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超宽带三维室内定位系统

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  优璞科技开发的超宽带(UWB)高精度室内三维定位系统,基于到达时间差(Time Difference Of Arrival)算法,可以支持亚米级精度的室内环境定位需求。

采用TDOA算法的UWB定位技术具有以下优势:

1)  定位精度高,典型室内环境下的定位精度通常在15-30厘米;

2)  系统自带严格同步功能,不需要额外的设备支持系统内各设备间的同步;

3)定位速度快,可以提供最高达16Hz的实时定位跟踪;

4)抗干扰能力强。


  本系统工作在UWB频段(3.1GHz-10.6GHz)上,最常用的是信道2 (3.75GHz – 4.25GHz),带宽500MHz。按照欧洲和北美的UWB频段管制要求,信号发射功率为-41.3 dBm/MHz。

定位系统的主要目的是向系统管理员提供终端设备的实时位置信息。

  如以上系统构架图所示,网络侧定位系统基本组成为:定位服务器 + 定位基站(至少4个)+ 路由器(可以为有线或者无线,定位基站通过此路由器提供的有线或无线连接与定位服务器通信)+ 定位标签


  定位系统的基本原理为:终端在固定的时隙内发送信标信号,各定位基站截获此信号后,将信号到达时间信息通过WIFI路由器传送至定位服务器,然后由定位服务器根据TDOA算法对终端进行定位。以6个定位基站组成的标准系统为例,根据实测结果,在空旷地块可以覆盖20000-30000㎡左右的范围,定位误差保持在半米以内。






三维定位系统的各组成设备实物图如下所示:




  在定位服务器上可以显示相关终端和基站的位置。下图中绿色圆点为定位基站,红色圆点为终端所在位置。



  为配合客户可能需要的二次开发,网络侧定位系统还提供了包括定位基站信息和终端信息在内的原始数据、终端轨迹数据等中间结果供开发者使用。


  三维定位搭建,需布设基站,服务器需配置以反映基站的布设及实时定位系统的基础拓扑结构。

为获得更好的实时定位系统覆盖范围,用户必须了解该实时定位系统网络拓扑结构:


  • 实时定位系统始于主基站管理的主网络。主机站的任务是暂时的同步该网络内的其他基站,在1号信标槽规律的发送信标帧。主网络由一个主基站及其他基站,数量多达15个。其他基站需以一种可接收主基站信标帧的方式布设。

  • 为防止基站无法接收主基站信标帧的情况,实时定位系统管理员可选择一个基站作为信标中继,此基站成为“中继基站”,最多可选择5个基站作为“中继基站”。这些“中继基站”将在信标槽15之间传输信标帧。其他的基站可设置为收听其中一个信标中继然后组件一个子网(二级网络)。

注意:此批RTLS系统在25信标槽只支持4个中继信标。



根据坐标系搭设主网络,在搭设的时候需注意:


  • 基站可布设于任何位置,无需考虑基站ID

  • 基站的坐标系可为正也可为负;

  • Root device可布设于任何位置。最佳方法是将rootdevice和网络中其他基站布设在视距之内,以此获得最好的UWB同步连接及最高的定位精度;

  • 所有基站不能布设在同一水平面上,以保证更好的高的分辨度。

  注意:唯一的所有基站都布设在同一水平面的应用案例为在二维定位版本下使用该RTLS系统。在此情景下,定位标签也应布设在同一水平面上,以此搭建合适的二维定位系统。


主网布设示意图:

  在所需覆盖范围太广所有基站都无法与主基站同步的情况下,建立子网可扩展其覆盖范围。子网由一个中继基站管理,所有子网内的基站都与之同步。主网和子网拓扑结构图: