从而具有GHz量级的带宽。超宽带室内定位可用于各个领域的室内精确定位和导航，包括人和大型物品，例如贵重物品仓储、矿井人员定位、机器人运动跟踪、汽车地库停车等。 超宽带系统与传统的窄带系统相比，具有穿透力强、功耗低、抗多径效果好、安全性高、系统复杂度低、能提供精确定位精度等优点。因此，超宽带技术可以应用于室内静止或者移动物体以及人的定位跟踪与导航，且能提供十分精确的定位精度。 二、UWB市场规模 传统企业的资源利用和工作流优化，使企业对基于UWB技术的实时定位系统的应用需求日益增长，这促进了UWB技术在定位精度方面的进步，提升了其市场竞争力。 预计2018-2022年期间，UWB技术将广泛渗透进入智能制造、智能建设、养老医疗、公共安全、物流运输等行业的室内定位系统应用，逐渐成为追踪和定位服务的主流技术。随着人们渐渐认识到自动资产追踪和管理的优势，2018~2022年期间，基于超宽带技术的实时定位系统和无线传感器网络市场的增长也将高于平均增长速率。 三、UWB定位技术适用领域 EHIGH恒高作为UWB定位专家，是全球领先的10cm高精度位置服务提供商。其在室内定位领域已有8年专业领域经验、6年产品研发经验

超宽带技术是采用极窄的脉冲信号实现无线通信，被称为脉冲无线电，其信号相对带宽不小于 0.2，绝对带宽不小于 500 MHz。根据经典雷达成像理论，距离分辨率 δ x 与信号宽度 T m 有如下关系：δ x =vT m /2，其中 v 是信号在传播介质中的传播速度。由此宽带特性可知，超宽带定位技术有极高的测距精度。其采用的脉冲宽度为纳秒或亚纳秒级，理论上可以获得厘米甚至毫米级的测距精度。由于 UWB 系统发射的是持续时间极短且占空比很低的窄脉冲，因此其多径信号在时间上可分离。此外，UWB 采用跳时扩频信号，系统具有较宽阔的频带，根据香农公式，信道容量 C 一定的情况下，高带宽可以降低信噪比。因此，UWB 具有很强的抗干扰性。 1、三边定位算法 三边测量法适合三个参考节点对一个未知节点实行定位，其通过未知节点与参考节点的距离公式列出三个数学关系式，进而求解需要定位的节点坐标。未知节点的位置计算原理如图2所示。设三个参考节点的坐标分别为 A(x 1 , y 1 )、B(x 2 , y 2 )、C(x 3 , y 3 )，未知节点 D 的坐标为 (x, y)，该节点到 A、B、C 的距离分别为 r 1 、r 2 、r 3 ，由此可得式（1）： 2、质心算法 质心算法是依靠节点互相通信找出与距离定位节点较近的参考节点，将这些参考节点构成的多边形区域的质心作为定位节点的位置估计，如图 3 所示

UWB定位系列专题： UWB定位: 第一篇 . 简介 UWB定位: 第二篇 . 原理 UWB定位: 第三篇 . 市场分析 UWB定位: 第四篇 . Apple Iphone11 U1芯片 & Apple UWB专利 UWB定位: 第二篇 . 原理 定位方案 接收信号强度指示(RSSI) 飞行时间(TOF) / 到达时间(TOA) 双向测距(TWR) 多边定位算法 到达时差(TDOA) TDOA定位算法 到达角度AOA / 到达相差PDOA AOA定位算法 总结 定位方案 接收信号强度指示(RSSI) RSSI(Receive Signal Strength Indicator)通过测量无线信号在接收端的功率大小并根据无线信号的Friis传输模型计算出收发端之间的距离， P r [ d B m ] = P t [ d B m ] + G t [ d B ] + G r [ d B ] − L [ d B ] − 20 log ⁡ 10 ( 4 π d / λ ) ⇓ d = λ 4 π 1 0 ( P t − P r + G t + G r − L ) / 20 \begin{gathered} P_r[dBm] = P_t[dBm] + G_t[dB] + G_r[dB] - L[dB] - 20\log_{10}(4\pi d/\lambda) \\ \Downarrow \\

