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1、UWB 室内定位系统室内定位系统 1. 公司简介公司简介 成都恒高科技有限公司，致力于高精度无线定位技术与视觉图像处理技 术，打造两者相结合的“四维高精度定位系统”。该系统包含传统意义的无线 电三维空间合作式定位安防，并辅以视觉定位、视频联动的非合作式定位监 管。 恒高旨在为客户提供全方位定位安防监管，以保障客户的人员物资安全。 恒高结合定位及视觉数据，精准分析企业客户的人员行为，规范人员作业方 式。在保障安全的同时，提升作业效率，为客户提供了丰厚的利润价值。 恒高依托电子科技大学前沿科学技术，及自身强劲的工程实践团队，在保 证高精度定位系统优异效果的同时，将系统产品定价拉低了一个量级。为客户
2、 提供价值，并减小客户的成本投入。恒高现已申请专利技术二十余项，软件著 作十余项，并不断有新技术转化为知识产权。 恒高拥有多个行业的系统解决方案，已实施于大型基建工地，石油化工， 电力电网，养老院，监狱，并积极跟进智能社区，政府机关，机器人导航，旅 游，停车场等等。恒高还在不断挖掘高精度定位系统的潜力，以期为更多行业 服务。让每一个位置，每一张图像都发挥价值。 匠心永恒，高山景行。恒高于 2014 年成立至今，秉持匠心不断打磨产品及 系统，力求为客户提供最好的产品、系统和解决方案！ 2. UWB 无线定位无线定位 2.1 系统方案系统方案 2.1.1 定位概念定位概念 2.1.1.1 UWB
3、技术原理技术原理 超宽带（Ultra Wide-Band，UWB）是一种新型的无线通信技术，根据美国 联邦通信委员会的规范，UWB 的工作频带为 3.110.6GHz，系统-10dB 带宽与 系统中心频率之比大于 20%或系统带宽至少为 500MHz。UWB 信号的发生可通 过发射时间极短（如 2ns）的窄脉冲（如二次高斯脉冲）通过微分或混频等上 变频方式调制到 UWB 工作频段实现。 超宽带的主要优势有，低功耗、对信道衰落（如多径、非视距等信道）不 敏感、抗干扰能力强、不会对同一环境下的其他设备产生干扰、穿透性较强 （能在穿透一堵砖墙的环境进行定位），具有很高的定位准确度和定位精度。 2.1
4、.1.2 UWB-TDOA 定位原理定位原理 该技术采用 TDOA（到达时间差原理），利用 UWB 技术测得定位标签相 对于两个不同定位基站之间无线电信号传播的时间差，从而得出定位标签相对 于四组定位基站的距离差。使用 TDOA 技术不需要定位标签与定位基站之间进 行往复通信，只需要定位标签只发射或只接收 UWB 信号，故能做到更高的定 位动态和定位容量。 恒高四维定位 TM系统产品即使用 UWB-TDOA 技术实现了高精度、高动 态、高容量、低功耗的定位系统。 2.1.1.3 定位制式定位制式 定位制式分为跟踪定位和导航定位。跟踪定位指被定位对象不是位置的直 接使用者，而是由监管后台直接使用
5、位置信息；导航定位指被定位对象是位置 的直接使用者，如果监管后台需要使用位置信息，可以由被定位对象将位置信 息传输给监管后台。 恒高四维定位 TM系统产品的不同系列分别支持跟踪定位和导航定位。 2.1.1.4 UWB-TDOA 定位方法定位方法 UWB-TDOA 定位方法分为下行 TDOA 定位和上行 TDOA 定位。下行 TDOA 定位指由定位基站发射 UWB 定位信号，定位标签接收 UWB 定位信号 的定位方法；上行 TDOA 定位指由定位标签发射 UWB 定位信号，定位基站接 收 UWB 定位信号的定位方法。下行 TDOA 定位可以实现跟踪定位和导航定 位，上行 TDOA 定位可以实现跟
6、踪定位。下行 TDOA 定位和上行 TDOA 定位 的特点对比见下表 1， 表表 1 下行下行 TDOA 与上行与上行 TDOA 定位方法对比定位方法对比 定位标签容量定位标签容量下行 TDOA上行 TDOA 定位动态定位动态下行 TDOA上行 TDOA 定位标签功耗定位标签功耗下行 TDOA上行 TDOA 恒高四维定位 TM系统产品的不同系列分别支持下行 TDOA 定位及上行 TDOA 定位，并且不同系列产品可融合使用，以此根据不同应用场景用户需求 提供性价比最优化的解决方案。 2.1.1.5 UWB-TDOA 的关键技术同步的关键技术同步 高精度的定位不仅需要高精度的时间测量技术，还需要稳
