Was Sie über die UWB -Positionierungstechnologie mit einer Genauigkeit von 10 cm wissen müssen

Im digitalen Zeitalter, Der Bedarf an schneller und zuverlässiger Kommunikationstechnologie wird immer dringlicher. Ultra-WideBand (UWB) Technologie ist heute ein heißes Thema im Bereich der Kommunikation. Dieser Artikel befasst sich mit den Prinzipien der UWB-Positionierung, seine Vorteile, und seine Anwendungen in verschiedenen Bereichen, führt die Leser dazu, die grenzenlosen Möglichkeiten dieser bahnbrechenden Technologie zu erkunden.

Überblick über die UWB-Technologie

Ultra-WideBand (UWB) Technologie ist eine drahtlose Kommunikationstechnologie, die auf ultrakurzen Impulsen basiert. Es werden keine sinusförmigen Träger verwendet, sondern nutzt stattdessen nicht-sinusförmige, schmale Impulse im Nanosekundenbereich zur Datenübertragung, Dadurch ergibt sich ein breites Spektrum, und Datenübertragungsraten von bis zu mehreren hundert Megabit pro Sekunde. Der Einsatz der UWB-Technologie ermöglicht die Übertragung von Signalen über eine sehr große Bandbreite. Die von der Federal Communications Commission festgelegten Vorschriften (FCC) Für die UWB-Technologie geben sie an, dass sie im Frequenzbereich von eine Bandbreite von über 500 MHz einnimmt 3.1 bis 10,6 GHz.

Die UWB-Technologie ist keine neue Technologie; Es entstand aus der Pulskommunikationstechnologie, die in den 1960er Jahren entstand, Wird hauptsächlich in militärischen Radargeräten verwendet, Positionierung, und Kommunikationssysteme mit geringer Abfangwahrscheinlichkeit/geringe Entdeckungswahrscheinlichkeit. Danach begann die Anwendung im zivilen Bereich 2002.

Prinzipien der UWB-Positionierungstechnologie

UWB verwendet im Wesentlichen Impulsimpulse mit extrem niedrigem Tastverhältnis als Informationsträger in einer trägerlosen Spread-Spectrum-Technik. Diese Impulssignale haben eine extrem kurze Dauer, im Bereich von mehreren zehn bis hunderten Pikosekunden, besitzen aber dennoch eine hohe Energie. Durch die Übertragung dieser ultrakurzen Pulssignale in den Weltraum und die Nutzung ihrer Eigenschaften im Zeit- und Frequenzbereich, Der Empfänger kann eine hochpräzise Positionierung und Kommunikation erreichen, indem er die Verzögerung und Stärke des Signals analysiert. Die Positionierungsalgorithmen von UWB sind in Time of Flight unterteilt (TOF), Ankunftszeit (Mutig), und Zeitunterschied der Ankunft (TDOA), wobei TOF und TDOA am häufigsten verwendet werden.

Die Flugzeit (TOF) Algorithmus

Die Flugzeit (TOF) Der Algorithmus nutzt in erster Linie die Laufzeit des Signals zwischen zwei asynchronen UWB-Transceivern, um den Abstand zwischen Knoten zu messen. Wenn das UWB-Signal von der Senderseite übertragen wird, es trägt einen unabhängigen Zeitstempel. Beim Empfang und der Verarbeitung des UWB-Signals auf der Empfängerseite, Es wird mit dem vom Sender empfangenen Zeitstempel und dem hinzugefügten Verarbeitungszeitintervall Tr erneut übertragen. Wenn das UWB-Signal senderseitig wieder empfangen wird, Der Zeitstempel der ersten Übertragung kann analysiert werden, um die Umlaufzeit Tt des Signals zu bestimmen. Daher, Die einfache Flugzeit des Signals kann als Tf = berechnet werden (Tt-Tr)/2. Da die Ausbreitungsgeschwindigkeit elektromagnetischer Wellen die Lichtgeschwindigkeit C ist, Der Abstand zwischen den beiden Punkten d kann als d = Tf berechnet werden * C.

Zeitunterschied der Ankunft (TDOA)

Zeitunterschied der Ankunft (TDOA) ist eine Positionierungsmethode, die auf dem Abstandsunterschied zwischen jeder Referenzbasisstation und dem Zielobjekt basiert (Etikett), abgeleitet durch Lösen eines nichtlinearen hyperbolischen Gleichungssatzes. Wenn die Zeiten zwischen den Basisstationen perfekt synchronisiert sind, und die Oszillatorfehler sind über einen bestimmten Zeitraum minimal, Der Zeitunterschied ist gleich dem Entfernungsunterschied, da die Ausbreitungsgeschwindigkeit elektromagnetischer Wellen konstant ist. Wenn ein Signal vom Tag-Ende übertragen wird und mehrere Basisstationsenden erreicht, Die Messung der Unterschiede in den Ankunftszeiten des Signals an jeder Basisstation ermöglicht die Berechnung der entsprechenden Entfernungsunterschiede.

