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物聯(lián)網(wǎng)問(wèn)答

  • 問(wèn)題補(bǔ)充:近年來(lái),隨著近距離無(wú)線通信和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展,基于位置的服務(wù)(location-based service,LBS)越來(lái)越受到人們的重視。尤其是在室內(nèi),據(jù)統(tǒng)計(jì)未來(lái)十年人們80%的活動(dòng)發(fā)生在室內(nèi),因此研發(fā)在室內(nèi)環(huán)境下具有高精度定位功能的定位系統(tǒng)勢(shì)在必行,針對(duì)室內(nèi)定位系統(tǒng)的研究也如火如荼。美國(guó)的全球定位系統(tǒng)(global positioningsystem, GPS)在室外已經(jīng)可以近乎完美地提供位置信息,但是在室內(nèi)環(huán)境下由于建筑物的遮擋、樓層密度較大等特點(diǎn)而無(wú)法正常工作。在這種情況下,出現(xiàn)了利用紅外線、WiFi、Zigbee等載波技術(shù)的室內(nèi)定位方案,但是都沒(méi)有達(dá)到非常好的效果。WiFi技術(shù)由于其能耗較大,且容易受到信號(hào)的干擾,信號(hào)覆蓋的范圍也僅局限于90m以?xún)?nèi)的空間,所以該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)并不明顯;Zigbee技術(shù)盡管具有低功耗、低成本、通信效率高等優(yōu)點(diǎn),但是其定位結(jié)果不穩(wěn)定,系統(tǒng)可靠性不強(qiáng)。超寬帶(ultra-wideband, UWB)技術(shù)最早出現(xiàn)在美國(guó)軍用領(lǐng)域,2002年4月美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)解除了UWB技術(shù)的民用許可限制,從此UWB技術(shù)得到了快速的普及和發(fā)展。同時(shí)FCC為UWB分配了3.1-10.6GHz共7.5GHz的帶寬。我國(guó)UWB事業(yè)的發(fā)展起步較晚,但是受到黨和國(guó)家的高度重視,2001年9月初,我國(guó)發(fā)布的“十五”國(guó)家863計(jì)劃通信技術(shù)主題研究項(xiàng)目中,首次將“超寬帶無(wú)線通信技術(shù)及其共存與兼容技術(shù)”作為無(wú)線通信共性技術(shù)與創(chuàng)新技術(shù)的研究?jī)?nèi)容,顯示了國(guó)家對(duì)UWB發(fā)展的重視。UWB技術(shù)是通過(guò)極窄脈沖來(lái)傳輸數(shù)據(jù)而不是通過(guò)傳統(tǒng)的載波來(lái)傳輸數(shù)據(jù),導(dǎo)致其數(shù)據(jù)傳輸速度極高,除此之外,UWB技術(shù)具有系統(tǒng)復(fù)雜性低、信息安全性高、抗多徑衰落能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),成為無(wú)線定位領(lǐng)域中的一大亮點(diǎn)。
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  • 匿名:【余彥培老師】基于距離差測(cè)量的位置解算,在UWB系統(tǒng)里其實(shí)就是這樣的。就是說(shuō)它的UWB的基站和標(biāo)簽之間會(huì)進(jìn)行一個(gè)測(cè)量,UWB一套系統(tǒng)里面需要4個(gè)基站完成一個(gè)定位,這4個(gè)基站的話他們的時(shí)間是同步的,有一個(gè)時(shí)鐘同步。比如我標(biāo)簽發(fā)出一個(gè)信號(hào),這時(shí)每個(gè)基站都能測(cè)量到信號(hào)的到達(dá)時(shí)間,這樣標(biāo)簽發(fā)出的信號(hào)到達(dá)不同的基站有一個(gè)時(shí)間差,時(shí)間差乘以一個(gè)光速就是距離差。就能算出標(biāo)簽到基站一的距離比到基站二的距離遠(yuǎn)5米或者標(biāo)簽一到基站一的距離比到基站二之間的距離差3米。然后當(dāng)我知道標(biāo)簽到不同的UWB的基站的距離相互之間差幾米的時(shí)候,其實(shí)從幾何上的話呢,可以列一個(gè)方程組。根據(jù)這個(gè)方程組的話就可以解算出它的一個(gè)精確的位置信息。當(dāng)下的高精度定位縮到毫米級(jí),我不知道你說(shuō)的是不是那個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航的差分定位技術(shù),這個(gè)是可以的。但這個(gè)說(shuō)要達(dá)到毫米級(jí)的精確定位的話,它一般是用在測(cè)繪的這個(gè)領(lǐng)域,他并不是一個(gè)完全實(shí)時(shí)的毫米級(jí)定位。他是比如說(shuō)我在一個(gè)橋梁建設(shè)的時(shí)候,然后把GPS和北斗的接收終端固定在一個(gè)地方然后進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的測(cè)量,然后定位出這個(gè)地方的坐標(biāo)。
