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Warum ist UWB der zukünftige Star der Indoor-Ortung?

Erscheinungsdatum: 2021Quelle des Autors: KinghelmAufrufe: 627

Ultrabreitband (UWB), eine Technologie, die in den 1960er Jahren vorgeschlagen wurde, hat in den letzten Jahren wieder an Popularität gewonnen. Ursprünglich wurde UWB in Richtung Kommunikationsanwendungstechnologie vorangetrieben, aber jetzt wird es in großem Maßstab mit hochpräziser Positionierungstechnologie vorangetrieben, insbesondere in der Innenraumpositionierung, d. h. in der nicht sichtbaren Raumpositionierungstechnologie. Es integriert Positionierungs- und Kommunikationsfunktionen, was besonders modern, erfreulich und attraktiv ist. Insbesondere im September 2019 wurde auf der Pressekonferenz von Apples iPhone 11 angekündigt, dass es mit dem U1-Chip ausgestattet sei, und UWB hielt still und leise Einzug auf dem Verbrauchermarkt. Warum still? Weil Apple auf der Pressekonferenz den mysteriösen Chip nicht vorstellte. Dies könnte jedoch ein epochales Ereignis für die Innenraumpositionierung sein. Es wird geschätzt, dass UWB in den nächsten fünf bis zehn Jahren eine große Rolle spielen wird.





Wie funktioniert die UWB-Ortung? Hier ist eine kurze Einführung. UWB (Ultra Wide Band) ist eine Ultrabreitbandtechnologie. Es handelt sich um eine trägerfreie Kommunikationstechnologie. Sie verwendet schmale, nicht sinusförmige Impulse im Nanosekundenbereich zur Datenübertragung und deckt daher ein breites Spektrum ab. Die UWB-Ortung verwendet eine Breitband-Impulskommunikationstechnologie, die über eine starke Entstörungsfähigkeit verfügt, um den Ortungsfehler zu reduzieren. Die Einführung der UWB-Innenortungstechnologie schließt die Lücke im Bereich der hochpräzisen Ortung. Sie bietet die Vorteile der Unempfindlichkeit gegenüber Kanalschwund, der geringen spektralen Leistungsdichte des übertragenen Signals, der geringen Abhörgefahr, der geringen Systemkomplexität und kann eine Ortungsgenauigkeit von 0.1 m erreichen.

Anders als bei herkömmlicher drahtloser Kommunikation verwendet UWB keinen Träger, sondern überträgt Daten durch Senden und Empfangen von Impulssignalen mit niedriger Energie. Die Entfernungsmessung erfolgt durch Messen der Übertragungszeit des Signals, d. h. die Entfernung wird durch Berechnen der Übertragungszeitdifferenz zwischen den beiden Geräten bestimmt. Daher kann UWB in einem kleinen Bereich genauere Positionsbestimmungsergebnisse liefern als Wi-Fi und Bluetooth. Apple bezeichnet es auf der englischen Produkteinführungsseite auch als „GPS-System für den Einsatz im Wohnzimmer“.




Ein UWB-Ortungssystem für den Innenbereich besteht normalerweise aus drei Teilen: Erstens aus dem UWB-Ortungsetikett. Das Ortungsetikett ist ein aktives Etikett, das in verschiedenen Formen hergestellt, an Objekten oder Fahrzeugen befestigt oder von Personen getragen werden kann und in verschiedenen Anwendungsumgebungen verwendet werden kann. Seine Ortungsgenauigkeit kann bis zu 5–10 cm erreichen. Das vom Etikett gesendete UWB-Impulssignal wird über die Ortungsbasisstation (Ortungssensor) empfangen und übertragen. Jedes Etikett hat eine eindeutige ID-Nummer, mit der die zu ortenden Objekte verbunden werden können, sodass die Ortungsbasisstation (Ortungssensor) die tatsächliche Ortungsposition über das Etikett ermitteln kann. Die Dauer des Tag-Übertragungssignals ist sehr kurz, sodass Hunderte von Tags gleichzeitig geortet werden können. Zweitens, die UWB-Ortungsbasisstation. Die Ortungsbasisstation (Ortungssensor) kann die Position des Etiketts über die Messtechnologie für die Ankunftszeitdifferenz (TDOA) bestimmen und die Daten mit einer Ortungsmessgenauigkeit im Zentimeterbereich an den Netzwerkcontroller und die Ortungs-Engine-Software übertragen. Drittens, die Anwendungssoftware. Anwendungssoftware ist hauptsächlich in Systemfunktionen enthalten. Die Grundfunktionen des UWB-Innenortungssystems können Folgendes umfassen: Personalverteilung, Anzeige der Verteilung von Personal mit Positionsschildern; Personalbewegungsspur, Anzeige einer oder mehrerer Personalbewegungsspuren in Echtzeit über eine elektronische Karte; Verfolgen Sie die angegebene Person, und die Karte wechselt automatisch mit der Bewegung des Schilds. Bewegen Sie die Maus über das Schild, um den aktuellen Status des Schilds anzuzeigen; Der elektronische Zaun zeigt den Alarmpositionsstatus des Personals durch verschiedene Farben und Formen auf der ebenen elektronischen Karte an.