UWB定位系列专题： UWB定位: 第一篇 . 简介 UWB定位: 第二篇 . 原理 UWB定位: 第三篇 . 市场分析 UWB定位: 第四篇 . Apple Iphone11 U1芯片 & Apple UWB专利 UWB定位: 第一篇 . 简介 背景介绍 室内定位系统(IPS) 基于位置服务(LBS) 超宽带(UWB)技术 UWB定位系统 无线定位方案比较 UWB定位应用 UWB定位面对的挑战 背景介绍 室内定位系统(IPS) 自20世纪70年代美国开始研制全球定位系统GPS(Global Positioning System)，并于1994年建成以来，其在军事、工业、民用等领域的应用取得了巨大成功。然而，由于GPS采用UHF信号，加之从卫星发射的GPS信号到达地面时衰减到很弱的功率，使得GPS很难进一步穿透如地底、水下、建筑物等。同时，对于如建筑密集的城区，建筑等产生的GPS反射信号干扰原始GPS信号降低其信噪比，使得GPS也无法很好地工作，因而GPS大多应用于室外空旷场景。 尽管GPS主导了室外场景下米级精度的定位市场，然而却无力进一步扩展到对位置感知需求愈加强烈的室内场景。作为未来工业4.0基础的智慧工厂、智能制造、智能物流、人机协作等，需要通过对原料、货物、资产、设备、人员等进行实时高精度的定位与追踪，从而实现对生产流程、客户需求、市场反馈、商品成本等进行快速调整和优化。

iPhone 11中的U1芯片开启了超宽带革命。 作者 | Jason Snell 译者 | 弯月，责编 | 郭芮 出品 | CSDN（ID：CSDNnews） 以下为译文： 苹果很喜欢讨论他们为iPhone设计的芯片，却不愿泄露任何尚未发布产品的消息。新的U1芯片正是如此，该芯片随着iPhone 11一起发布，但在近日的iPhone发布会上苹果却对该芯片只字未提。U1中嵌入了新的技术，能显著地改变各种智能设备互相交互的方式，但苹果只利用它增强了AirDrop。 当然，背后的故事更为复杂。一些报道声称，苹果在研究追踪用的配件，利用这些配件能以极高的精度跟踪任何物体。如果你相信这些报道，那么或许就能解释为何苹果对此只字不提了。苹果很可能会在产品发布的时候才介绍U1芯片中的无线标准——超宽带（UWB）技术。在那之前，我们能看到的只有苹果官网上的一段话： “苹果设计的U1芯片采用了超宽带技术来感知空间，因此iPhone 11能够了解自己周围其他搭载了U1苹果设备的精确位置。它就像是给iPhone增加了另一种感觉器官，而这会带来不可思议的新能力。” 不可思议的新能力？苹果的营销文本说得很对——UWB技术可以让设备精确地感知其他设备的位置。根据UWB芯片制造商Decaware的市场副总裁Mickael Viot提供的消息，UWB设备仅通过原始数据就能达到10厘米的精度

