UWB定位|TDOA定位，TWR定位两种常见UWB定位方案介绍

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。UWB技术是一种传输速率高，发射功率较低，穿透能力较强并且是基于极窄脉冲的无线技术，无载波。

UWB定位技术在不同的应用环境中能够实现不同的定位业务需求（3D/2D/1D/区域定位），精确定位人员、车辆、资产，并在定位基础上实现轨迹追踪、区域报警、摄像联动等延伸功能。

1.TDoA定位

0维室内定位常用于存在性检测，常见的应用场景是长时间监测人员是否在一个房间内，0维室内定位系统硬件方面通常只需要一个UWB基站和UWB标签即可实现，UWB标签和基站之间相互通信，再通过和后台的交互实现人员的存在性监测、报警等功能；

一维定位应用的原理就是测距应用，能够知道定位目标标签的相对位置，适合隧道、管道、管井、矿井等多种定位精度要求不高的场景，精度在0.3米左右；详见后文TWR定位介绍；

二维定位需要确定空间的X/Y坐标，分为两种情况；一种是通过标签离基站的距离，计算标签的位置；还有一种是通过三个以上的基站，确定区域内标签的位置，能够准确得知定位目标标签的位置及行为轨迹；

三维定位需要知道定位设备的XYZ三维坐标，在基站架构的时候，需要特别拉开Z轴的高度差，以确保在Z轴上的精确度。若用测距的方式，三个基站就可以完成三维定位，用TDOA的方式，则必须要四个以上基站才能完成。能够精确判断标签位置，以及滞留时间。

1. 系统构成：

UWB定位系统大致分为位置感知层、网络传输层和定位应用层，主要包括：定位引擎服务器、智能终端、POE交换机、UWB基站、UWB标签、UWB模块、软件接口等。

2. 工作原理：

1）每个定位标签以UWB脉冲重复不间断发送数据帧；

2）定位标签发送的UWB脉冲串被定位基站接收；

3）每个定位基站利用高敏度的短脉冲侦测器测量每个定位标签的数据帧到达接收器天线的时间；

4）定位引擎参考标签发送过来的校准数据，确定标签达到不同定位基站之间的时间差，并利用三点定位技术及优化算法来计算标签位置。

5）采用多基站定位多采用TDOA（Time difference of Arrival）算法。

3. 安装方式：

1）UWB基站分为墙体安装和柱体安装两个方式，工程师更推荐墙体安装，准备的安装套件也是以螺丝套料包为主；

2）鉴于UWB技术的特性参数，有效传输距离≤50米，因此，在选择测试环境的时候，推荐选择小于50*50（m）的室内环境。如果室内环境遮挡，建议缩小间距，因为在有遮挡的情况下，会影响到信号的接收，传输距离可能会不如理想值。

3）建议UWB基站的安装高度是2米，高于需定位的人员或资产的高度即可；

4）UWB基站配置天线的安装：默认配置的UWB天线是全向天线，天线距离墙面至少大于15厘米，周围不要有遮挡。

4. 应用场景：

工业/汽车：实时追踪资产和库存，改进流程，提高搜索效率，减少资源浪费；

物流仓储：跟踪条码阅读器和叉车，减少保险检查的环节，使仓储管理变得灵活；

军事：人员定位和设备追踪，例如城市作战训练、弹药仓库管理、高级研发；

医疗保健：实时跟踪病人，进行照顾和管理，利于病情分析和治疗改进，方便于人力资源管理；

危险环境：定位个人和资源，安全位置紧急搜索，人员监控，优化管理过程，做到安全有效；

重点安保区域：人员的进出管理、实时位置查询、禁区监管、隔离距离控制、人员调度，能对人员的位、行进路线、距离、速度进行监控和统计；

体育：实时跟踪与计算运动员的方向和速度等，详细的性能分析，记录队伍的比赛实况，视频集成。

2.TWR定位

TWR被动定位系统与TDoA类似，UWB标签与UWB基站的实时测距，通过UWB基站上传距离信息给到后台复位器，再由服务器来解析UWB标签所在位置信息。

1. 系统构成：

UWB TWR主动定位系统包含UWB定位基站、UWB定位标签和POE交换机、服务器和终端显示设备。可在客户场地搭建高精度展示环境，进行快速实地高精度UWB定位演示；也可以将此定位系统套件使用到未来实际项目中。

