UWB超宽带定位原理与应用

2019年09月，苹果新产品发布会，iPhone11全部搭载UWB超宽带芯片的消息让UWB再次走进公众视野，那么，UWB到底是一种什么样的技术，又能给我们的生活带来什么变化呢？
UWB最初是作为一种通信技术出现的，目的用于短距离、宽带无线通信，与WIFI、蓝牙、Zigbee等等处于同等地位。
与WIFI、蓝牙等传统的窄带通信不同，UWB的超带宽可以让它发射极窄、极尖的脉冲，如此，两个靠的很近的脉冲就可以分辨出来。这就意味着距离分辨力可以做到很高，赋予了UWB测距的先天优势。
UWB的脉冲宽度可以做到1ns以内，光、无线电在这个时间走过的距离是30厘米，通过对脉冲的进一步细分，比如分成3份这个难度并不高，就可以轻松获得10厘米的距离分辨力。由于光速极其稳定不受任何外界影响，UWB测距天生就是稳定的。
在物理上，带宽与脉冲宽度是成反比的，窄带通信无法产生窄脉冲。因此，WiFi、蓝牙等各种窄带通信技术只能通过测量信号强度、到达角度等办法，变通进行测距。会受到电源电压、环境、天线工艺、测距距离等影响，因此测距精度无法做得很高且很不稳定。
UWB测距，就是在通信过程中测量数据包到达前沿的时间来实现的，而测距是定位的基础，由于UWB超宽带测距的高精度及稳定性，UWB定位在定位领域的应用逐渐成为主流。
UWB定位第一步：测距
测距采用双向飞行时间法TW-TOF，two way-time of flight
简单说，就是测量两点之间来回的无线电飞行时间，此即双向飞行时间，双向飞行时间x光速，就是发射与接收之间的双向飞行距离，此距离除2，就是单向距离。
UWB定位第二步：定位
测出物体（标签）与几个已知位置的基准点（基站）的距离（TOA）或者距离差（TDOA）之后，就可以算出标签的位置。
UWB应用场景
随着大数据、IT、AI技术的发展，以无人机、无人车、机器人为代表的自动化装备的智能化水平得到突飞猛进的发展，物联网技术的发展，更是实现了万物互联。
但是，由于位置信息，尤其是高精度位置信息的缺失，众多高级智能装备即不能自动抓取、更不敢放下目标，自动化基本上无法动弹；由于没有位置信息加持，整个社会的运行都需要付出一笔额外的人工位置识别、传输、处理代价；由于没有位置，物联网也只能是摸黑互联、纸上互联。
UWB技术的出现，基础的高精度定位位置信息的加入、绑定，使得人、物、信息的流动、决策、处理可以基于空间、位置进行，人类武装到牙齿的现代信息处理技术效能将得到更加充分的释放，必将大大提高整个社会的运作效率，从而带来一场效率革命。
1.智慧工厂：针对人员、物品或设备在移动状态下的业务需求，对生产过程进行实时管理和信息反馈，为工厂内的管理及作业的信息化和规范化提供实时位置数据支撑，提升制造业的智能化水平。
2.智慧工地：围绕建筑工地现场的“人、机、料、法、环”五大要素，采用先进的实时定位技术，在提高施工现场管理水平的同时，为项目相关各方构建一个沟通协调、信息共享的平台。
3.国家电力工程：利用高精度定位技术和三维可视化技术，实现对生产区域工作人员、访客、车辆等的自动、实时定位和监控，结合门禁系统、视频监控系统、报警系统，提升企业安全生产水平。
4.司法监狱：利用高精度实时定位技术解放警力、提高工作效率，弥补监管漏洞、降低监管执法风险，进而实现事前预防、事中管控、事后查证等。
5.隧道管廊：建立一套人员定位管理系统，结合现有门禁系统，实现对隧道/管廊内人员进行定位显示、紧急事件报警、人员撤退指挥等。
6.铁路交通：通过获取检修人员的行进路线和位置数据，系统自动推送相关作业指导信息，判断是否满足检修规范，提高车辆检修管理信息化水平和工作效率，提升检修质量，保障运行安全。
7.大型商超、机场、酒店、博物馆、会展中心等：在应急救援、消防、安全执法等方面发挥重要作用，紧急情况下，为救援提供强有力的技术支持，更好地保障救援人员和受困人员的安全，让救援变得更加有效。"