基于UWB 的可穿戴式人员定位设备设计与研究

王喆 周畅 刁攀

（1、黑龙江省仪器仪表专业标准化技术委员会，黑龙江 哈尔滨150070 2、飞亚达精密科技股份有限公司，广东 深圳518057）3、哈尔滨工业大学仪器科学与工程学院，黑龙江 哈尔滨150001）

随着时代的发展，社会对于智能化生活生产的需求越来越高。人员定位目前有许多的方法，但是均具有较大局限。例如：WIFI 定位与蓝牙定位均采用RSSI 进行人员的距离估计。针对当前主流的人员定位系统的算法和产品缺陷，设计了一套基于UWB 技术的可穿戴式人员定位设备。该设备充分利用了UWB 信号的特点，结合到达时间测距、三边定位与小波去噪的算法，减小使用中的震动、多径对定位精度的影响，以实现室内环境下的人员精确定位。

1 系统设计原理

1.1 UWB 测距原理

对穿戴UWB 手表或头盔的人员进行精度较高的定位，首先要实现测距。测距方案有很多，包括大概四大种类：基于信号到达时间（Time Of Arrival, TOA）、基于信号到达时间差（Time Difference Of Arrival, TDOA）、基于信号衰减强度（Received Signal Strength, RSSI）、基于信号到达角度（Angle Of Arrival,AOA）。本文采用如下的双向双侧测距进行测距数据的采集。

图1 双侧双向测距方案

双侧双向测距是由单侧双向测距演变而来的，该方法可以进一步的减少测距误差。它主要作用是消除同步时钟带来的限制。其示意图如图1。

其过程如下：设备A 发送一条信息，经过Tprop时间后，设备B 将接收到这条消息。再经过Treply1时间后，设备B 将发送一条回复信息，经过Tprop时间后，设备A 将接收到此条信息。之后一定时间后，设备A 会再次发送一则信息，同样经过Tprop后，设备B 会接收到这条信息。……