2. 工作原理：

在隧道定位系统中，人员或物品上所佩戴的定位标签利用UWB脉冲信号发射出位置数据，定位基站接收，通过信号飞行时间测算标签和基站的距离，然后定位引擎采集不同基站与标签的距离而计算出标签当前位置并实时展示出来。

3. 安装方式：

1）准确校准需要至少安装4个UWB基站，基站围成的区域校准效果最佳。

2）全部基站距离天花板和墙面至少大于15厘米，基站的天线周围不要有遮挡，有墙体包围尽量外移，尽量远离钢铁制品。

3）基站安装高度需要离地面2.5m以上。基站的间距取决于标签和基站的发射功率，单级PA最大增益时可以到200米，两级PA最大增益可以到500米。

PS：基站安装位置应远离天花板和墙壁 15cm 以上

01、覆盖距离400米+的一维定位

1、一维定位适用于宽带方向比较窄的空间如走廊，隧道，管廊定位；

2、每隔400米内安装一个基站（空旷环境），定位精度小于30厘米；

3、当遇到隧道或管廊有弯道或拐弯的地方，需要适当增加基站补偿；

4、可选择PCBA出货。

02、覆盖范围800米+的一维定位

1、一维定位适用于宽带方向比较窄的空间如走廊，隧道，管廊定位；

2、每隔800米内安装一个基站（空旷环境），定位精度小于30厘米；

3、当遇到隧道或管廊有弯道或拐弯的地方，需要适当增加基站补偿；

4、单个基站可以实现一维定位（方向判断）；

5、双基站版默认PCBA出货（内嵌数据采集防爆终端）可选配外壳。

UWB TWR一维定位方案优势

1、精准定位：定位精度10-30厘米；

2、远距离覆盖：UWB基站有效覆盖距离400-800米；

3、人员管理：实时精准统计人员，智能识别在线人员和离线人员；

4、危险一键求救：工作人员遇到险情，可按下标签的报警按钮，通知管理平台避免恶性事件；

5、运动轨迹回放：工作人员的运动位置可以以轨迹形式显示；

6、电子围栏：UW管理平台可根据隧道/管廊工作实况划定安全区电子围栏，门禁电子围栏，进入触发相应级别的告警。

3.室内外高精度定位-RTK+UWB室内外一体定位

室内外一体化精准定位方案，室内采用UWB定位TDoA定位算法技术，室外采用RTK高精度差分定位技术，室内室外定位精度均可达到厘米级别。

UWB TDoA技术可以保证在室内复杂环境下，CEP90 达到30厘米定位精度；

RTK（载波相位差分）在室内环境下定位精度比普通GPS北斗定位要高很多，可以保证CEP90 达到30厘米定位精度。

系统构成：室内外一体定位设备集成高精度GPS+北斗定位模块、GPRS或者4G模块、UWB模块SKU609和电源管理模块四部分。

工作原理：

1）室内外定位设备接收GPS、BDS信号和RTK差分数据并进行位置解算；

2）通过GPRS/4G将位置信息发送到云端；

3）服务器从云端接收定位设备位置信息；

4）UWB基站接收定位设备发送的UWB信号，并通过交换机将信号发送到CLE（中央定位引擎）服务器，服务器进行位置解算。

安装方式：在终端设备中内嵌高精度GPS+北斗定位模块和UWB模块，室内环境间隔50-200米的距离部署UWB基站，为需要定位的人或者重要资产配置内置高精度模块的定位标签。

应用场景：室内外一体高精度定位的主要应用场景，如大型机场，化工厂，钢铁厂等厂区复杂工作环境的室内外导航、室内外定位服务、室内外位置监测等，还可以用于智能安防、智能医疗、智能零售等领域。

目前基于SKYLAB UWB定位标签，UWB定位基站的TDoA定位和TWR定位已经运用于医院、工业/汽车；物流仓储；军事；医疗保健；危险环境；重点安保区域；体育及管廊/隧道/矿井以及石油化工等领域，可提供一整套的室内定位解决方案，完善其人员管理机制。更多有关UWB室内定位方案应用可直接访问SKYLAB官网及阿里店铺。
 

　　审核编辑：汤梓红