7、定可靠的基准时 间，由于晶振、锁相环等模拟电路的不确定性，需要高精度的同步技术解决 UWB-TDOA 定位中的频率同步和时间同步问题。通俗地讲，时间同步类似于 将两块手表的时刻调整到相同时刻，但是由于两块手表机械的差异性导致的运 行快慢会使两块表运行一段时间后出现偏差，此即需要频率同步来解决。目前 同步技术分为有线同步和无线同步两种，有线同步指使用光纤、网线等线缆将 定位基站直接相互连接或接入同步控制器实现定位基站之间的同步；无线同步 指通过无线电实现定位基站之间的同步。通常有线同步精度较无线同步高，而 由于有线同步需要额外铺设线缆导致有线同步成本较无线同步高。 恒高 H1006 无线同步技术
8、深入无线电发射接收链路导致不同步的因素本 质，使无线同步达到有线同步相同的定位精度。基于此同步技术，恒高四维定 位 TM系统产品实现了性价比的最优化。 2.1.1.6 UWB-TDOA 定位系统架构定位系统架构 感感知知层层 定定位位基基站站 定定位位标标签签 定定位位信信道道 （U UW WB B) ) 通通信信信信道道 （Z Zi ig gb be ee e) ) 传传输输层层 通通信信基基站站定定位位基基站站 定定位位标标签签 定定位位信信道道 （U UW WB B) ) 通通信信信信道道 （Z Zi ig gb be ee e) ) 通通信信基基站站 无无线线传传输输网网(WIFI)有
9、有线线传传输输网网(以以太太网网) 通通信信信信道道 （W WI IF FI I) ) 通通信信信信道道 （W WI IF FI I) ) 通通信信信信道道 （P PO OE E) ) 通通信信信信道道 （P PO OE E) ) 通通信信信信道道 （有有线线) ) 服服务务层层 系系统统管管理理软软件件 定定位位引引擎擎软软件件 网网络络层层互互联联网网局局域域网网 应应用用层层系系统统应应用用软软件件应应用用层层对对外外接接口口软软件件(SDK) 对对外外接接口口软软件件 对对内内接接口口软软件件 定定位位基基站站定定位位基基站站 图 4 定位系统框架 如图 4 所示，UWB-TDOA 定
10、位系统产品由感知层、传输层、服务层、网 络层、应用层组成。 感知层由定位基站、通信基站、通信定位基站共 3 类定位基站和定位标签 组成，通过定位基站与定位标签的 UWB 定位信道实现对定位标签的定位，通 过通信基站与定位标签的 Zigbee 通信信道实现定位基站对定位标签的参数配 置、定位标签的状态回传以及定位标签上下行的数据。定位基站通过 Zigbee 通 信信道与通信基站、通信定位基站实现参数配置、状态回传、上下行数据。 传输层分为无线传输网和有线传输网，无线传输网通过 WIFI 信道为定位 基站提供数据传输链路，有线传输网通过有线以太网（如 POE）方式为定位基 站提供数据传输链路，并且
11、有线传输网还为无线传输网提供数据传输链路。 服务层由 UWB 定位引擎软件、UWB 定位系统管理软件、对内和对外接口 软件组成，这些软件部署在系统服务层服务器。UWB 定位引擎软件实现定位数 据的解算，得到定位标签的坐标；UWB 定位系统管理软件实现定位网、通信 网、无线传输网的管理及维护功能，并作为应用层到感知层的数据交换桥梁； 对内接口软件给我司自有系统应用软件提供数据接口；对外接口软件给第三方 应用提供数据接口。 网络层分为互联网和局域网，局域网由用户方部署。 应用层包括系统应用软件和应用层对外接口软件，系统应用软件实现定位 显示、轨迹回放等基础功能及应用定位数据的电子围栏、巡检、过程管
12、理、考 勤分析等拓展功能；应用层对外接口软件提供接口以便集成商或其他用户使用 本系统的数据，我司自有应用层产品为 EH2000 系列软件。 2.1.2 系统产品类型系统产品类型 我司基于 UWB-TDOA 定位原理和无线同步技术，根据导航定位和跟踪定 位、下行 TDOA 和上行 TDOA 定位方法，研发了 3 个系列的定位系统产品提供 给客户以便在不同应用场景选用。 【参见EH1006-UWB 定位系统产品表】 2.2 EH1006 系统硬件设备系统硬件设备 【参见EH1006 系列定位系统设备列表】 2.3 定位系统软件定位系统软件 2.3.1 定位系统管理软件定位系统管理软件 2.3.1.
