מדוע אולטרה-רחב-פס יכול להיות כוכב העתיד של מיקום בתוך מבנים?

טכנולוגיה אולטרה-רחבה (UWB), שהוצעה בשנות ה-1960, זכתה מחדש לפופולריות רבה בשנים האחרונות. במקור, UWB הושק כטכנולוגיה של יישומי תקשורת, אך כעת הוא מושק גם בטכנולוגיית מיקום מדויקת, במיוחד מיקום פנימי, כלומר, טכנולוגיית מיקום בחלל ללא חשיפה. הוא משלב פונקציות מיקום ותקשורת לאחד, מה שהופך אותו לאופנתי, נעים ומושך במיוחד. במיוחד בספטמבר 2019, כנס האייפון 11 של אפל הודיע ​​שהוא מצויד בשבב U1. UWB נכנס בשקט לשוק הצרכני. למה בשקט? מכיוון שאפל לא הציגה את השבב המסתורי הזה במסיבת העיתונאים. עם זאת, זה עשוי להיות אירוע מכונן עבור מיקום פנימי. ההערכה היא ש-UWB יציג את כישרונותיו בחמש עד עשר השנים הקרובות.

מהו מיקום אולטרה-רחב-פס? הנה מבוא קצר. UWB (Ultra Wide Band) היא טכנולוגיית אולטרה-רחב-פס. זוהי טכנולוגיית תקשורת ללא נושא גלאים המשתמשת בפולסים צרים שאינם סינוסואידליים ברמת ננו-שנייה כדי להעביר נתונים, כך שהיא תופסת טווח ספקטרום רחב. מיקום UWB משתמש בטכנולוגיית תקשורת פולסים בפס רחב, בעלת יכולת חזקה נגד הפרעות ומפחיתה שגיאות מיקום. הופעתה של טכנולוגיית מיקום פנימית UWB מילאה את הפער בתחום המיקום הדיוק הגבוה. יש לה יתרונות של חוסר רגישות לדעיכת ערוצים, צפיפות ספקטרלית נמוכה של הספק של אותות משודרים, יכולת יירוט נמוכה, מורכבות מערכת נמוכה ויכולה לספק דיוק מיקום של 0.1 מטר.

בניגוד לתקשורת אלחוטית מסורתית, UWB אינו משתמש בגלי נושא, אלא משדר נתונים על ידי שליחה וקליטה של ​​אותות פולסים בעלי אנרגיה נמוכה. שיטת המדידה מיושמת על ידי מדידת זמן השידור של האות, כלומר קביעת המרחק על ידי חישוב הפרש זמן השידור של האות בין שני מכשירים. לכן, בשטח קטן, UWB יכול לספק תוצאות מיקום מדויקות יותר מאשר Wi-Fi ו-Bluetooth. אפל מכנה זאת גם "מערכת GPS לשימוש בסלון" בדף ההקדמה למוצר באנגלית שלה.

מערכת מיקום פנימית UWB מורכבת בדרך כלל משלושה רכיבים: ראשית, תג מיקום UWB. תגי מיקום הם תגים פעילים שניתן ליצור בצורות שונות ולהתקין אותם על חפצים, כלי רכב או לענוד אותם על אנשים. הם רב-תכליתיים בסביבות יישום שונות. דיוק המיקום שלהם יכול להגיע עד 5-10 ס"מ. אות הפולס UWB הנפלט מהתג נקלט ומשודר דרך תחנת בסיס המיקום (חיישן מיקום). לכל תג יש מספר זיהוי ייחודי, וניתן לקשר את האובייקטים הממוקמים באמצעות מספר זיהוי זה, כך שתחנת בסיס המיקום (חיישן מיקום) יכולה למצוא את המיקום בפועל דרך התג. משך אות השידור של התג קצר מאוד, מה שמאפשר למקם מאות או אפילו אלפי תגים בו זמנית; השני הוא תחנת בסיס המיקום UWB. תחנת בסיס המיקום (חיישן מיקום) יכולה לקבוע את מיקום התג באמצעות טכנולוגיית מדידה של הפרש זמן הגעה (TDOA), ולשדר את הנתונים לבקר הרשת ולתוכנת מנוע המיקום. דיוק מדידת המיקום מגיע לרמת סנטימטר; השלישי הוא תוכנת היישום. תוכנת היישום באה לידי ביטוי בעיקר בפונקציות המערכת. הפונקציות הבסיסיות של מערכת המיקום הפנימית UWB יכולות לכלול: פיזור כוח אדם, הצגת פיזור האנשים העונדים תגי מיקום; מסלולי תנועת כוח אדם, תצוגה בזמן אמת של מסלול תנועת כוח אדם אחד או יותר באמצעות מפה אלקטרונית; מעקב אחר כוח אדם ייעודי, המפה עוברת אוטומטית עם תנועת התג, וניתן לראות את המצב הנוכחי של התג על ידי הזזת העכבר מעל התג; גדר אלקטרונית, הצגת מצב מיקום האזעקה של האדם באמצעות צבעים וצורות שונים על גבי המפה האלקטרונית השטוחה.

