uwb室内定位技术在隧道人员定位中的应用

• 155•针对舞台追光灯控制领域，传统的方法是靠工作人员人为控制灯光的方式完成灯光对主持人的跟踪，效率低下，人工成本高，提出一种基于UWB 的人员跟踪定位算法。

首先，采用基于UWB 技术建立通讯主站和基站；其次，通过改进TOA 测距算法实现精准测距；最后，通过改进三边定位算法实现三维空间定位。

实验结果表明：基于UWB 的人员跟踪定位算法，在舞台主持人跟踪定位效果较好，精度高，并且可以同时实现对多个主持人在三维空间的定位跟踪，可以大大降低人工成本。

定位系统的研究和应用是一个综合性的研究课题，GPS （Glob-al Positioning System ）系统解决方案主要针对室外定位，技术已较为成熟，可以很好地满足室外定位的需求。

但随着社会对目标的检测、定位跟踪的要求与日俱增，尤其是在复杂的室内环境中，GPS 的定位信号强度和精度大幅度下降，难以满足用户的需求。

因此，短距离无线通信技术逐渐成为了热门的应用领域，基于RFID 、蓝牙4.0、WIFI 、ZigBee 等室内定位技术得到了快速的发展。

但是上述的技术普遍存在定位距离小，信号容易衰减等问题。

基于超宽带技术（Ultra Wide Band ，UWB ）是一种全新的具有很大发展前景的无线电通信技术，被认为是未来最具发展的通信技术之一。

UWB 具有极大的带宽，能实现短距离、高速率的数据传输，同时还具备较高的时间分辨率和较强的抗多径衰落能力，在仓库物料定位、人员定位、室内导航购物等领域的高精度定位应用中前景广大。

图1 系统总体框架图1 系统总体设计方案1.1 系统总体框架基于UWB 的人员跟踪定位系统由3个基站、1个可移动站、无线通讯模块以及上位机系统等组成。

基站作为被测距模块，可移动站控制基站的测距请求，基站与可移动站之间是基于UWB （IEEE802.15.4）协议组成的无线传感器网络。

系统总体框架如图1所示。

1.2 硬件系统组成系统硬件主要是基站、可移动站和无线通讯模块的硬件构成。

一种基于UWB的地下管廊人员定位系统设计与实现蒋金岩、马瑞莉、李刚、王庆涛、崔辽环、曹忠涛北京市燃气集团有限责任公司摘要：UWB 高度精度定位技术是一项室内精确定位技术新革命，即无线超宽带技术，是一种G 级无线通信传输技术。

基于该技术构建的实时定位系统，能够在地下管廊环境中达到较高的定位精度，且具有良好的稳定性。

通过现场实际测试，产品样机达到了20cm的定位精度，符合预期目标，进一步证明了系统的有效性。

关键词：关键词1；地下管廊2；无线超宽带3；人员定位0引言UWB技术是一项全新的，与传统通讯技术有极大差异的无线通讯新技术，即无线超宽带技术。

它不需要使用传统的通讯体制中的载波，而是通过发送和接受具有纳秒或纳秒以下的极窄的脉冲来传输数据，从而具有3.1到10.6 GHZ量级的带宽。

其传输速率高，发射功率较低，穿透能力强，并且是基于极窄脉冲，无载波的技术，因这些优点，使其在室内定位领域能够实现超高精度定位。

本课题研发的地下管廊人员定位系统基于UWB 技术，能提供精度高达15 cm的室内定位效果，系统采用3.2 GHz~4.8 GHz的超高频技术，与同类产品相比，该系统具有部署简单，性能价格比高，精度高，标签位置稳定性好，信号抗干扰能力强，标签发射状态和频率可以动态更新等突出特点。

是目前世界上最先进、定位精度最高的系统。

传统的无线定位系统使用Wi-Fi、蓝牙及ZigBee等技术，基于接收信号强度法（Received Signal Strength Indication,RSSI）来对标签位置进行粗略估计，定位精度低，且容易受到干扰，定位稳定性难以适应高精度无线定位应用的要求。

基于UWB无线定位技术从根本上解决了这些问题，能够提供高精度，高稳定性的定位服务。

UWB 无线定位技术，以其系统能够稳定精确的提供定位服务，可以应到包括地下管廊，仓储物流管理，工业自动化管理，企业人员管理，体育训练系统，危险环境安全监控，特殊人员管理，医疗保健系统等等行业。

