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物聯網問答

  • 問題補充:近年來,隨著近距離無線通信和移動網絡技術的不斷發展,基于位置的服務(location-based service,LBS)越來越受到人們的重視。尤其是在室內,據統計未來十年人們80%的活動發生在室內,因此研發在室內環境下具有高精度定位功能的定位系統勢在必行,針對室內定位系統的研究也如火如荼。美國的全球定位系統(global positioningsystem, GPS)在室外已經可以近乎完美地提供位置信息,但是在室內環境下由于建筑物的遮擋、樓層密度較大等特點而無法正常工作。在這種情況下,出現了利用紅外線、WiFi、Zigbee等載波技術的室內定位方案,但是都沒有達到非常好的效果。WiFi技術由于其能耗較大,且容易受到信號的干擾,信號覆蓋的范圍也僅局限于90m以內的空間,所以該技術的優勢并不明顯;Zigbee技術盡管具有低功耗、低成本、通信效率高等優點,但是其定位結果不穩定,系統可靠性不強。超寬帶(ultra-wideband, UWB)技術最早出現在美國軍用領域,2002年4月美國聯邦通信委員會(FCC)解除了UWB技術的民用許可限制,從此UWB技術得到了快速的普及和發展。同時FCC為UWB分配了3.1-10.6GHz共7.5GHz的帶寬。我國UWB事業的發展起步較晚,但是受到黨和國家的高度重視,2001年9月初,我國發布的“十五”國家863計劃通信技術主題研究項目中,首次將“超寬帶無線通信技術及其共存與兼容技術”作為無線通信共性技術與創新技術的研究內容,顯示了國家對UWB發展的重視。UWB技術是通過極窄脈沖來傳輸數據而不是通過傳統的載波來傳輸數據,導致其數據傳輸速度極高,除此之外,UWB技術具有系統復雜性低、信息安全性高、抗多徑衰落能力強等優點,成為無線定位領域中的一大亮點。
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  • 匿名:【余彥培老師】基于距離差測量的位置解算,在UWB系統里其實就是這樣的。就是說它的UWB的基站和標簽之間會進行一個測量,UWB一套系統里面需要4個基站完成一個定位,這4個基站的話他們的時間是同步的,有一個時鐘同步。比如我標簽發出一個信號,這時每個基站都能測量到信號的到達時間,這樣標簽發出的信號到達不同的基站有一個時間差,時間差乘以一個光速就是距離差。就能算出標簽到基站一的距離比到基站二的距離遠5米或者標簽一到基站一的距離比到基站二之間的距離差3米。然后當我知道標簽到不同的UWB的基站的距離相互之間差幾米的時候,其實從幾何上的話呢,可以列一個方程組。根據這個方程組的話就可以解算出它的一個精確的位置信息。當下的高精度定位縮到毫米級,我不知道你說的是不是那個衛星導航的差分定位技術,這個是可以的。但這個說要達到毫米級的精確定位的話,它一般是用在測繪的這個領域,他并不是一個完全實時的毫米級定位。他是比如說我在一個橋梁建設的時候,然后把GPS和北斗的接收終端固定在一個地方然后進行長時間的測量,然后定位出這個地方的坐標。
    這種毫米級定位最常用的就是其實就是測繪里面,它對于形變的監測。比如在一個橋梁上,我把那個定位的終端和天線裝在這個地方。然后不斷的進行測量,每一段時間之后,定出一個坐標來。然后經去看這個今天比明天,這個定位坐標,有沒有變化?主要監測如地基沉降等等發生。像這種手段的差分計算的話,一般來說,在室內定位里面還是很少會用到這個。
    補充:UWB技術相對于其他傳統通信技術有如下技術優勢:(1)傳輸速度快,系統容量大。根據信道容限公式,系統的最大傳輸速率與系統帶寬成正比例關系。UWB通信的帶寬都在500MHz以上,其傳輸速率也達到1Gbps以上。而傳統的無線載波通信系統由于頻帶窄,要使傳輸速率達到100Mbps以上,必須采用多進制調制等方法,這樣對信噪比提出了很高的要求,同時也加大了系統構建的復雜性。(2)發射功率低。超寬帶無線電具有的1GHz以上的射頻帶寬,發射時需要的平均功率很低。特別是在短距離通信應用中,UWB發射機的發射功率普遍低于1mW;較低的發射功率可以延長系統的工作時間,而且發射功率較低,對人體的電磁波輻射也會很小。(3)多徑分辨率高。UWB信號采用持續時間很短的窄脈沖,具有較強的時間和空間分辨率,系統的多徑分辨率高,整個系統就能充分利用發射信號的能量。此外,UWB信號具有良好的抗多徑性能,對于信道多徑衰落不敏感,接收機通過分級,便可以獲得很強的抗衰落能力,在室內或者建筑物比較密集的場合可以獲得良好的定位效果,同時在進行測距、定位、跟蹤時也能達到更高的精度。(4)系統保密性好。UWB的發射功率低,信號能夠很好地隱蔽在其他類型信號和環境噪聲之中,傳統的接收機無法識別和接收,必須采用與發射端一致的擴頻碼脈沖序列才能進行解調,系統具有較強的系統安全性。(5)穿透能力強。窄脈沖具有很強的穿透能力,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信號具有超寬頻帶的特性,具有較高的空間分辨率,使得UWB系統的距離分辨精度是其它系統的成千上百倍。UWB信號的距離分辨能力可達到厘米級,這是其它窄帶系統望塵莫及的。超寬帶技術開發了一個具有大容量的無線信道,它還具有對信道衰落不敏感、發射信號功率譜低、測距精度高、系統成本低等優點,受到了人們的普遍重視。利用上述這些優點,超寬帶信號對障礙物具有良好的穿透性和精確測距的特點,可以設計具有較強通信功能和定位功能的超寬帶脈沖無線定位系統,廣泛應用于電力、智能化工廠、施工管控、軌道交通、機場安檢、軍事訓練等領域。
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