    這種毫米級(jí)定位最常用的就是其實(shí)就是測(cè)繪里面,它對(duì)于形變的監(jiān)測(cè)。比如在一個(gè)橋梁上,我把那個(gè)定位的終端和天線裝在這個(gè)地方。然后不斷的進(jìn)行測(cè)量,每一段時(shí)間之后,定出一個(gè)坐標(biāo)來(lái)。然后經(jīng)去看這個(gè)今天比明天,這個(gè)定位坐標(biāo),有沒(méi)有變化?主要監(jiān)測(cè)如地基沉降等等發(fā)生。像這種手段的差分計(jì)算的話,一般來(lái)說(shuō),在室內(nèi)定位里面還是很少會(huì)用到這個(gè)。
    補(bǔ)充:UWB技術(shù)相對(duì)于其他傳統(tǒng)通信技術(shù)有如下技術(shù)優(yōu)勢(shì):(1)傳輸速度快,系統(tǒng)容量大。根據(jù)信道容限公式,系統(tǒng)的最大傳輸速率與系統(tǒng)帶寬成正比例關(guān)系。UWB通信的帶寬都在500MHz以上,其傳輸速率也達(dá)到1Gbps以上。而傳統(tǒng)的無(wú)線載波通信系統(tǒng)由于頻帶窄,要使傳輸速率達(dá)到100Mbps以上,必須采用多進(jìn)制調(diào)制等方法,這樣對(duì)信噪比提出了很高的要求,同時(shí)也加大了系統(tǒng)構(gòu)建的復(fù)雜性。(2)發(fā)射功率低。超寬帶無(wú)線電具有的1GHz以上的射頻帶寬,發(fā)射時(shí)需要的平均功率很低。特別是在短距離通信應(yīng)用中,UWB發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率普遍低于1mW;較低的發(fā)射功率可以延長(zhǎng)系統(tǒng)的工作時(shí)間,而且發(fā)射功率較低,對(duì)人體的電磁波輻射也會(huì)很小。(3)多徑分辨率高。UWB信號(hào)采用持續(xù)時(shí)間很短的窄脈沖,具有較強(qiáng)的時(shí)間和空間分辨率,系統(tǒng)的多徑分辨率高,整個(gè)系統(tǒng)就能充分利用發(fā)射信號(hào)的能量。此外,UWB信號(hào)具有良好的抗多徑性能,對(duì)于信道多徑衰落不敏感,接收機(jī)通過(guò)分級(jí),便可以獲得很強(qiáng)的抗衰落能力,在室內(nèi)或者建筑物比較密集的場(chǎng)合可以獲得良好的定位效果,同時(shí)在進(jìn)行測(cè)距、定位、跟蹤時(shí)也能達(dá)到更高的精度。(4)系統(tǒng)保密性好。UWB的發(fā)射功率低,信號(hào)能夠很好地隱蔽在其他類(lèi)型信號(hào)和環(huán)境噪聲之中,傳統(tǒng)的接收機(jī)無(wú)法識(shí)別和接收,必須采用與發(fā)射端一致的擴(kuò)頻碼脈沖序列才能進(jìn)行解調(diào),系統(tǒng)具有較強(qiáng)的系統(tǒng)安全性。(5)穿透能力強(qiáng)。窄脈沖具有很強(qiáng)的穿透能力,可以幫助比如警察搜尋隔墻的逃犯,以及解救那些被圍困在建筑物里邊的人們。(6)定位精度高。UWB信號(hào)具有超寬頻帶的特性,具有較高的空間分辨率,使得UWB系統(tǒng)的距離分辨精度是其它系統(tǒng)的成千上百倍。UWB信號(hào)的距離分辨能力可達(dá)到厘米級(jí),這是其它窄帶系統(tǒng)望塵莫及的。超寬帶技術(shù)開(kāi)發(fā)了一個(gè)具有大容量的無(wú)線信道,它還具有對(duì)信道衰落不敏感、發(fā)射信號(hào)功率譜低、測(cè)距精度高、系統(tǒng)成本低等優(yōu)點(diǎn),受到了人們的普遍重視。利用上述這些優(yōu)點(diǎn),超寬帶信號(hào)對(duì)障礙物具有良好的穿透性和精確測(cè)距的特點(diǎn),可以設(shè)計(jì)具有較強(qiáng)通信功能和定位功能的超寬帶脈沖無(wú)線定位系統(tǒng),廣泛應(yīng)用于電力、智能化工廠、施工管控、軌道交通、機(jī)場(chǎng)安檢、軍事訓(xùn)練等領(lǐng)域。
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