UWB-Positionierungsprozess im Innenbereich: Zuerst sendet jeder Positionierungs-Tag wiederholt Datenrahmen mit UWB-Impulsen. Zweitens wird die vom Positionierungs-Tag gesendete UWB-Impulsfolge von der Positionierungs-Basisstation empfangen. Drittens verwendet jede Positionierungs-Basisstation einen hochempfindlichen Kurzimpulsdetektor, um die Zeit zu messen, zu der der Datenrahmen jedes Positionierungs-Tags die Empfängerantenne erreicht. Viertens bezieht sich die Positionierungs-Engine auf die vom Tag gesendeten Kalibrierungsdaten, bestimmt den Zeitunterschied zwischen dem Tag, der verschiedene Positionierungs-Basisstationen erreicht, und verwendet Dreipunkt-Positionierungstechnologie und Optimierungsalgorithmus, um die Tag-Position zu berechnen. Fünftens wird der AOA-Algorithmus (Angle of Arrival) im Allgemeinen für die Positionierung einer einzelnen Basisstation verwendet, und der TDOA-Algorithmus (Time Difference of Arrival) wird meist für die Positionierung mehrerer Basisstationen verwendet.


Die UWB-Innenortung wird hauptsächlich in folgenden Bereichen eingesetzt: Erstens in Tunneln/Rohrgalerien/Untergrundbahnen. Automatische Echtzeitverfolgung von Baupersonal, jederzeitige Erfassung der Position und Aktivitätsverfolgung jedes Mitarbeiters im Tunnel sowie der Positionsverteilung des Personals im gesamten Tunnel. Bei einem Notfall können wir schnell zuverlässige Standortinformationen der eingeschlossenen Personen ermitteln und so die Effizienz von Rettung und Hilfeleistung sowie die Sicherheitsrettung verbessern. Zweitens in der Fahrzeuglagerung. Vermögenswerte und Inventar in Echtzeit verfolgen, Prozesse verbessern, die Sucheffizienz steigern und Ressourcenverschwendung reduzieren. Drittens in der Petrochemieindustrie. Ohne Zeitverzögerung können die Echtzeitpositionen von Personen, Fahrzeugen und Objekten genau lokalisiert werden, die Situation vor Ort und der Personalstatus der chemischen Industrie intuitiv und zeitnah wiedergegeben und die Stärke und Effizienz der Sicherheitsgarantie in der Petrochemieindustrie verbessert werden. Viertens in Krankenhäusern/Pflegeheimen. Intelligente Verwaltung und Kontrolle rund um die Uhr, Allwetter-Sicherheitsdienst, Echtzeitanalyse des Verhaltens von Pflegepersonal, Besuchern, Patienten/älteren Menschen und Verbesserung der Feinmanagementeffizienz von Krankenhäusern/Pflegeheimen. Fünftens in Gefängnissen/öffentlicher Sicherheit/Justiz. Das UWB-Innenortungssystem kann Personalzugangsverwaltung, Echtzeit-Positionsabfrage, Überwachung von Sperrgebieten, Isolationsdistanzkontrolle und Personalplanung durchführen und kann Personalposition, Fahrtroute, Entfernung und Geschwindigkeit überwachen und zählen. Tatsächlich sind UWB-Präzisionsortungsanwendungen und -dienste weit mehr als die oben genannten Aspekte. Aufgrund seiner präzisen Ortung und Verfolgung aller Personen, Tiere, Vermögenswerte, Objekte und Ereignisprozesse hat es breite Entwicklungsperspektiven im industriellen Internet, bei Massenkonsumgütern und in der Datenvernetzung. UWB kann im Wesentlichen ein Raum-Zeit-Sensor und ein unverzichtbarer Partner des Internets der Dinge und von Big Data werden. Es hat die Aura eines aufgehenden Sterns in mehreren Bereichen der hochpräzisen Innenortung, der integrierten Ortung im Innen- und Außenbereich sowie der Innovation bei der Integration von Navigation und Kommunikation.



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