UWB的定位原理与应用1. UWB技术概述UWB（Ultra-wideband）是一种无线通信技术，其特点是传输频带宽度非常大，可以覆盖从几百兆赫兹到几十吉赫兹的频段。

UWB技术由于其高精度、低功耗、高抗干扰性等特点，在室内定位、物品追踪、智能交通等领域应用广泛。

2. UWB定位原理UWB定位主要通过测量信号的到达时间、到达角度与多径传播等参数来确定目标物体的位置。

其基本原理如下：•传输：发送方通过将数据信号通过超宽带脉冲进行调制，将信号以非常窄、非常短的脉冲形式发送出去。

•接收：接收方接收到发送方的信号，并通过时间差测量等方法分析信号，获取到达时间、到达角度等信息。

•多路径衰减：由于UWB信号在传播过程中会遇到反射、衍射等现象，因此会形成多条传播路径。

通过对多路径信号进行分解和处理，可以实现对目标物体的精确定位。

3. UWB定位方法UWB定位可以通过多种方法实现，以下是常见的几种方法：3.1. TOA（Time of Arrival）TOA方法是通过测量信号从发送器到接收器的时间来确定目标物体的位置。

具体步骤如下：1.发送端发送校准信号。

2.接收端接收到校准信号，并记录接收时间。

3.计算校准信号的传播时间差。

4.根据传播时间差及速度，计算目标物体的位置。

3.2. TDOA（Time Difference of Arrival）TDOA方法是通过测量信号到达不同接收器的时间差来确定目标物体的位置。

具体步骤如下：1.发送端发送校准信号。

2.不同接收器接收到校准信号，并记录接收时间。

3.计算每个接收器之间的时间差。

4.根据时间差及速度，计算目标物体的位置。

3.3. AOA（Angle of Arrival）AOA方法是通过测量信号到达接收器的角度来确定目标物体的位置。

具体步骤如下：1.发送端发送校准信号。

2.接收器接收到校准信号，并记录接收到信号的角度。

3.根据接收到信号的角度及发送器与接收器之间的距离，计算目标物体的位置。

UWB定位技术的原理及应用详解1. UWB定位技术简介UWB（Ultra-Wideband）定位技术是一种通过发送短脉冲信号并利用信号的时间延迟测量来实现精确定位的无线通信技术。

