UWB定位系统架构及优势分析
2021年11月10日
UWB定位系统架构及优势分析
UWB室内定位系统由应用层、服务层、传输层和感知层（定位基站和定位标签）构成，传输层主干网通信方式采用有线或无线的通信方式。系统架构如下图所示：
感知层
感知层主要包括定位基站和定位标签。基站和标签是定位系统的核心设备，标签会按时隙广播携带有自身ID号的无线电信号，定位基站接收到标签发送的信号后，将接收到信号的时间戳和标签ID卡号通过主干网传输给服务层，完成对标签卡的定位，基站也可以接收到应用层下发的指令，完成相关的设置。
传输层
传输层也称主干通信网（简称“主干网”），是基站与服务层、应用层之间的数据传输通道，向下将应用层相关指令传输给基站，向上将定位原始数据（标签与基站之间距离）传输给服务层，采用有线光纤方式进行数据传输。
服务层
通过标签与覆盖该区域定位基站进行测距，顶层通过各基站的位置和标签距离，通过TDOA算法或者TOA算法解算出标签坐标。除此之外，服务层还提供了灵活的设备管理和网络管理功能，以及各项前端功能和应用接口。
应用层
通过服务层获取定位标签的具体位置，以一维、二维或三维地图的形式实时显示标签的位置，并提供轨迹回放，人员信息管理和呼叫求救等功能。此外，应用层还提供websocket接口和http接口，通过websocket接口可获取标签卡的实时位置数据，通过http接口可获取系统相关的数据，因此，该定位系统易于二次开发和集成。
UWB定位系统硬件支持
室内定位基站、定位标签是UWB定位系统的硬件组成部分。定位基站分布于场景区域的几何边缘，并对该区域进行信号覆盖。室内定位基站主要功能就是探测标签的数据信息并上传至服务器进行汇总分析。 定位标签附着于定位对象的表面，当标签进入基站的信号覆盖范围内，即自动与基站建立联系。定位标签可根据应用得需求制定不同的附着方案，如悬挂、粘贴等形式，大小和外形也会根据定位对象的不同而有所不同。
UWB定位系统的优势
1、高精度
在室内定位领域，能够做到厘米级高精度定位的技术非UWB定位莫属。UWB采用TDOA（到达时间）算法，测量电磁波从发射端到达接收端所用的时间，分布在房间内的几个接收端同时接收到发射端发射的电磁波信号，根据电磁波的传播速度即精准计算出发射端在房间内的位置，定位精度最高可达10cm，基本上满意了绝大部分室内定位场景对高精度定位的需求！
2、可扩展
UWB定位系统不仅能提供定位功能，而且可在定位的基础上，扩展了全面的位置服务功能，比如历史轨迹回放、人员考勤、电子围栏、行为分析、智能巡检等。这些基于位置数据的服务功能，能够协助管理人员对企业进行安全管理，可有效减少安全事故的发生。
3、低功耗
UWB无线通信系统接收机没有本振、功放、锁相环(PLL)、压控振荡器(VCO)、混频器等，因而结构简单，设备成本将很低。由于UWB信号无需载波，而是使用间歇的脉冲来发送数据，脉冲持续时间很短，一般在0.20～1.5ns之间，有很低的占空因数，所以它只需要很低的电源功率。
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