I den digitala tidsåldern, efterfrågan på höghastighets och pålitlig kommunikationsteknik blir allt mer akut. Ultrabredband (Uwb) teknik har blivit ett hett ämne inom kommunikationsområdet idag. Den här artikeln kommer att fördjupa sig i principerna för UWB-positionering, dess fördelar, och dess tillämpningar inom olika områden, får läsarna att utforska de obegränsade möjligheterna med denna störande teknik.

Översikt över UWB-teknik

Ultrabredd (Uwb) teknologi är en trådlös kommunikationsteknik baserad på ultrakorta pulser. Den använder inte sinusformade bärare, men använder istället icke-sinusformade smala pulser på nanosekundnivå för att överföra data, vilket resulterar i ett brett spektrum, och dataöverföringshastigheter på upp till flera hundra megabit per sekund. Användning av UWB-teknik möjliggör överföring av signaler över en mycket bred bandbredd. Reglerna som fastställts av Federal Communications Commission (Fcc) för UWB-teknik ange att den upptar en bandbredd på över 500MHz i frekvensområdet för 3.1 till 10,6 GHz.

UWB文章插图需求 画板 1

UWB-teknik är ingen ny teknik; det härstammar från pulskommunikationsteknologi som växte fram på 1960-talet, används främst i militära radarer, positionering, och låg sannolikhet för avlyssning/låg sannolikhet för detektionskommunikationssystem. Det började tillämpas på civila områden efter 2002.

屏幕截图 2024 05 10 1145511

Principer för UWB Positioning Technology

UWB använder i huvudsak ultralåga pulspulser som informationsbärare i en bärvågslös spridningsteknik. Dessa pulssignaler har extremt kort varaktighet, allt från tiotals till hundratals pikosekunder, men har hög energi. Genom att sända dessa ultrakorta pulssignaler ut i rymden och utnyttja deras egenskaper i tids- och frekvensdomänerna, mottagaren kan uppnå högprecisionspositionering och kommunikation genom att analysera signalens fördröjning och storlek. Positioneringsalgoritmerna för UWB är indelade i Time of Flight (TOF), Ankomsttid (Modig), och tidsskillnad vid ankomst (Tdoa), med TOF och TDOA som de mest använda.

Flygtiden (TOF) Algoritm

Flygtiden (TOF) algoritmen använder primärt flygtiden för signalen mellan två asynkrona UWB-sändtagare för att mäta avståndet mellan noder. När UWB-signalen sänds från sändaränden, den har en oberoende tidsstämpel. Vid mottagning och bearbetning av UWB-signalen vid mottagaränden, den återsänds med tidsstämpeln som tas emot från sändaränden och bearbetningstidsintervallet Tr tillagt. När UWB-signalen tas emot igen vid sändaränden, tidsstämpeln för den första sändningen kan analyseras för att bestämma tiden för tur och retur Tt för signalen. Således, envägsflygtiden för signalen kan beräknas som Tf = (Tt-Tr)/2. Eftersom utbredningshastigheten för elektromagnetiska vågor är ljusets hastighet C, avståndet mellan de två punkterna d kan beräknas som d = Tf * C.

UWB文章插图需求 画板 1 副本

Tidsskillnad För Ankomst (Tdoa)

Tidsskillnad För Ankomst (Tdoa) är en positioneringsmetod baserad på skillnaden i avstånd mellan varje referensbasstation och målobjektet (Märka), slutsatsen genom att lösa en icke-linjär hyperbolisk ekvationsuppsättning. När tiderna mellan basstationerna är perfekt synkroniserade, och oscillatorfelen är minimala över en tidsperiod, tidsskillnaden är lika med avståndsskillnaden, eftersom utbredningshastigheten för elektromagnetiska vågor är konstant. När en signal sänds från Tag-änden och når flera basstationsändar, mätning av skillnaderna i ankomsttiderna för signalen vid varje basstation möjliggör beräkning av motsvarande skillnader i avstånd.

