UWB室内定位系统整体解决方案介绍.doc

1、UWB 室内定位系统1. 公司简介成都恒高科技有限公司，致力于高精度无线定位技术与视觉图像处理技术，打造两者相结合的“四维高精度定位系统”。该系统包含传统意义的无线电三维空间合作式定位安防，并辅以视觉定位、视频联动的非合作式定位监管。恒高旨在为客户提供全方位定位安防监管，以保障客户的人员物资安全。恒高结合定位及视觉数据，精准分析企业客户的人员行为，规范人员作业方式。在保障安全的同时，提升作业效率，为客户提供了丰厚的利润价值。恒高依托电子科技大学前沿科学技术，及自身强劲的工程实践团队，在保证高精度定位系统优异效果的同时，将系统产品定价拉低了一个量级。为客户提供价值，并减小客户的成本投入。恒高现已

2、申请专利技术二十余项，软件著作十余项，并不断有新技术转化为知识产权。恒高拥有多个行业的系统解决方案，已实施于大型基建工地，石油化工，电力电网，养老院，监狱，并积极跟进智能社区，政府机关，机器人导航，旅游，停车场等等。恒高还在不断挖掘高精度定位系统的潜力，以期为更多行业服务。让每一个位置，每一张图像都发挥价值。匠心永恒，高山景行。恒高于 2014 年成立至今，秉持匠心不断打磨产品及系统，力求为客户提供最好的产品、系统和解决方案！2. UWB 无线定位2.1 系统方案2.1.1 定位概念2.1.1.1 UWB 技术原理超宽带（Ultra Wide-Band，UWB）是一种新型的无线通信技术，根据美

3、国联邦通信委员会的规范，UWB 的工作频带为 3.110.6GHz，系统-10dB 带宽与系统中心频率之比大于 20%或系统带宽至少为 500MHz。UWB 信号的发生可通过发射时间极短（如 2ns）的窄脉冲（如二次高斯脉冲）通过微分或混频等上变频方式调制到 UWB 工作频段实现。超宽带的主要优势有，低功耗、对信道衰落（如多径、非视距等信道）不敏感、抗干扰能力强、不会对同一环境下的其他设备产生干扰、穿透性较强（能在穿透一堵砖墙的环境进行定位），具有很高的定位准确度和定位精度。2.1.1.2 UWB-TDOA 定位原理该技术采用 TDOA（到达时间差原理），利用 UWB 技术测得定位标签相对于两

4、个不同定位基站之间无线电信号传播的时间差，从而得出定位标签相对于四组定位基站的距离差。使用 TDOA 技术不需要定位标签与定位基站之间进行往复通信，只需要定位标签只发射或只接收 UWB 信号，故能做到更高的定位动态和定位容量。恒高四维定位 TM 系统产品即使用 UWB-TDOA 技术实现了高精度、高动态、高容量、低功耗的定位系统。2.1.1.3 定位制式定位制式分为跟踪定位和导航定位。跟踪定位指被定位对象不是位置的直接使用者，而是由监管后台直接使用位置信息；导航定位指被定位对象是位置的直接使用者，如果监管后台需要使用位置信息，可以由被定位对象将位置信息传输给监管后台。恒高四维定位 TM 系统产

5、品的不同系列分别支持跟踪定位和导航定位。2.1.1.4 UWB-TDOA 定位方法UWB-TDOA 定位方法分为下行 TDOA 定位和上行 TDOA 定位。下行TDOA 定位指由定位基站发射 UWB 定位信号，定位标签接收 UWB 定位信号的定位方法；上行 TDOA 定位指由定位标签发射 UWB 定位信号，定位基站接收 UWB 定位信号的定位方法。下行 TDOA 定位可以实现跟踪定位和导航定位，上行 TDOA 定位可以实现跟踪定位。下行 TDOA 定位和上行 TDOA 定位的特点对比见下表 1，表 1 下行 TDOA 与上行 TDOA 定位方法对比定位标签容量 下行 TDOA 上行 TDOA定

6、位动态 下行 TDOA 上行 TDOA恒高四维定位 TM 系统产品的不同系列分别支持下行 TDOA 定位及上行TDOA 定位，并且不同系列产品可融合使用，以此根据不同应用场景用户需求提供性价比最优化的解决方案。2.1.1.5 UWB-TDOA 的关键技术同步高精度的定位不仅需要高精度的时间测量技术，还需要稳定可靠的基准时间，由于晶振、锁相环等模拟电路的不确定性，需要高精度的同步技术解决UWB-TDOA 定位中的频率同步和时间同步问题。通俗地讲，时间同步类似于将两块手表的时刻调整到相同时刻，但是由于两块手表机械的差异性导致的运行快慢会使两块表运行一段时间后出现偏差，此即需要频率同步来解决。目前同

