主流室内定位技术对比

高精度定位技术-UWB简介

       UWB超宽带技术是近年来新兴一项全新的、与传统通信技术有极大差异的通信无线新技术。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3.1~10.6GHz量级的带宽。目前，包括美国，日本，加拿大等在内的国家都在研究这项技术，在无线室内定位领域具有良好的前景。

定位精度

厘米级、10厘米级、亚米级。

定位范围

基站之间布设数十米，该范围内可定位，一般需3点或4点定位。

定位算法

tdoa/tof 应用保证精度。

性能优势

精度高（唯一能满足亚米级的室内无线定位方案）、容量高、功耗低，是未来精确定位的主流。

系统架构

核心技术-测距算法（TOF）

TOF 测距是基于超宽带射频技术， 其本质就是脉冲序列射频 信号，频谱上呈现非常宽的带宽，抗干扰能力强

在TOF测距时，本地节点A向远端节点B发送一个资料包，当B节点收到资料包时，会自动发送一个确认来回应这个资料包。执行过程如图1所示。

A 节点测量出从发送资料包到接收确认的时间，这 段消耗总时间记为TTOT时间；B 记录了B 从收到资 料包到B 回应确认消息的这个时间段的时间，记为

TTAT。

用TTOT总时间减去周转时间TTAT就是双方的资料包在 飞行中度过的往返时间，记为TRTT时间。假定在每 个方向发生的飞行时间TTOF等于50% 的往返时间

当计算出TTOF后，根据D = T c（T 代表TTOF；c 代 表光速，为3×108 ms- 1 ）可以计算出节点间的 距离。

TTOF=TRTT/2=（TTOT-TTAT ）/2  D=T × C

优点：定位精度高（0.1~0.3米） 开发难度低

缺点：功耗高、系统容量小

核心技术-测距算法（TDOA）

TDOA 测距也是基于UWB超宽带射频技术，其本质就是脉冲序列射频信号， 频谱上呈现非常宽的带宽，抗干扰能力强

流程：

  从监测站将同一时间测量同一信号得到的资料发 送至主监测站

  主监测站分别计算出无线电信号到达两个监测站 天线的时间差（利用相关算法）

  根据两站之间时间差转换为距离差，可以得到一 条双曲线；

  透过三个或多个无线电监测站测得的时间差可以 得到两条或多条双曲线相交来实现对发射源的定位

优点： 定位精度高（0.1~0.3米）、抗干扰能力强、低功耗、系统容量大

缺点： 开发难度大

核心技术-定位算法（TDOA）

我们的定位系统采用TDOA算法，定位精度高，系统容量大，功耗小。

由多基站获取信号时间差：

(X²-X²i)+ (Y²-Y²i)+(Z²-Z²i)= C*Ti   i=1…N

由以上公式可以获得N个公式，两两相减等号右侧 C *(Ti-Tn) , 由于时间差可获取，每个基站坐标已标定，可得N个三元二次方程。当N>=3时有解。

由于二次运算非线性方程组，实际计算机计算中采用泰勒级数展开的最小二乘法快速求逼近值。

实际部署中基站Z轴尽量保持同一水平面，这样Z=0，避免需要标定，同时方便计算减小误差。

核心技术-对时校准

假定：T为对时基站发送时间，t为基站时间，Δt 表示对时基站与基站传输信号时间，Δtx表示发送、接收、设定延迟。

t = T + Δt + Δtx 

由于采用TDOA算法，即时间差，所以Δtx 可以忽略。即每个基站相对对时基站时间偏小Δtx 不影响时间差，所以不影响定位效果

t = T + Δt

由于对时基站和基站安装位置固定，Δt由安装部署时通过TOF标定好，当收到对时广播时立即加上Δt设定基站的时间，简化算法提高精度。

场地测试验证-发送接收延迟标定

通过卷尺测量100M放置两个基站

通过TOF测量标定出基站发送和接收时延（多次测量滤波）：∆tx

场地测试验证-定位精度验证

化工厂UWB定位

定位行业前景

随着经济发展和化工市场规模的扩大，竞争日益激烈，生产车间面积广阔，生产工人数量多，环境复杂，生产区域需要严格控制进出权限，存在难以进行有效管理和不便实施全方位风险管控的难题。 

化工厂人员定位系统帮助实现了化工精细化安全管理和生产过程管控，进一步提高生产效率，维护生产秩序的安全，同时也实现了化工企业安全管理和生产效率的提高。 

人员定位系统主要组成部分

1：数据采集层

包括定位基站和定位标签

2：数据传输层

数据传输层主要由POE交换机和网线构成

3：数据处理层

主要包括服务器和定位系统软件组成

定位模式选择

同一个项目中我们可以使用三种定位模式来达到定位效果，同时减少定位基站的使用数量降低成本。

1、如图中走廊中基站1、2，通过两个定位基站我们可以实现1维定位；

2、大区域通过基站3、4、5、6四个基站我们可以实现精确的2维定位；

3、小区域通过安装1个基站7、8，可以实现存在性检测（在或者不在）。

系统功能介绍一：

化工厂人员定位系统，实时人员位置跟踪，统计人员位置和分布热度图，随时随地掌握人员动态，便于实现人员管理。

系统功能介绍二：

可设定静态和动态电子围栏，实现区域的进入权限管理，确保有权限人员才能进入相关区域，无权限人员进入则电子围栏告警。围栏管理，限制进出，实现安全生产。

系统功能介绍三：

通过厂区入口的定位基站，自动记录进出厂区的施工人员的考勤信息；工时统计软件，实时统计工厂人员工作时长，可统计每天、每月时间段内的个人或部门考勤信息。

系统功能介绍四：

可对区域内实施各种行为监测，包括超时监测、聚众监测、不动监测等等，全方位智能化管理，提高管理质量，及时响应救援，保障员工人身安全。

系统功能介绍五：

历史轨迹回放，可以查看任意时间段目标对象的运动轨迹。

系统功能介绍六：

高速视频联动，针对区域内进行视频跟踪，随时随地观察每个区域的现场情况，方便进行实时管理，有效保障物资财产安全。

系统功能介绍七：

       生命体征检测，人体实时体温，血压，心率，脉搏可通过蓝牙智能手环定时采集上传至智能安全帽。智能安全帽通过4G网络传送至云端管理平台，同时通过GPS或北斗定位信息实时更新定位安全人员的位置信息。

       系统可接收前端智能安全帽采集的生命体征数据，并根据这些数据分析当前作业人员的疲劳度，判断人员当前的状态，如脱帽状态、清醒状态、疲劳状态、晕倒状态等，若发现人员体征状态异常，系统自动告警，并发送报警信息至相关人员。

生命体征监测

定位产品形式