產(chǎn)品概述
IEEE 802.15.4a 定位基站，可以支持ToF/TDoA 兩種定位方法。。產(chǎn)品采用有線回傳的方式，通過交換機(jī)可以連接到計(jì)算引擎。產(chǎn)品采用寬電壓DC 12～48 V 供電，也可以通過網(wǎng)口進(jìn)行供電，支持標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.3af/at PoE供電，可以通過PoE 交換機(jī)集中管理。產(chǎn)品支持溫度范圍-20～65 攝氏度。支持吸頂壁掛兩種安裝方式。
應(yīng)用領(lǐng)域
產(chǎn)品主要應(yīng)用在遠(yuǎn)距離，高精度定位，可以廣泛應(yīng)用在工廠、司法、醫(yī)院等場景人員定位、倉庫物資定位
室內(nèi)定位概述
當(dāng)今社會(huì)中，信息化，數(shù)字化無處不在，無線通信技術(shù)和導(dǎo)航測距技術(shù)已經(jīng)非常成功的應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域之中，我們生活的各個(gè)方面都離不開這些技術(shù)的應(yīng)用，例如我們到一個(gè)地方掃描附近的商場、餐廳，都會(huì)與我們所處在的位置形成交叉檢測，還比如最近疫情期間如果要到公共場所，不僅僅做好個(gè)人防護(hù)，戴好口罩外，還需要去掃描要去的場所的二維碼，如此我們的相關(guān)核算檢疫信息及行程信息被提煉出來并與我們所取場所的位置形成綁定關(guān)系，相當(dāng)于我們到過這個(gè)地方。因此位置服務(wù)已經(jīng)成為我們?nèi)粘Ｉ畹囊粋€(gè)很重要的部分
隨著無線傳感網(wǎng)絡(luò)的日益發(fā)展，關(guān)于室內(nèi)定位的技術(shù)手段也都取得了突飛猛進(jìn)的成果，尤其是ZIGBEE定位、WIFI定位、BLUETOOTH定位、RFID定位、UWB定位在室內(nèi)定位領(lǐng)域的運(yùn)用已經(jīng)非常廣泛
室外定位技術(shù)，定位系統(tǒng)（GPS)已經(jīng)應(yīng)用到我們生活的方方面面，尤其是我們駕駛汽車已經(jīng)離不開導(dǎo)航，20幾年前剛到上海的時(shí)候我開車往往在副駕駛會(huì)有一個(gè)人幫我拿著地圖做指揮，以避免走錯(cuò)道路，現(xiàn)在這樣的導(dǎo)航方式是當(dāng)時(shí)幾乎無法想象的方式，我們公司代理的瑞士品牌UBLOX是這個(gè)產(chǎn)業(yè)模塊市場的，我們每年都會(huì)銷售數(shù)百萬個(gè)模塊產(chǎn)品以應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，尤其自2019年其推出F9P這個(gè)劃時(shí)代的產(chǎn)品；由于這個(gè)產(chǎn)品的精度可以到達(dá)米級(jí)，價(jià)格可以到1000元人民幣以內(nèi)，自問世之初就獲得了大量客戶的追捧和響應(yīng)，應(yīng)用的領(lǐng)域從汽車、工程機(jī)械、除草機(jī)、無人機(jī)，每年就我們一家代理的出貨數(shù)量都非?？捎^，我們感受到定位市場的巨大潛能。但是人們還有很大一部分時(shí)間需要在室內(nèi)處理定位的信息，而GPS運(yùn)用到室內(nèi)環(huán)境會(huì)出現(xiàn)很多問題，室內(nèi)環(huán)境的復(fù)雜度遠(yuǎn)遠(yuǎn)的高于室外，衛(wèi)星信號(hào)在室內(nèi)會(huì)面臨到各種干擾，導(dǎo)致信號(hào)反射、折射或被吸收掉，因此無法用GPS在室內(nèi)進(jìn)行準(zhǔn)確的定位。而對(duì)室內(nèi)定位的需求越來越多，需求精度越來越高；由于大型商場越來越多，停車場也越來越大，而人們期望可以找到所需的商場或自己的車輛就需要室內(nèi)定位技術(shù)的支持；大型倉庫往往與ERP配套進(jìn)行，但有時(shí)候貨物的尋找往往需要精確定位；還有一些危險(xiǎn)場所，需要設(shè)備精確的位置進(jìn)行處理，尤其是一些安全事故的救援活動(dòng)，需要精確的位置來規(guī)劃路線來找出被困的人員或設(shè)備；還有一些智能化的車間需要檢測各個(gè)設(shè)備的位置，以便于快快速的做一些處理；還有一些保密單位，不期望某一類人進(jìn)入，會(huì)設(shè)置一些警戒區(qū)域，一旦某類人靠近或穿越則會(huì)報(bào)警；大型幼兒園或中小學(xué)對(duì)兒童的安全管控，不安全的地方都需要做一些措施來保障安全可控。所以室內(nèi)定位技術(shù)的應(yīng)用將勢在必行