UWB文章插图需求 画板 1 副本 2

Fördelar med UWB Positioning Technology

  • Hög positioneringsnoggrannhet: UWB-pulser är endast 2 nanosekunder (ns) bred, opåverkad av reflekterade signaler (flervägs) störningar och buller, möjliggör exakt bestämning av ankomsttid och avstånd även i vanliga scenarier för signalreflektion och flervägseffekter, uppnå mät- och positioneringsnoggrannhet inom 10 centimeter.
  • Stark anti-interferenskapacitet: UWB-signaler har brett spektrumegenskaper och uppvisar goda anti-interferensegenskaper i flervägsutbredningsmiljöer, exakt identifiera målplatser även i komplexa inomhus- eller täta stadsmiljöer.
  • Höga dataöverföringshastigheter: I kommersiella produkter, överföringsområdet för UWB-signaler är i allmänhet inom 10 mätare, uppnå dataöverföringshastigheter på upp till 500 Mbit/s, vilket gör UWB-tekniken till en idealisk moduleringsteknik för personlig kommunikation och trådlösa LAN.

form6

Begränsningar för UWB Positioning Technology

  • Begränsat positioneringsområde: Positioneringsintervallet för UWB är begränsat av rumsliga begränsningar, vanligtvis lämplig för inomhus eller närliggande utomhusområden, olämplig för storskaliga utomhusmiljöer.
  • Relativt hög driftsättningskostnad: Implementering av ett UWB-positioneringssystem kräver komplex hårdvaru- och mjukvarudesign jämfört med andra positioneringstekniker som Wi-Fi eller Bluetooth, ökar utvecklings- och distributionskostnaderna och kan kräva professionella ingenjörsteam för design och underhåll.

Tillämpningar av UWB Positioning Technology

  • Elektroniska stängsel: Realtidspositionering av individer inom specifika områden, övervakning av rörelse och stationär personal.
  • Rörelsespårning: Övervakning av positioner och rörelsebanor under rörlighet (rekord bana).
  • Videoövervakning: Realtidsövervakning av scener på plats, enhetens status, och fånga bilder och videoinformation.
  • Larmfunktion: Återkoppling av onormala tillstånd som samlats in från övervakningsplatsen till kontrollcentralen så att relevant personal kan vidta åtgärder i tid.

UWB文章插图需求 画板 1 副本 4

Ansökningsfall:Till exempel, i gruvor, med hjälp av UWB-personalpositioneringssystem kan man övervaka lokaliseringsinformationen i realtid för gruvarbetare och snabbt lokalisera instängd personal i händelse av en olycka, förbättra räddningseffektiviteten. Dessutom, i höghöjdsoperationer eller komplexa miljöer, med hjälp av UWB personalpositioneringssystem kan exakt övervaka arbetarnas positioner, omedelbart identifiera anomalier, och vidta motsvarande åtgärder för att minska antalet olyckor. Dessutom, att distribuera UWB-noder i verkstäder kan uppnå realtidspositionering och banaplanering för robotar, AGVs (automatiserade guidade fordon), och annan utrustning, förbättra produktionseffektiviteten och flexibiliteten.

Framtida utveckling av UWB Positioning Technology

Även om UWB Positioning för närvarande står inför utmaningar som höga kostnader, tekniska svårigheter, och liten efterfrågan på marknaden, den har den största fördelen: noggrannhet. Jämfört med Wi-Fi, Bluetooth, och andra positioneringstekniker, UWB Positioneringsnoggrannhet konkurrerar med laserpositionering. Med den kontinuerliga utforskningen av nya industriapplikationer och den kontinuerliga kostnadsminskningen, den verkliga utbrottstiden för UWB Positioning-teknologi kommer inte att vara för sent. Dessutom, integrationen av UWB-teknik med IoT, artificiell intelligens, 5G, och andra områden kommer att öka dess betydelse i framtiden.

Feasycoms UWB Positioning Kit

Feasycom-WMK-K2 (Uwb) är en kombination av produkter baserade på UWB-protokollet, som snabbt kan utvärdera exakta positioneringskrav på sub-meternivå. IoT-plattformen, Feasycloud, kompletterat med UWB-basstationsgateways och Tag-taggar, kan hjälpa till att realisera tillgångspositionering, tillgångsskydd, larmhantering, och andra funktioner. Den kan också kombineras med fler sensorenheter i lagerhanteringssatsen K1 (baserat på Bluetooth BLE-protokoll) För att gemensamt ge en mer komplett lagerlösning.

Se demonstrationsvideo:

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