它具备高精度、高抗干扰性和高可靠性等特点，被广泛应用于室内定位、无人车导航、物品追踪等领域。

2. UWB定位技术的原理UWB定位技术的原理基于信号的时间延迟测量和多路径传播。

其工作原理可以概括为以下几个步骤：2.1 发送短脉冲信号UWB定位系统通过发送短脉冲信号，这些脉冲信号具有极宽的带宽（一般超过500MHz）。

短脉冲信号的带宽决定了其时间分辨率，从而影响定位系统的精度。

2.2 接收信号接收器接收到发送信号后，对信号进行采样并记录下信号的时间信息。

接收器通常配备多个天线，以便同时接收到来自不同方向的信号。

2.3 多径传播在室内环境中，信号在传播过程中会经历反射、散射和衍射等多径效应。

这些多径传播现象会导致信号在到达接收器时存在多个路径，即多个到达时间。

2.4 时间延迟测量通过测量信号的到达时间差，即多径传播路径之间的时间延迟，可以推算出发送端与接收端之间的距离。

根据距离和接收器位置，可以确定待定位对象的位置。

3. UWB定位技术的应用UWB定位技术在多个领域具有广泛的应用。

以下是几个常见的应用领域：3.1 室内定位UWB定位技术在室内定位中表现出色。

通过将UWB定位系统部署在建筑物内部，可以实现对人员和物品的实时定位，方便管理和调度。

它在大型商场、展览馆、医院等场所的定位需求中得到了广泛应用。

3.2 无人车导航UWB定位技术在无人车导航中起到重要作用。

通过在车辆和周围环境中部署UWB定位系统，可以提供高精度的定位和导航服务，使得无人车在复杂环境中能够准确感知和定位。

3.3 物品追踪利用UWB定位技术，可以准确追踪和定位移动物体。

例如，在物流仓库中，可以通过在物品上安装UWB标签并配备UWB定位系统，实时追踪和监控物品的位置和状态，提高物品管理的效率和准确性。

uwb定位技术UWB定位技术，即Ultra Wideband定位技术，是一种基于超宽带技术的定位技术，可以在室内和室外实现高精度的空间定位。

本文将详细介绍UWB定位技术的原理、应用领域以及发展前景等相关内容。

UWB定位技术利用超宽带信号，通过发射连续的多频率、多脉冲的短时信号，实现对信号传播的时延测量，从而实现对目标位置的定位。

相比传统的定位技术，UWB具有以下几个重要特点。

首先，UWB具有高精度的定位能力。

UWB信号的带宽较宽，可以达到几个GHz甚至更宽的范围，这使得信号的时延测量精度可以达到纳秒级甚至更高。

同时，UWB信号的多径传播特性也可以通过信号处理算法进行有效的抑制，提高定位的精度。

其次，UWB定位技术适用于室内环境。

由于UWB信号的频谱覆盖范围较宽，可以穿透建筑物、固体物体等障碍物，从而实现室内环境下的定位需求。

这对于一些需要在室内进行精确定位的应用场景，如室内导航、智能家居、室内安防等具有重要的实际意义。

此外，UWB定位技术还具备抗干扰能力强的特点。

由于UWB信号的带宽较宽，信号与其他窄带信号的频率隔离较大，因此具有较强的抗干扰能力。

这使得UWB定位技术在复杂的电磁环境下，如高密度无线通信网络覆盖区域等，仍然能够保持较高的定位精度和稳定性。

目前，UWB定位技术已经在多个领域得到了广泛的应用。

在室内导航领域，UWB定位技术可以利用其高精度的定位能力，为用户提供精确的室内导航服务，辅助用户进行室内位置的识别和导航。

同时，UWB 定位技术还可以在智能家居领域发挥作用，通过对用户位置的准确掌握，实现对家居设备的智能控制和管理。

此外，UWB定位技术还可以应用于室内安防领域。

通过对目标位置的准确定位，可以实现对入侵者的精确定位和追踪，提高安防系统的警戒能力和反应速度。

同时，UWB定位技术还可以在工业自动化领域中，通过对设备和工件的定位，提高生产效率和管理水平。

未来，随着5G、物联网等技术的发展，UWB定位技术有望在更多领域实现广泛应用。

UWB高精度定位技术分析及现实应用UWB定位技术可以应用于许多领域，包括室内定位、物联网、智能家居和自动驾驶等。

其广泛的应用包括人员定位、资产和设备追踪、安全监控等领域。

例如，在智能家居领域，UWB 定位技术可以实现通过用户拿着手表或手机来识别其身份并自动控制家电的功能；在自动驾驶领域，UWB定位技术可以进行高精度地图绘制，并提供车辆精确定位服务。

总之，UWB 定位技术具有高精度、低功耗、抗干扰等特点，是一种非常有前途的技术。

相较于其他技术，UWB在人员定位中的应用有以下优点：高精度：UWB可以实现亚米级别的高精度位置定位，而传统的无线定位技术如蓝牙和WiFi 精度通常只能达到几米甚至十几米。

抗干扰性强：UWB频段宽，信号强度低且与其他无线电设备干扰少，具有很好的抗干扰能力，特别是在复杂的多路径环境下表现更加出色。

易于部署：UWB基础设施部署相对便宜、简单，无需布放大量的基站或其他附加设备，可快速实现全面覆盖。

高安全性：UWB提供了高信号保密性和防窃听功能，保证了定位过程中的数据安全性。

UWB定位技术在现实生活中的应用非常广泛，例如：货物追踪：UWB技术可以精确地跟踪货物的位置和运动轨迹，让企业更好地管理库存，并减少盗窃和损失。

室内定位：UWB技术可以在室内环境中提供高精度的定位服务，帮助人们更快速、有效地找到自己需要的地方，如商场导航、园区导航等。

车辆安全：UWB技术可以用于车辆互联和自动驾驶系统，提高了行驶安全性和效率，降低了事故风险。

健康监测：UWB技术可以监测心率、呼吸和睡眠等健康指标，为人们提供更准确的健康数据和智能化服务。

安防监控：UWB技术可用于建筑物和基础设施的安全监控，如消防报警、人员追踪等。

综上所述，相较于其他技术，UWB在人员定位中具有更高的精度和抗干扰性，易于部署和高安全性等特点，因此在人员定位领域被广泛应用。

WiFi、蓝牙、RFID、红外、ZigBee、UWB哪种室内定位技术更好？我们常用的定位技术当属GPS卫星定位，无论是汽车还是手机导航，都会用到GPS，但一旦到了室内，由于建筑物的遮挡，GPS便无法做到精确的定位。