Vorteile der UWB-Positionierungstechnologie

• Hohe Positionierungsgenauigkeit: UWB-Impulse sind nur 2 Nanosekunden (ns) breit, unbeeinflusst von reflektierten Signalen (Mehrweg) Interferenzen und Lärm, Dies ermöglicht eine präzise Bestimmung der Ankunftszeit und -entfernung auch in Szenarien mit häufigen Signalreflexionen und Mehrwegeeffekten, Erreichen von Mess- und Positionierungsgenauigkeit innerhalb 10 Zentimeter.
• Starke Anti-Interferenz-Fähigkeit: UWB-Signale verfügen über breite Spektrumseigenschaften und weisen gute Anti-Interferenz-Eigenschaften in Umgebungen mit Mehrwegeausbreitung auf, Genaue Identifizierung von Zielorten auch in komplexen Innenräumen oder dicht besiedelten städtischen Umgebungen.
• Hohe Datenübertragungsraten: Bei kommerziellen Produkten, Die Übertragungsreichweite von UWB-Signalen liegt im Allgemeinen innerhalb 10 Meter, Erzielung von Datenübertragungsraten von bis zu 500 Mbit/s, Dies macht die UWB-Technologie zu einer idealen Modulationstechnik für persönliche Kommunikation und drahtlose LANs.

Einschränkungen der UWB-Positionierungstechnologie

• Begrenzter Positionierungsbereich: Der Positionierungsbereich von UWB ist durch räumliche Beschränkungen eingeschränkt, Typischerweise geeignet für den Innen- oder Nahbereich im Außenbereich, ungeeignet für großflächige Außenanlagen.
• Relativ hohe Bereitstellungskosten: Die Implementierung eines UWB-Positionierungssystems erfordert im Vergleich zu anderen Positionierungstechnologien wie Wi-Fi oder Bluetooth komplexe Hardware- und Softwaredesigns, Dies erhöht die Entwicklungs- und Bereitstellungskosten und erfordert möglicherweise professionelle Ingenieurteams für Design und Wartung.

Anwendungen der UWB-Positionierungstechnologie

• Elektronische Zäune: Echtzeit-Positionierung von Personen in bestimmten Bereichen, Überwachung der Bewegung und des stationären Personals.
• Bewegungsverfolgung: Überwachung von Positionen und Bewegungstrajektorien während der Mobilität (Flugbahn aufzeichnen).
• Videoüberwachung: Echtzeitüberwachung von Szenen vor Ort, Gerätestatus, und Erfassen von Bildern und Videoinformationen.
• Alarmfunktion: Rückmeldung der von der Überwachungsstelle erfassten anormalen Zustände an das Kontrollzentrum, damit das zuständige Personal rechtzeitig Maßnahmen ergreifen kann.

Anwendungsfälle:Zum Beispiel, in Minen, Mithilfe von UWB-Personalortungssystemen können die Standortinformationen von Bergleuten in Echtzeit überwacht und im Falle eines Unfalls eingeschlossenes Personal schnell lokalisiert werden, Verbesserung der Rettungseffizienz. Zusätzlich, bei Einsätzen in großer Höhe oder in komplexen Umgebungen, Mithilfe von UWB-Personalortungssystemen können die Positionen von Arbeitern präzise überwacht werden, Anomalien rechtzeitig erkennen, und entsprechende Maßnahmen ergreifen, um Unfälle zu reduzieren. Außerdem, Durch den Einsatz von UWB-Knoten in Werkstätten kann eine Positionierung und Flugbahnplanung für Roboter in Echtzeit erreicht werden, AGVs (Fahrerlose Transportfahrzeuge), und andere Ausrüstung, Steigerung der Produktionseffizienz und -flexibilität.

Zukünftige Entwicklung der UWB-Positionierungstechnologie

Allerdings steht die UWB-Positionierung derzeit vor Herausforderungen wie hohen Kosten, technische Schwierigkeit, und geringe Marktnachfrage, es bietet den größten Vorteil: Genauigkeit. Im Vergleich zu Wi-Fi, Bluetooth, und andere Positionierungstechnologien, Die Genauigkeit der UWB-Positionierung kann mit der Laserpositionierung mithalten. Mit der kontinuierlichen Erforschung neuer Industrieanwendungen und der kontinuierlichen Kostensenkung, Der wahre Zeitpunkt des Ausbruchs der UWB-Positionierungstechnologie wird nicht zu spät sein. Darüber hinaus, die Integration der UWB-Technologie mit IoT, künstliche Intelligenz, 5G, und andere Bereiche werden in Zukunft zunehmend an Bedeutung gewinnen.

Das UWB-Positionierungskit von Feasycom

Feasycom-WMK-K2 (UWB) ist eine Kombination von Produkten, die auf dem UWB-Protokoll basieren, mit dem präzise Positionierungsanforderungen im Submeterbereich schnell ermittelt werden können. Die IoT-Plattform, Feasycloud, ergänzt durch UWB-Basisstations-Gateways und Tag-Tags, kann dabei helfen, die Vermögenspositionierung zu realisieren, Vermögensschutz, Alarmmanagement, und andere Funktionen. Es ist auch mit weiteren Sensorgeräten im Lagerverwaltungsbausatz K1 kombinierbar (basierend auf dem Bluetooth BLE-Protokoll) gemeinsam eine vollständigere Lagerlösung zu bieten.

Sehen Sie sich das Demonstrationsvideo an:

[Embredt] https://www.youtube.com/watch?v=FjA4-irfjg4[/Embredt]