13、1 EH100601 定位系统管理软件定位系统管理软件 EH100601F01 （1） 配置定位系统的各项参数 （2） 定位系统自组网及自动维护，保障系统稳定运行， 定位网络拓扑图 同步网络拓扑图 通信网络拓扑图 2.3.1.2 EH100602 定位系统管理软件定位系统管理软件 EH100602F01 （1）配置系统、网络、小区、基站以及各功能模块的参数配置， （2）实时监控并自动维护定位系统、网络、小区、基站以及功能模块， （3）实时监控定位基站数据流量并自动维护， （4）实时监测基站通信模块负载率及比特率，自动负载均衡以保障通信畅 通， 2.4 EH100601“全无线”定位系统架构“全
14、无线”定位系统架构 根据 EH100601 定位系统的技术特点，设计了一种基站使用电池供电的架构。 该种系统架构中定位基站使用电池供电（续航时间大于 1 年）及无线通 信，使定位基站只需要安装固定，不需要铺设线缆，以此节省系统的安装硬件 成本和时间成本；整个系统只需要少数几台通信基站进行有线供电，通信基站 亦可使用 WIFI 进行无线通信，一定程度降低通信基站的布设成本。该架构适 用于 EH100601 系列定位系统产品中的所有电池供电型定位基站和所有定位标 签。 2.5 EH100602 定位系统框架定位系统框架 EH100602 定位系统的框架如下图所示。 该系统的特点主要体现在： 1、定
15、位基站之间使用无线同步，减少施工成本； 2、网络简单，部署规划成本极低； 3、自恢复能力强，定位标签续航时间一年以上。 2.6 EH100603 定位系统框架定位系统框架 EH100603 定位系统框架如下图所示。 该系统的主要特点体现在以下几个方面： 1、定位基站电池供电，不需要布设任何线缆，实现真正“全无线”； 2、终端实时显示位置，实现导航功能，容量无限大； 3、可通过移动通信网络实现远程位置跟踪。 3. 视觉定位视觉定位 3.1 视觉定位概念视觉定位概念 恒高视觉定位系统建立在传统的计算机视觉算法基础上，融合了深度学习 技术和大数据训练，使用单个普通相机，实现了高精度、高实时性的静态和
16、动 态物体识别、二维定位功能。视觉定位使用相机进行定位信息采集，不需要被 定位对象携带定位标签等设备，故视觉定位属于非协作定位。 UWB 无线定位需要被定位对象携带定位标签，故 UWB 定位是协作定位。 在定位系统应用时，UWB 定位无法监管不携带定位标签的监管对象，故需要非 协作的视觉定位配合以实现严谨的定位监管逻辑。 3.2 视觉定位指标视觉定位指标 技术指标类型技术指标类型符号符号指标指标 定位模式定位模式二维 定位准确度定位准确度230cm 定位精度（定位精度（3）230cm 区域定位容量区域定位容量NZV50 人 定位动态定位动态T1s 定位延迟定位延迟d1s 定位成功率定位成功率s99% 被定位对象误识率被定位对象误识率e0.1% 视觉定位分辨力视觉定位分辨力V50cm 晴天室内 阴天室外、阴天室内 黄昏室内、日出日落 黑夜、月夜、月圆、星光 阴暗夜晚、夜间路灯 生产车间、办公室、餐厅 适用环境适用环境 走廊、停车场 天气环境天气环境雨、雪（非暴雨、暴雪） 3.3 视觉定位效果视觉定位效果 4. 定位系统应用软件定位系统应用软