目前，随着5G技术的发展，新的编码方式、波束赋形、大规模天线阵列、毫米波频谱等为高精度距离测量提供技术支持。

因此，室内定位的研究成为无线传感器网络服务的一个重要分支。

常用的室内定位技术包括：WiFi、蓝牙、RFID、红外、ZigBee、UWB等等，本文就将这几种定位方式进行对比，看看哪种室内定位技术更好。

WiFi定位技术WiFi定位技术是采用经验测试和信号传播模型相结合的方式，对已接入的移动设备进行位置定位，最高精确度大约在1米至20米之间。

如果定位测算仅基于当前连接的WiFi接入点，而不是参照周边Wi-Fi的信号强度合成图，则WiFi定位就很容易存在误差（例如：定位楼层错误）。

另外，WiFi接入点通常都只能覆盖半径90米左右的区域，而且很容易受到其他信号的干扰，从而影响其精度，定位器的能耗也较高。

蓝牙定位技术蓝牙定位技术是目前市场上应用部署比较多的，相对来说也是一种比较成熟的定位技术。

蓝牙和WiFi之间的差别不是太大，但是准确性会比WiFi（3-5m）高一点。

蓝牙定位采用基于蓝牙的三角测距技术，除了使用手机的蓝牙模块外，还需要部署蓝牙信标，可以实现亚米级的最高定位精度，但是是需要布置太多的信标。

蓝牙定位技术的最大优点是体积小，距离短，功耗低，可以集成到手机等移动设备中，只需打开设备的蓝牙功能，就可进行定位。

蓝牙传输不受视线影响，但是对于复杂的工业环境，蓝牙系统的稳定性稍差，抗遮挡能力有待提高，并且容易受到噪声信号的干扰。

RFID定位技术RFID定位的基本原理是通过一组固定的读取器读取目标RFID标签的特征信息（例如身份ID，接收信号强度等），它也可以使用最近邻法，多边定位法，接收信号强度等确定标签位置的方法。

解密UWB定位系统：原理及应用UWB定位系统是一种高精度的定位技术，也是现代无线通信领域的热门话题。

本文将为您详细介绍UWB定位系统的原理和应用。

UWB定位系统的原理是利用超短脉冲信号在空间中传输的时间来计算距离。

这种信号在天线之间传输时会受到多径干扰，例如反射、多
次反射等。

为了减小这种干扰，UWB定位系统使用了多个接收器和发射器来形成超定向性锥形波束，从而准确地确定目标位置。

同时，UWB定位系统具有扩频技术的特点，可以在低功率下实现高数据速率的传输，具有较高的抗干扰能力。

UWB定位系统的应用领域十分广泛。

在室内定位领域，UWB定位系
统可用于实时跟踪人员或设备的位置，应用于物流、工业、医疗等领域，提高了生产效率和安全性。

在智能家居领域，UWB定位系统可用于智能门锁、远程控制等方面，实现更智能化、互联化的家居生活。

在
汽车领域，UWB定位系统可用于智能防盗、行车记录等方面，提高了汽车的安全性。

总之，UWB定位系统是一种重要的无线通信技术，可以在多个领域应用。

通过深入理解其原理和应用，可以帮助我们更好地认识和应用
这一技术，推动科技进步并为生活和工作带来便捷。

道内的北斗定位导航服务，增大了北斗信号的覆盖范围，使大众在出行过程中最大限度享受北斗定位导航服务带来的便利，提高了获得感。

2.为监管部门提供辅助决策支撑公路隧道卫星导航信号覆盖技术使隧道内实现了北斗定位导航服务，让监管部门实时掌握隧道内的实际情况成为可能。

可有效地辅助决策，对隧道内的突发情况及时作出反应，使公路通行更加安全、可靠。

3.完善对重点运营车辆的监控2010年国务院要求运输企业按照《国务院关于进一步加强企业安全生产工作的通知》要求，必须为“两客一危”车辆安装符合《道路运输车辆卫星定位系统车载终端技术要求》（JT/T794—2011）的卫星定位装置，并接入全国重点营运车辆联网联控系统，对全国范围“两客一危”等重点营运车辆进行安全监管[3]。

