UWB(超宽带)定位技术是一种基于超短脉冲信号的无线通信技术，具有高精度、低功耗和高安全性等特点。其基本原理是利用超短脉冲信号的时间测距，通过计算信号在空中飞行的时间来确定目标的位置。具体来说，UWB定位技术可以通过以下几种方法实现：
- 飞行时间法（TOF） ：通过测量信号从发射到接收的时间来确定距离。这种方法依赖于精确的时间测量，因为UWB信号的时域宽度极窄，接收端在测量时能获得极高的时间分辨率，从而实现厘米级的高精度定位。
- 到达时间差法（TDOA） ：通过测量信号到达不同基站的时间差来确定位置。这种方法需要至少三个已知位置的参考节点(基站)，通过计算这些基站接收到信号的时间差，可以精确地计算出目标的位置。
- 三边测量法：通过测量三个或三个以上的参考定位节点与待定位节点之间的距离，并通过一定算法确定待定节点坐标的一种方法。
- UWB定位技术具有抗干扰能力强、定位精度高、速度快等优点，因此被广泛应用于多个领域。例如：
- 智能交通：用于车辆、行人等交通参与者的精确定位和实时追踪，优化交通流、提高交通安全性。
- 工业自动化：在电厂人员定位、智慧工厂、物流仓储等领域，实现人员实时定位管理、历史移动轨迹追溯等功能。
- 智能家居：用于室内导航和安全监控，提高家庭安全性和便利性。
- 消费市场：如智慧门禁系统，提供高安全性的定位服务。
此外，UWB技术还具有低功耗的特点，使其在需要长时间运行的应用中更具优势。然而，UWB定位也面临一些挑战，如多径效应和非视距传播的影响，这需要通过技术融合和算法优化来解决。
总之，UWB定位技术以其高精度和可靠性，在多个行业中展现出巨大的应用潜力，并正在不断推动相关领域的技术进步和发展。
一、 UWB定位技术在智能交通系统中的具体应用案例是什么?
UWB(超宽带)定位技术在智能交通系统中的具体应用案例包括以下几个方面：
UWB技术已经被应用于轨道交通系统中，例如西门子在美国纽约地铁和日立铁路在意大利那不勒斯数字轨道上部署的列车定位系统。这些系统通过UWB技术实现了高精度的列车定位和测速，验证了其可行性和可靠性。
在无人驾驶领域，基于Nooploop空循环的LinkTrack UWB高精度定位系统与TOFSense激光测距传感器，实现了单车巡航、多车编队和自动避障等功能。LinkTrack UWB提供了车辆准确的位置信息，而TOFSense则为车辆提供了周围环境的高精度距离数据。
UWB技术也被用于交通枢纽场所，实现高精度的位置服务和管理。这种系统可以满足场景内的位置共享、智慧调度、安全运营和物资管控等需求。
设计了一种基于UWB定位技术的隧道智能交通系统，该系统包含车辆定位系统和智能交通系统。车辆定位系统采用基于TOF的UWB对称双边双向测距原理提高精度，对车辆进行定位。
深圳通有限公司联合汇顶科技成功完成了基于多芯片和复杂射频系统的地铁闸机“无感离线过闸”应用演示。这项技术利用UWB技术实现了无感支付及无障碍换乘。
基于UWB技术的列车定位方案可作为辅助系统参与到列车控制系统中。车载UWB节点可持续与路旁UWB节点测距，并结合IMU等传感器，实现多传感器融合的方案，计算并传递列车位置、速度和加速度等信息。
二、 如何解决UWB定位技术中的多径效应和非视距传播问题?
解决UWB定位技术中的多径效应和非视距传播问题可以采取多种方法：
1. 多径效应的解决方法：
时间域滤波：对UWB信号的接收信号进行低通滤波，去除高频成分，从而减少多径效应的影响。
减小码元传输速率：例如使用OFDM技术将串行传输变为并行传输，以减小码元速率，从而缓解多径效应。
使用震荡器：通过增加发射机与接收机之间的时延引入相反的旋转相位，以抵消多路径效应造成的干扰。
2. 非视距传播的解决方法：
OFDM方案：WiMax采用OFDM方案来解决非视距传播的多径时延问题，通过引入OFDM、自适应调制及多种纠错编码技术等手段提供解决方案。
等效源法：利用等效源法推导出UWB信号在特定空间(如L型空间)的非视距测距误差模型，通过简化信号路径并计算等效传播距离来缩小理论测距误差和实际测距误差之间的差距。
3. 综合算法优化：
注意力机制结合深度学习模型：采用基于注意力机制的超宽带室内定位算法，结合SENet注意力模块与卷积神经网络(CNN)，可以有效解决多径效应和非视距环境对UWB室内定位精度的影响。
三、 UWB定位技术在工业自动化领域的最新进展有哪些?
