UWB定位系统概述

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1、OUbisenseUbisense精密实时定位系统超宽带(UWB)是射频应用技术领域的一项重大突破。Ubisense公司利用该技术构建了革命性的实时定位系统 (RTLS)，该系统能够在传统的挑战性应用环境中达到较高 的定位精度，并具有很好的稳定性；而诸如RFID、WiFi的技术并不能完成该类应用。Ubisense 7000 系统系统包含三部分：电池供电的活动标签， 能够发射UWB 信号来确定位置；位置固定的传感器，能够接收并估算从标 签发送过来的信号；以及综合所有位置信息的软件平台，获取、分析并传输信息给用户和其他相关信息系统。在该系统中，标签发射极短的 UWB脉冲信号，传感器 接收此信号，并

2、采用综合的测量手段来计算标签的位置。由于采用了 UWB技术，加上Ubisense独特的传感器功能，确 保了较高的定位精度和室内应用环境的可靠性，而通常这些室内应用极具挑战性：墙壁和金属物的反射，导致较强的多 路径效应。传感器通常按照蜂窝单元 (Cell)的形式进行组织， 典型的划分方式是矩形单元，附加的传感器根据其几何覆盖 区域进行增加；每个定位单元中，主传感器配合其他传感器 工作，并与单元内所有检测到位置的标签进行通讯；通过类似于移动通讯网络的蜂窝单元组合，能够做到较大面积区域的覆盖；标签的位置通过标准以太网线或无线局域网，发送到 定位引擎软件；定位引擎软件将数据进行综合，并通过API接口传

3、输到外部程序或 Ubisense定位平台，实现空间信息 的处理以及信息的可视化；由于标签能够在不同定位单元 (Cell)之间移动，定位平台能够自动在一个主传感器和下一 个主传感器之间实现无缝切换。在建立系统时，需要对整 体的多单元空间结构指定 3D参考坐标系。当标签在参考Ubisense系统高达15cm的3D定位精度，使得用 户能够完成一系列的新型应用。例如：- 设备的精密时间与空间定位，如在仓库中将货物、设备的位置信息与条形码扫描仪的数据相结合； 在仓库中将叉车放置货物时车叉的位置数据与货盘或垫板的ID数据结合，实现货盘中货物的定位； 物体间关联信息自动检测，如在无需人工输入情 况下，检测出

4、相似于某特别类型的小车或其他模 型，并选择正确的程序来驱动这个自动机械工具； 在汽车制造厂最后的质量检测段，进行车辆的识 别与定位；监控紧急状况中雇员是否已经到达指定区域；或决定是否真正缺人并需要外协；Ubisense系统通常能够在12个月以内快速回收投 资，这是因为系统产生的数据能给那些不直观、不真实 的复杂工作过程提供一定的透明度；当Ubise nse系统嵌入到生产过程后，它能够为工人提供清晰的位置信息， 降低了由人为错误引发的损失，同时也减少了任务的执行时间。这最终使得企业改进了生产品质，并降低了生 产成本。坐标系内的多个单元中移动时，可视化模块能够实时显示标签位置。在实际的应用中，有诸

5、多的方法可供选择，以设计出满 足应用需求和物理环境的系统。如：定位区域的几何划 分，不同区域的定位精度要求，哪些物体附着定位标签，哪一种速度是正常的，期望物体间产生何种的操作与交 互行为，哪些是固定或未加标签的物资，电池寿命的需 求，供电的方式或以太网通讯的方式，与其他RF系统的融合，等等。Ubisense和授权代理商均提供该系统的相关设计服务。Ubisense 标签(Tag)7000系列定位系统提供2种定位标签。它们针对不同的 应用设计，并有不同的性能。这两种标签均能够达到15cm的3D定位精度，并且提供达每秒 20次的位置数据刷新率。 标签带有数据存储器，能够用来存储诸如识别码的数据。所有

6、的标签均有 UWB信号发射器，以及一个板载的 2.4Ghz ISM频段的双工射频传输设备。双向射频设备用来 传输传感器与标签之间的控制信息。传感器可以控制标签只发射UWB信号，而UWB信号的发射以及标签数据的刷 新率均由传感器来驱动。这种动态的数据刷新方式，使 得标签可根据其速度和应用的要求，仅在需要时发射信号，节省了电池的能量。如果标签是固定的，它将以较 低的速率进行数据刷新，直到板载震动传感器检测到标 签的移动，并立即激活标签进行信号的发射。标签以低 于1mW的极低功率发射 UWB脉冲，这降低了 UWB系统 对其他RF系统的干扰，并能够延长电池的使用寿命。女口： 在以5秒每次的持续数据刷新

7、状态下，电池能够使用5年。细长型标签和紧凑型标签能够采用工业级外壳包 装，具有抗机械性损伤，防尘、防湿的特性。Ubise nse同时也提供温度范围扩展型的标签产品。细长型标签设计用于人员的携带或者固定于物体 上。它带有2个可编程按钮，例如，可用于打开或锁上 附近的远程控制门； 同时带有2个LED灯，以及一个蜂鸣 器，能够由应用程序激活而提供信息反馈：当众多的工 人聚集在一起时，能够通过指定的标签来识别某一个工 人，或者当一个工人进入危险区域时，提供听得见的声 音报警信息。紧凑型标签设计用于工业环境，并能够轻松通过多种附着方式，安全地固定于各种物体上。它具有一个按 钮和一个LED灯，能够与应用程