室内定位之所以能快速被各行各业所接纳，最主要的原因之一就是定位技术种类繁多。常见的室内定位技术有超声波技术、红外线定位技术、蓝牙定位技术、WiFi定位技术、UWB定位技术、ZigBee定位技术、射频技术、视觉定位等。 不同行业对定位精度的需求有所不同，所以使用的定位技术也不尽相同。其中，智能制造、智能建设、养老医疗、石油化工等行业使用最多的就是UWB定位技术。 一、何为UWB定位技术？ UWB概念的提出可追溯到1960年，但是一直被看作是基带、无载波的脉冲技术，只能用于军事上的雷达系统。直到1989年，美国国防部（DARPA）才首次使用了“UWB”这个称呼，并规定在-20dB处的绝对带宽大于1.SGHz或相对带宽大于25%的任何信号均称之为UWB信号。 2002年，FCC（美国联邦通信委员会）对UWB的定义作了修改，规定信号-10dB绝对带宽大于0.5GHz或相对带宽大于、等于20%，就称之为UWB信号。 同年2月22日，FCC准许UWB技术进入民用领域，用户不必进行申请即可使用。之后，随着微电子器件的高速发展，UWB定位技术在国际上掀起了研究和应用的热潮，被认为是下一代无线通信的革命性技术。 二、UWB定位技术优势分析 1）定位精度高，10cm精确定位 UWB定位技术是目前室内定位行业定位精度最高的定位技术。因定位算法、硬件设备等原因，不同企业研发的UWB定位系统精度会略有差异

UWB室内定位系统是由EHIGH恒高研发团队及核心技术来源于电子科技大学（电子科学与技术、信息与通信工程的双一流A+国家级重点学科）。系统可达10cm级定位精度，可满足系统集成商、终端用户实现不同的定位业务需求（3D、2D定位、1D测距以及区域存在检测）。应市场需求，EHIGH恒高还可提供一套快速帮助开发者实现二次开发的SDK位置服务开发平台，解决集成商二次开发技术难、耗时长、成本高的问题，提升定位系统可集成性、功能的灵活性，最大化满足客户的个性化需求。 采用 UWB室内定位技术 ，通过在需要定位的区域内部署一定数量的定位基站（至少3台定位基站才能形成一个定位环境），以及为人员、车辆、物资佩戴标签卡的形式，实时获取人员精确位置，室内定位系统由硬件定位设备、定位引擎、应用软件组成，精度高达10cm。通过定位标签发射信号，定位基站接收信号，定位引擎计算标签的位置。通过绑定在人或物品上的定位标签，EHIGH恒高UWB室内定位系统可以对目标进行实时的定位和跟踪。 UWB室内定位实现： 每个定位标签以UWB脉冲重复不间断发送数据帧； 定位标签发送的UWB脉冲串被定位基站接收； 每个定位基站利用高敏度的短脉冲侦测器测量每个定位标签的数据帧到达接收器天线的时间； 定位基站通过WIFI或者以太网实现与后台服务器通信； 定位引擎参考标签发送过来的校准数据，确定标签达到不同定位基站之间的时间差

ToF（Time of Flight） 飞行时间测距法 ToF为飞行时间测距法，通过测量脉冲信号从出发到返回的时间，乘以传播速度（脉冲信号在空气中的传播速度为定值v=30万KM/秒），得到往返一次的距离，除以2即为UWB定位标签到定位基站间的距离。 UWB定位基站的坐标已知，测得标签到基站距离后，通过三点定位法画3个圆，交点即为UWB定位标签的位置。 如上图所示：UWB定位基站的坐标分别为R1（x1、y1）、R2（x2、y2）、R3（x3、y3），基站R1、R2、R3在安装部署时位置固定且坐标已知，所求定位标签的坐标为Ro（xo、yo）。设定d1、d2、d3分别为3个定位基站与定位标签Ro之间通过信号的传播时间计算的相对距离，每个基站以相对距离为半径画一个圆形轨迹。利用三个圆形方程能够计算出唯一的交点，计算公式如下公式所示： 测距方法属于双向测距技术，它主要利用信号在标签和基站之间往返的飞行时间来测量节点间的距离。传统的测距技术分为双向测距技术和单向测距技术。ToF属于双向测距技术，而TDoA则是单向测距技术，只需要测量定位基站到定位标签之间的单程距离即可。 TDoA（Time Difference of Arrival） 到达时间差 TDoA定位是一种利用时间差进行计算的方法。精准的绝对时间相对较难测量，通过比较信号到达各个UWB定位基站的时间差，计算出信号到各个定位基站的距离差