תהליך מיקום פנימי של UWB: ראשית, כל תג מיקום שולח מסגרות נתונים שוב ושוב וללא הפרעות עם פולסי UWB; שנית, רכבת פולסי ה-UWB הנשלחת על ידי תג המיקום מתקבלת על ידי תחנת הבסיס של המיקום; שלישית, כל תחנת בסיס של מיקום משתמשת בגלאי פולסים קצרים בעל רגישות גבוהה כדי למדוד את הגעת מסגרת הנתונים של כל תג מיקום ואת זמן האנטנה המקלט; רביעית, מנוע המיקום מתייחס לנתוני הכיול שנשלחו על ידי התג, קובע את הפרש הזמן בין הגעת התג לתחנות בסיס שונות של מיקום, ומשתמש בטכנולוגיית מיקום שלוש נקודות ואלגוריתמי אופטימיזציה כדי לחשב את מיקום התג; חמישית, השימוש במיקום של תחנת בסיס יחידה משתמש בדרך כלל באלגוריתם AOA (זווית הגעה). בעת שימוש במיקום של תחנות בסיס מרובות, נעשה שימוש לעתים קרובות באלגוריתם TDOA (הפרש זמן הגעה).

התחומים העיקריים הרלוונטיים של מיקום פנימי של UWB הם: ראשית, מנהרות/מסדרונות צינורות/רכבות תחתיות. ביצוע מעקב אוטומטי בזמן אמת אחר עובדי בניין, ומעקב אחר מיקום ומסלול פעילות של כל עובד במנהרה, כמו גם אחר פיזור המיקומים של כל אנשי המנהרה. בעת נתקלים במצב חירום, ניתן למצוא במהירות מידע אמין על מיקום אנשים לכודים כדי לשפר את יעילות החילוץ והחילוץ הבטיחותי; השני הוא אחסון רכבים. מעקב אחר נכסים ומלאי בזמן אמת, שיפור תהליכים, הגברת יעילות החיפוש והפחתת בזבוז משאבים; השלישי הוא התעשייה הפטרוכימית. איתור מדויק של מיקומם בזמן אמת של אנשים, כלי רכב וחפצים ללא עיכוב, שקף באופן אינטואיטיבי ובזמן את תנאי האתר ומצב כוח האדם של התעשייה הכימית, ושיפור הבטיחות והיעילות של התעשייה הפטרוכימית; רביעית, בתי חולים/בתי אבות. ניהול ובקרה חכמים 24 שעות ביממה, אבטחה בכל מזג אוויר, ניתוח בזמן אמת של התנהגות מטפלים, מבקרים, חולים/קשישים, שיפור יעילות הניהול המעודן של בתי חולים/בתי אבות; החמישי הוא בתי כלא/ביטחון הציבור/שיפוט. מערכת המיקום הפנימית UWB יכולה לבצע ניהול כניסה ויציאה של אנשי צוות, שאילתות מיקום בזמן אמת, פיקוח על אזורים מוגבלים, בקרת מרחק בידוד, תזמון אנשי צוות, ויכולה לנטר ולאסוף סטטיסטיקות על מיקום, מסלול נסיעה, מרחק ומהירות של אנשי צוות. למעשה, יישומי ושירותי המיקום המדויקים של UWB חורגים הרבה מעבר להיבטים הנ"ל. בשל המיקום והמעקב המדויקים אחר כל האנשים, בעלי החיים, הנכסים, החפצים ותהליכי האירועים, יש לה סיכויי פיתוח גדולים באינטרנט התעשייתי, מוצרי צריכה המוניים ותעשיות IoT של נתונים. UWB יכולה למעשה להפוך לחיישן מרחבי-זמני ולשותף הכרחי לאינטרנט של הדברים וביג דאטה. יש לה הילה של כוכב עולה בתחומים מרובים של מיקום פנימי מדויק, מיקום משולב פנימי וחיצוני, וחדשנות בשילוב ניווט ותקשורת.