7、步技术分为有线同步和无线同步两种，有线同步指使用光纤、网线等线缆将定位基站直接相互连接或接入同步控制器实现定位基站之间的同步；无线同步指通过无线电实现定位基站之间的同步。通常有线同步精度较无线同步高，而由于有线同步需要额外铺设线缆导致有线同步成本较无线同步高。恒高 H1006 无线同步技术深入无线电发射接收链路导致不同步的因素本质，使无线同步达到有线同步相同的定位精度。基于此同步技术，恒高四维定位 TM系统产品实现了性价比的最优化。2.1.1.6 UWB-TDOA 定位系统架构感 知 层 定 位 基 站 定 位 标 签定 位 信 道（ UWB) 通 信 信 道（ Zigbee)传 输 层通 信

8、 基 站 定 位 基 站定 位 标 签定 位 信 道（ UWB) 通 信 信 道（ Zigbee)通 信 基 站无 线 传 输 网 (WIFI) 有 线 传 输 网 (以 太 网 )通 信 信 道（ WIFI) 通 信 信 道（ WIFI) 通 信 信 道（ POE) 通 信 信 道（ POE)通 信 信 道（ 有 线 )服 务 层 系 统 管 理 软 件定 位 引 擎 软 件 网 络 层互 联 网 局 域 网应 用 层 系 统 应 用 软 件 应 用 层 对 外 接 口 软 件 (SDK)对 外 接 口 软 件对 内 接 口 软 件定 位 基 站 定 位 基 站图 4 定位系统框架如图 4

9、所示，UWB-TDOA 定位系统产品由感知层、传输层、服务层、网络层、应用层组成。感知层由定位基站、通信基站、通信定位基站共 3 类定位基站和定位标签组成，通过定位基站与定位标签的 UWB 定位信道实现对定位标签的定位，通过通信基站与定位标签的 Zigbee 通信信道实现定位基站对定位标签的参数配置、定位标签的状态回传以及定位标签上下行的数据。定位基站通过 Zigbee 通信信道与通信基站、通信定位基站实现参数配置、状态回传、上下行数据。传输层分为无线传输网和有线传输网，无线传输网通过 WIFI 信道为定位基站提供数据传输链路，有线传输网通过有线以太网（如 POE）方式为定位基站提供数据传输链

10、路，并且有线传输网还为无线传输网提供数据传输链路。服务层由 UWB 定位引擎软件、UWB 定位系统管理软件、对内和对外接口软件组成，这些软件部署在系统服务层服务器。UWB 定位引擎软件实现定位数据的解算，得到定位标签的坐标；UWB 定位系统管理软件实现定位网、通信网、无线传输网的管理及维护功能，并作为应用层到感知层的数据交换桥梁；对内接口软件给我司自有系统应用软件提供数据接口；对外接口软件给第三方应用提供数据接口。网络层分为互联网和局域网，局域网由用户方部署。应用层包括系统应用软件和应用层对外接口软件，系统应用软件实现定位显示、轨迹回放等基础功能及应用定位数据的电子围栏、巡检、过程管理、考勤分

11、析等拓展功能；应用层对外接口软件提供接口以便集成商或其他用户使用本系统的数据，我司自有应用层产品为 EH2000 系列软件。2.1.2 系统产品类型我司基于 UWB-TDOA 定位原理和无线同步技术，根据导航定位和跟踪定位、下行 TDOA 和上行 TDOA 定位方法，研发了 3 个系列的定位系统产品提供给客户以便在不同应用场景选用。【参见EH1006-UWB 定位系统产品表】2.2 EH1006 系统硬件设备【参见EH1006 系列定位系统设备列表】2.3 定位系统软件2.3.1 定位系统管理软件2.3.1.1 EH100601 定位系统管理软件 EH100601F01（1） 配置定位系统的各项参数（2） 定位系统自组网及自动维护，保障系统稳定运行，定位网络拓扑图同步网络拓扑图通信网络拓扑图2.3.1.2 EH100602 定位系统管理软件 EH100602F01（1）配置系统、网络、小区、基站以及各功能模块的参数配置，（2）实时监控并自动维护定位系统、网络、小区、基站以及功能模块，（3）实时监控定位基站数据流量并自动维护，（4）实时监测基站通信模块负载率及比特率，自动负载均衡以保障通信畅通，2.4 EH100601“全无线”定位系统架构根据 EH100601 定位系统的技术特点，设计了一种基站使用电池供电的架构。