位置信息應(yīng)用泛的幾種方法
基于信號(hào)強(qiáng)度，RSSI(signal strength indicator)
無線信號(hào)在特定信道傳播時(shí)，其信號(hào)強(qiáng)度遵從一定的衰減模型，因此RSSI的定位算法就是通過測量無線信號(hào)的脈沖信號(hào)的場強(qiáng)，依靠信道衰減模型，計(jì)算移動(dòng)標(biāo)簽和基站之間的距離。由于發(fā)送節(jié)點(diǎn)具備通信能力，因此RSSI是一種低功率，低成本的測距技術(shù)，理想環(huán)境下，RSSI表現(xiàn)非常好的特性；但是室內(nèi)環(huán)境下，陰影衰落（來自信號(hào)傳輸途徑上的障礙物）和多徑效應(yīng)（電磁波經(jīng)不同路徑傳播后，各分量場到達(dá)接收端時(shí)間不同，按各自相位相互疊加而造成干擾，使得原來的信號(hào)失真）等影響，將會(huì)產(chǎn)生較大誤差
基于到達(dá)時(shí)間,TOA(time of arriaal)
(1) 一種基于測量電磁波傳播時(shí)間的定位方案，其精度主要依賴于兩點(diǎn)：1、
基站和標(biāo)簽之間的時(shí)間同步程度；2、時(shí)間分辨率。時(shí)間同步程度越高、
時(shí)間分辨率越高，定位精度越高。
基于到達(dá)時(shí)間差,TDOA(time difference of arrival)
又稱“雙曲線定位方案”，是TOA 定位方案的改進(jìn)型。標(biāo)簽發(fā)出電磁波
信號(hào)，根據(jù)這個(gè)信號(hào)到不同基站的時(shí)間差來確定標(biāo)簽的位置。該方案只
需要對(duì)基站的時(shí)間進(jìn)行同步，提高了可行性，是目前市場上運(yùn)用較多的
方案。
基于到達(dá)方向,DOA(direction of arriavl),也可以稱之為：AOA(angle of arrival)
基于角度的AOA定位方式是基站通過天線陣列測出無線信號(hào)的入射位置，以此來計(jì)算標(biāo)簽與基站之間的角度，最后用三角測量法得出標(biāo)簽的坐標(biāo)。但此方法對(duì)無線射頻信號(hào)的方向和角度計(jì)算要求非常之高，尤其是需要采取較強(qiáng)的指向性天線或天線陣列
飛行時(shí)間方法，TOF(time of flight)
是一種雙向測距技術(shù)，通過測量信號(hào)在發(fā)送方和接收方之間的飛行時(shí)間
來計(jì)算距離。其定位方法本質(zhì)上與TOA 是一樣的，只是TOF 定位方法不
需要設(shè)備之間進(jìn)行時(shí)間同步，但設(shè)備本身的時(shí)鐘精度會(huì)對(duì)最終的結(jié)果產(chǎn)
生影響
UWB定位技術(shù)
UWB技術(shù)是一種利用納秒或微納秒的正弦窄脈沖進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線載波通信技術(shù)，起源于20世紀(jì)60年代，利用超短基帶脈沖進(jìn)行通訊，用于的雷達(dá)探測；20世紀(jì)90年代，根據(jù)FCC對(duì)UWB的定義主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)：帶寬大于500MHZ或相對(duì)帶寬大于20%，信號(hào)帶寬在3.1-10.6GHZ,且中心頻率大于2.5GHZ。發(fā)射功率不超過-41.3dBm/MHz.