UWB(超宽带)定位技术在工业自动化领域的最新进展主要体现在以下几个方面：
- 实时定位与跟踪：UWB技术在工业制造中被广泛应用于实时定位和追踪，包括人员、车辆、物资以及承载器具等各要素的精准位置监控。这种高精度的定位功能可以通过无线方式实现，大大提升了生产物流的效率和管理水平。
- 资产管理与优化生产流程：利用UWB技术，工厂可以实现对设备、原材料和产品的实时监控，从而优化生产流程、提高资产利用率，并保障安全。例如，在钢铁厂中，通过部署UWB基站和工卡标签，实现了员工和设备的精准定位，并通过虚拟电子围栏设置告警功能，提高了车间的安全系数。
- 工艺流程跟踪与预测障碍物：在生产流程中，UWB标签和锚点被战略性放置，以跟踪材料、货物、工艺和任务。这不仅更新了生产系统，还实时测量和计算效率，甚至能够识别和预测潜在的障碍物。
- 提高生产率和维护绩效：采用基于UWB的RTLS(实时定位系统)，如VELUX Modular Skylights公司所实施的案例，通过改善车间管理，成功将生产率提高了10%，维护活动绩效提高了50%，并且减少了10%的工作在制品(WIP)。
- 仓库管理与利用率提升：在仓库管理中，部署UWB技术显著提高了仓库利用率和正常运行时间。例如，某仓库部署了70个锚点和为15辆叉车配备了高精度标签后，仓库利用率和正常运行时间分别提高了19%。
- 生态系统与标准发展：UWB生态系统正在构建中，促进与其他技术间的互操作性，并推动基于UWB的微定位服务的应用空间扩展。即将推出的FiRa 2.0标准将进一步开拓工业应用领域。
四、 UWB定位技术的能耗优化策略有哪些?
UWB定位技术的能耗优化策略主要包括以下几个方面：
- 低功耗硬件设计：通过优化电路结构和功耗管理策略，降低UWB模组的功耗。例如，Imec研究团队开发的一种兼容IEEE 802.15.4z的低功耗脉冲无线电(IR)超宽带(UWB)收发器，在连续的TX-RX模式下仅需8.7/21毫瓦，这得益于其高度优化、节能且对干扰不敏感的RX架构以及创新的数字极化发射器架构。
- 软件算法优化：通过对功能进行优先级排序，可以优化功耗、处理信号并整合数据以获得更精确的结果。例如，Qorvo的UWB软件栈示例展示了如何根据应用需求调整电源管理和电池使用寿命。
- 多中继协作传输：采用“能量高效协作传输”(Energy-Efficient Cooperative Transmission，简称ECT)策略，目标是最小化每符号全系统的平均能耗。
- 与低功耗蓝牙（BLE）配合使用：为了优化功耗，UWB可以与低功耗蓝牙(BLE)配合使用。设备利用BLE进行通信，而UWB用于高精度定位，从而减少整体能耗。
- 运动传感器集成：将超低功耗运动传感器集成到物联网应用中，可以帮助降低系统功耗，并设计功率优化的解决方案。
- 减少标签功耗：通过精确评估最小可能的脉冲持续时间，可以显著降低标签功耗。这种方法特别适用于室内定位系统中的标签设备。
五、 智能家居中UWB定位技术的安全性如何保障?
智能家居中UWB定位技术的安全性保障主要体现在以下几个方面：
- 加密和身份验证：在UWB定位过程中，传输的数据可能包含用户的位置信息。为了保护用户的隐私，必须采取适当的加密和身份验证措施，防止未经授权的访问和数据泄露。
- 超宽带和窄脉冲特性：UWB技术的安全性能得益于其超宽带和窄脉冲特性，这使得空间中极难被拦截，同时又有距离算法加持，形成了双重保险。
- 高精度定位功能与隐私保护：虽然UWB定位技术的高精度定位功能为我们提供了很多便利，但也引发了一些隐私和安全的担忧。对于数据的采集和使用需要严格的保护措施。
- 信息传输安全性高：由于UWB信号的频谱非常宽，能量密度非常低，因此信息传输安全性高，同时UWB设备对其他设备的干扰也非常低。
- 避免定位器暴露：在使用UWB定位技术构建电子围栏系统时，应关注系统的安全性。为了保护用户的隐私和安全，应避免将定位器暴露在未经授权的人员面前，防止定位器被恶意利用。
- 加扰时间戳序列（STS）与AES密钥加密：在UWB中，加扰时间戳序列(STS)对设备间信令传输的精确时间进行编码，以确保测距准确性。这些数据用AES密钥加密，以防止时间戳被伪造。
- 抗干扰能力：UWB技术具有更高的抗干扰能力，这使得其在实际应用中具有更高的通信安全性。
- 隐私和安全保护：在使用UWB定位tag模组时，需要注意对个人隐私和数据安全的保护。采取必要的安全措施。
