为什么超宽带技术可能成为室内定位的未来之星？

超宽带（UWB）技术早在上世纪60年代就已提出，近年来重新受到人们的关注。最初，UWB是面向通信应用技术开发的，但如今它也与高精度定位技术相结合，尤其是在室内定位领域，即非暴露空间定位技术。它将定位和通信功能融为一体，使其看起来格外时尚、美观且引人注目。尤其是在2019年9月，苹果公司在iPhone 11发布会上宣布其搭载了U1芯片，UWB悄然进入消费市场。为什么说是悄然进入呢？因为苹果在发布会上并未对这款神秘芯片做任何介绍。然而，这或许是室内定位领域一个划时代的事件。预计UWB将在未来五到十年内展现其真正的实力。

什么是超宽带定位？这里做个简要介绍。UWB（超宽带）是一种超宽带技术，属于无载波通信技术，它使用纳秒级非正弦窄脉冲传输数据，因此占用频谱范围很广。UWB定位采用宽带脉冲通信技术，具有很强的抗干扰能力，能够降低定位误差。UWB室内定位技术的出现填补了高精度定位领域的空白。它具有对信道衰落不敏感、发射信号功率谱密度低、难以被截获、系统复杂度低等优点，并且能够提供0.1米的定位精度。

与传统无线通信不同，UWB不使用载波，而是通过发送和接收低能量脉冲信号来传输数据。其测距方法是通过测量信号的传输时间来实现的，即通过计算两台设备间信号的传输时间差来确定距离。因此，在小范围内，UWB可以提供比Wi-Fi和蓝牙更精确的定位结果。苹果在其英文产品介绍页面上也将其称为“客厅GPS系统”。

UWB室内定位系统通常由三个部分组成：第一部分是UWB定位标签。定位标签是一种有源标签，可以制成各种形状，固定在物体、车辆上或佩戴在人身上，适用于不同的应用环境。其定位精度可达5-10厘米。标签发出的UWB脉冲信号经定位基站（定位传感器）接收和发送。每个标签都有一个唯一的ID号，被定位的物体可以通过该ID号关联起来，从而使定位基站（定位传感器）能够通过标签确定其实际位置。标签发射信号的持续时间非常短，因此可以同时定位数百甚至数千个标签；第二部分是UWB定位基站。定位基站（定位传感器）利用到达时间差（TDOA）测量技术确定标签的位置，并将数据传输到网络控制器和定位引擎软件。定位测量精度可达厘米级；第三部分是应用软件。应用软件主要体现在系统功能上。 UWB室内定位系统的基本功能包括：人员分布，显示佩戴定位标签人员的分布情况；人员移动轨迹，通过电子地图实时显示一个或多个人员的移动轨迹；指定人员跟踪，地图随标签移动自动切换，鼠标悬停在标签上即可查看标签的当前状态；电子围栏，通过平面电子地图上不同的颜色和形状显示人员的报警位置状态。

UWB室内定位流程：首先，每个定位标签以UWB脉冲形式连续不间断地发送数据帧；其次，定位基站接收定位标签发送的UWB脉冲序列；第三，每个定位基站使用高灵敏度短脉冲检测器测量每个定位标签数据帧到达接收天线的时间；第四，定位引擎参考标签发送的校准数据，确定标签到达不同定位基站的时间差，并利用三点定位技术和优化算法计算标签位置；第五，单基站定位通常采用AOA（到达角）算法，多基站定位则通常采用TDOA（到达时间差）算法。

UWB室内定位的主要应用领域包括：第一，隧道/管道走廊/地铁。对施工人员进行实时自动跟踪，追踪每位员工在隧道内的位置和活动轨迹，以及所有隧道人员的位置分布。发生紧急情况时，可以快速找到被困人员的可靠位置信息，提高救援效率和安全救援；第二，车辆仓储。实时追踪资产和库存，优化流程，提高搜索效率，减少资源浪费；第三，石油化工行业。零延迟地精确定位人员、车辆和物体的实时位置，直观、及时地反映化工现场情况和人员状态，提高石油化工行业的安全性和效率；第四，医院/养老院。24小时智能管理控制，全天候安保，实时分析护理人员、访客、患者/老人的行为，提高医院/养老院的精细化管理效率。第五个应用领域是监狱/公共安全/司法系统。UWB室内定位系统可以执行人员出入管理、实时位置查询、禁区监控、隔离距离控制、人员排班等功能，并能监测和收集人员的位置、行进路线、距离和速度等统计数据。事实上，UWB精准定位的应用和服务远不止于此。由于其能够对所有人员、动物、资产、物体和事件过程进行精准定位和跟踪，因此在工业互联网、大众消费品和数据物联网等行业拥有巨大的发展前景。UWB本质上可以成为时空传感器，成为物联网和大数据不可或缺的合作伙伴。它在高精度室内定位、室内外一体化定位以及导航通信融合创新等多个领域都展现出一颗冉冉升起的新星。