從頻譜來看，超寬帶與窄帶和寬帶的區(qū)別在于它的頻帶更寬。
| 信號(hào)類型 | 信號(hào)帶寬/中心頻率 |
|---|---|
| 窄帶 | 相對(duì)帶寬≤1% |
| 寬帶 | 1%≤相對(duì)帶寬≤25% |
| 超寬帶(UWB) | 相對(duì)帶寬>25% 或者 中心頻率>2.5GHZ |
| 定位技術(shù) | 抗干擾性 | 定位精度 | 有效距離 | 穿透性 | 問題及局限 |
|---|---|---|---|---|---|
| WIFI | 弱 | 3-5米 | 30米 | 弱 | 信號(hào)穩(wěn)定性差 |
| Bluetooth | 弱 | 2-3米 | 10米 | 中 | 通信距離，需要大量部署基站 |
| Zigbee | 強(qiáng) | 1米 | 30米 | 強(qiáng) | 通信距離短，精度低 |
| RFID | 弱 | 10厘米 | 30米 | 弱 | 容易被干擾，隱私性差 |
| UWB | 強(qiáng) | 10厘米 | 200米 | 強(qiáng) | 硬件成本高 |
| 紅外線 | 弱 | 5-10米 | 10米 | 弱 | 直線視距，易干擾 |
UWB的信號(hào)特點(diǎn)主要是：納秒級(jí)時(shí)間精度、較寬頻段、低發(fā)射功率、無載波基帶傳輸。由于UWB的發(fā)射功率受限，因此其傳輸距離也受到很多限制，在民用的短距離無線技術(shù)有IEEE802.11a,藍(lán)牙，HomeRF,比較如下
常見的TDOA算法
- Fang算法：針對(duì)定位來說，簡單的就是解算雙曲線方程，將非線性的方程進(jìn)行線性化處理，然后通過使方程的誤差最小來得出待定位置目標(biāo)的估計(jì)位置，此方式只適用于室內(nèi)2D定位
- 最小二乘（Least square,LS)定位算法：簡單快速，求出的不是解
- 加權(quán)最少二乘法（WLS）定位算法
- 查恩（Chan氏）定位算法：測量精度高的時(shí)候定位精度較好，但anchor位置出現(xiàn)偏差或測量精度一般的時(shí)候，定位性能下降較快
- CTK（Chan-Taylor-Kalman)定位算法;利用Chan算法獲得定位標(biāo)簽的初始坐標(biāo)，并以此作為Taylor的算法迭代的初始點(diǎn)，得到更準(zhǔn)確的定位結(jié)果，最后利用改進(jìn)卡爾曼剔除實(shí)驗(yàn)過程中的非視距，多徑等環(huán)境造成的異常數(shù)據(jù)，使得定位更加準(zhǔn)確
- 泰勒（Taylor）級(jí)數(shù)展開的定位算法，需要使用接近實(shí)際位置的初始值迭代運(yùn)算，否則收斂緩慢，甚至由于初始值選擇不當(dāng)，無法定位
UWB定位系統(tǒng)誤差因素
- 天線延遲誤差：來源于芯片內(nèi)部的發(fā)射和接收延遲
- 時(shí)鐘誤差：由于工藝、工作環(huán)境等問題，不同的設(shè)備存在一定的時(shí)鐘頻率不
- 一致問題：對(duì)于TOA、TDOA 等定位方法，時(shí)鐘同步過程也會(huì)存在一定的誤差
- 多徑誤差：接收端除接收正常信號(hào)外，還包含信號(hào)經(jīng)過反射、折射帶來的誤差