8、序进行双向的交互。7000系列传感器传感器是非常灵敏的检测装置，能够可靠地检测标签发 出的低功率UWB脉冲，同时可以区别反射信号和直射信号。 每个传感器采用特殊的天线阵列，测定发射过来的UWB信号到达角度；若先设定标签在空间坐标系中Z轴的高度，信号传感器就能够测定其具体的位置。对于测定最近的几米位 置，并且标签固定于相对较大，如拖车、小汽车等物体上， 这种操作模式是非常好的高效方式。相对于单个传感器对特定标签进行定位的模式，两个传感器能够测出精密的3D位置信息，大大提高了定位精度。 如果两个传感器进一步通过时间同步线连接起来，而采用到达时间差(TDOA)的定位方式，3D定位的精度将达到 15c

9、m。单个传感器AOA定位方式和TDOA定位方式的结 合，使系统达到不同的定位精度水平；Ubise nse系统这种独特的能力，为设计高效的解决方案提供了较大程度 的灵活性。越多的传感器接收到标签所发出 UWB信号，就有越 多的测量手段来测定精确的位置。这种冗余的设计是工业场合可靠工作的关键因素。即使UWB脉冲信号在某些疋位方式传感器个数定位结果用途/评价单个传感器AOA13D定位(假设已知高度)高性价比定位AOA2个或更多3D定位无线跟踪定位AOA和 TDOA2个或更多高精度3D定位高级应用方向上被人、金属、液体物质等遮挡，至少有两个传感 器能够接收到信号并实现 3D定位的概率也会大大增加。传感

10、器并不需要与标签在视线范围内进行通讯，因为UWB信号能够穿透墙壁和其他物体。不同的材料和厚度导 致不同程度的信号衰减，例如，射频信号根本不能穿透金属。 由于这个原因，在系统设计前有必要进行现场环境的射频性 能测量。传感器通过以太网（无线或有线方式）实现相互间的 通讯，也可以通过以太网连接来接收它们的固件程序。 传感器可以选择交换机 POE供电，也可以选择外部直 流电源供电。根据需要，传感器能够被置于特制的防雨 外壳中并工作于户外环境。网址：http:/www.d onn Email : mkt.rtls网址：http:/www.d onn Email : mkt.rtlsUbisense软件平

11、台网址：http:/www.d onn Email : mkt.rtls软件平台设计为两个运行组件和开发工具。基本的运行组件是定位引擎软件，借助它能够建立并校准Ubisense传感器、标签，并通过图形化界面配置定位单元和对象。组件包含有多种上下文关联的计划任务和过滤算法，使得系统的性能、行为与接受它所提供数据的软件相协 调。.NET 2.0 API提供所有的配置功能、获取标签带有时间戳的X,Y,Z坐标信息、驱动平台与标签之间的双向通讯。定位引擎软件设计用于简化从Ubisense传感器和标签传回的坐标数据，并集成到第三方软件产品中。1wDeveloperLocation PlatformLoca

12、tion Engine#Bt1 _1Alternative Sensor NetworksUbisense Sensor Network除定位引擎在建立并运行 Ubise nse传感器系统方面的 功能外，定位平台产品是一个完整的RTLS软件平台，它能同时从Ubisense传感器、标签以及其他 RTLS传感器系统获 取数据，如常规的有源、无源RFID系统，温度、震动检测器等非位置传感器设备。有诸多的工具可以用于描述、定义 2D或3D的物理环境与对象关系。空间关系可以按照移动、 固定的对象来定义，并分成区域。交互过程始终被监控并用于触发事件，最终被应用软件获取。如当可视对象小车 进入制造设备的死角

13、时，小车能够被突出显示。数据能 够通过API发布到其他信息系统中，或持久存储于关系 型数据库中，也可以保存为其他格式供以后分析。权限 控制功能确保敏感数据受到保护，而安全性数据仅供授权人员查看或修改。定位平台的设计贯穿企业的应用， 它能在微软.NET 2.0中实现，并且客户端能够在包括 PDA在内的多种设备上运行。 包含可视化API在内的所 有API，将也能够在浏览器中运行。定位引擎运行在一个或多个标准的处理器上，这取决于定位网络构造的规模。它能在Windows或者Linux两种操作系统上运行。可视化的终端、交互单元、应用 设计都将在.NET环境中实现。定位开发平台集成了一系列的开发工具， 允

14、许定位 平台数据模型扩展为新类型的对象和关系。它同时有一个模拟器，使用和定位平台相同定义的几何关系及对象 实现，无须安装任何传感器即可实现标签的移动。网址：http:/www.d onn Email : mkt.rtls网址：http:/www.d onn Email : mkt.rtls产品认证：所有的Ubisense 7000系列产品均通过欧盟 CE和北美FCC认证，因此该系统可以在任何与欧盟采用相同 标准的国家免除授权；当我们获取FCC批准时，将同样适用于采用相同标准的国家。在其他国家的正常运作，需要从相应的权威部门获取授权。B座-2213室X DONN唐恩科技物联定位事业部电话：400-633-9750地址：常州科教城科教会堂 亠洶：:点击打开百度地图网址：http:/www.d onn Email : mkt.rtls