為什麼超寬頻技術可能成為室內定位的未來之星？

超寬頻（UWB）技術早在上世紀60年代就已提出，近年來重新受到人們的關注。最初，UWB是針對通訊應用技術開發的，但如今它也與高精度定位技術相結合，尤其是在室內定位領域，即非暴露空間定位技術。它將定位和通訊功能融為一體，使其看起來格外時尚、美觀且引人注目。尤其在2019年9月，蘋果在iPhone 11發表會上宣布搭載了U1晶片，UWB悄悄進入消費市場。為什麼說是悄悄進入呢？因為蘋果在發表會上並未對這款神秘晶片做任何介紹。然而，這或許是室內定位領域一個劃時代的事件。預計UWB將在未來五到十年內展現其真正的實力。

什麼是超寬頻定位？這裡做個簡單介紹。 UWB（超寬頻）是一種超寬頻技術，屬於無載波通訊技術，它使用奈秒非正弦窄脈衝傳輸數據，因此佔用頻譜範圍很廣。 UWB定位採用寬頻脈衝通訊技術，具有強大的抗干擾能力，能夠降低定位誤差。 UWB室內定位技術的出現填補了高精度定位領域的空白。它具有對通道衰落不敏感、發射訊號功率譜密度低、難以被截獲、系統複雜度低等優點，並且能夠提供0.1米的定位精度。

與傳統無線通訊不同，UWB不使用載波，而是透過發送和接收低能量脈衝訊號來傳輸資料。其測距方法是透過測量訊號的傳輸時間來實現的，即透過計算兩台設備間訊號的傳輸時間差來確定距離。因此，在小範圍內，UWB可以提供比Wi-Fi和藍牙更精確的定位結果。蘋果在其英文產品介紹頁面上也將其稱為“客廳GPS系統”。

UWB室內定位系統通常由三個部分組成：第一部分是UWB定位標籤。定位標籤是一種有源標籤，可以製成各種形狀，固定在物體、車輛上或佩戴在人身上，適用於不同的應用環境。其定位精度可達5-10公分。標籤發出的UWB脈衝訊號經定位基地台（定位感測器）接收並發送。每個標籤都有一個唯一的ID號，被定位的物體可以透過該ID號關聯起來，從而使定位基地台（定位感測器）能夠透過標籤確定其實際位置。標籤發射訊號的持續時間非常短，因此可以同時定位數百甚至數千個標籤；第二部分是UWB定位基地台。定位基地台（定位感測器）利用到達時間差（TDOA）測量技術來確定標籤的位置，並將資料傳輸到網路控制器和定位引擎軟體。定位測量精度可達公分級；第三部分是應用軟體。應用軟體主要體現在系統功能上。 UWB室內定位系統的基本功能包括：人員分佈，顯示佩戴定位標籤人員的分佈情況；人員移動軌跡，透過電子地圖即時顯示一個或多個人員的移動軌跡；指定人員跟踪，地圖隨標籤移動自動切換，滑鼠懸停在標籤上即可查看標籤的當前狀態；電子圍欄，透過平面電子地圖上不同的顏色和形狀顯示人員的警報位置。

UWB室內定位流程：首先，每個定位標籤以UWB脈衝形式連續不間斷地發送資料幀；其次，定位基地台接收定位標籤發送的UWB脈衝序列；第三，每個定位基地台使用高靈敏度短脈衝偵測器測量每個定位標籤資料幀到達接收天線的時間；第四，定位引擎參考標籤發送的校準數據，確定標籤到達不同定位基地台的時間差，並利用三點定位技術和優化演算法計算標籤位置；第五，單基地台定位通常採用AOA（到達角）演算法，多基地台定位則通常採用TDOA（到達時間差）演算法。

UWB室內定位的主要應用領域包括：第一，隧道/管道走廊/地鐵。對施工人員進行即時自動跟踪，追蹤每位員工在隧道內的位置和活動軌跡，以及所有隧道人員的位置分佈。發生緊急情況時，可以快速找到被困人員的可靠位置信息，提高救援效率和安全救援；第二，車輛倉儲。即時追蹤資產和庫存，優化流程，提高搜尋效率，減少資源浪費；第三，石油化工產業。零延遲地精確定位人員、車輛和物體的即時位置，直觀、及時地反映化工現場情況和人員狀態，提高石油化工行業的安全性和效率；第四，醫院/養老院。 24小時智慧管理控制，全天候安保，即時分析護理人員、訪客、病人/老人的行為，提高醫院/養老院的精細化管理效率。第五個應用領域是監獄/公共安全/司法系統。 UWB室內定位系統可執行人員出入管理、即時位置查詢、禁區監控、隔離距離控制、人員排班等功能，並能監控和收集人員的位置、行進路線、距離和速度等統計資料。事實上，UWB精準定位的應用與服務遠不止於此。由於其能夠對所有人員、動物、資產、物體和事件過程進行精準定位和跟踪，因此在工業互聯網、大眾消費品和數據物聯網等行業擁有巨大的發展前景。 UWB本質上可以成為時空感測器，成為物聯網和大數據不可或缺的合作夥伴。它在高精度室內定位、室內外一化定位以及導航通訊融合創新等多個領域都展現出一顆冉冉升起的新星。