截至2021年第二季度，安装使用北斗终端的重点营运车辆已超过700万辆[8]。

通过将北斗定位导航服务引入隧道，有效补充现有重点营运车辆联网联控系统在隧道内车辆安全监管的空白，促进全国路网重点营运车辆无缝监管。

随着北斗导航定位服务引入隧道的普及和深入，将极大扩展北斗信号覆盖范围，为大众、监管部门等提供便利，提升交通行业的智慧化水平。

四、结语将北斗信号引入隧道内，实现隧道内外导航定位的无缝衔接，是北斗导航定位在特殊环境下的深参考文献［1］交通运输部网站.2020年交通运输行业发展统计公报[EB/OL].（2021-05-19）[2021-12-29].https://xxgk.mot./2020/jigou/zhghs/202105/t20210517_3593412.html.［2］钟东，潘红兵，沈华飞.北斗卫星及RFID在隧道中的通信技术及应用[J].中国科技纵横，2016（16）：15.［3］张炳琪，吴晓东.基于北斗的隧道内行车状态综合监测系统及应用[J].卫星应用，2017（6）：40-44.［4］蒋韵，张文宇，练灿明，等.高铁隧道内基于北斗卫星的导航定位延伸系统研究[J].铁路通信信号，2020，56（1）：48-51.［5］费伦林，刘令君，张一衡.隧道内实时同步卫星导航信号模拟系统关键技术研究[J].公路交通科技，2017，13（11）：218-221.［6］张洪陶.基于北斗的隧道内导航增强系统应用[J].中国交通信息化，2019（5）：124-126.［7］田秀臣，李润武，刘燕妮.北斗隧道覆盖系统及布设方法:CN201910361409.9[P].2021-03-30.［8］央广网.交通运输部：截至2021年二季度安装使用北斗终端的重点营运车辆超700万辆[EB/OL].(2021-09-26)[2021-12-29]./techyw/technews/20210926/t20210926_525615786.shtml.化应用。

2022年 / 第2期 物联网技术690 引 言随着无线通信技术和移动互联网的迅速发展，人们对定位服务也提出了更多要求。

为实现室内、室外定位服务的无缝衔接，高精度、低成本、适应性强的室内定位技术渐渐成为人们研究的重点。

UWB 技术是一种基于脉冲信号的无载波无线通信技术，UWB 信号是带宽大于500 MHz 或基带带宽与载波频率比值大于0.2的脉冲信号，具有传输速率高、功率低、穿透能力强、定位精度高等优点，理论上其定位精度可以达到厘米级，这使得它在室内定位领域独占鳌头[1-2]。

本文设计了基于UWB的室内定位系统，定位标签通过UWB 信号与定位基站通信，实现定位标签的测距、定位。

测距信息由定位基站上传至服务器，由定位引擎采用定位算法进行计算并加入改进后的卡尔曼滤波算法，最终得出实时定位坐标。

1 系统整体结构UWB 室内定位系统主要由标签、基站和显示平台组成。

标签是以脉冲方式发射UWB信号的硬件装置。

基站被安放在标签所在的室内环境中，它在接收到UWB 脉冲信号后，将信号传送到服务器进行算法解析，最终上传至上位机平台显示。

基站在给定的时隙内接收定位标签定位请求帧，记录接收的定位请求帧时的自身时间、定位请求序号、发起定位请求标签的地址、发起定位标签的电池报警等信息。

在一个定位周期结束后，各基站通过以太网把数据发送给定位引擎，发送的信息包括本基站与主基站的时间差，接收到的定位标签定位序号，及接收到标签的时间等信息。

系统网络模型如图1所示。

图1 系统网络模型2 硬件设计定位基站系统框架如图2所示。

图2 定位基站系统框架刘 畅1，倪晓明1，夏丽莉1，于肇贤1，石自辉2，杨思琪1（1.北京信息科技大学 理学院，北京 100192；2.国电龙源电气有限公司，北京 100039）摘 要：为进一步研究基于UWB 的无线定位技术，实现室内、室外定位服务的无缝衔接，文中设计了一种基于UWB 的室内定位系统平台。

该平台包括定位基站、定位标签和定位引擎，定位引擎主要采用TOA 算法。