基于UWB技术的室内定位系统及其算法研究

胡丹妮，张 洁，李建峰，赵洪森，王 野

（丽水学院工学院，浙江丽水323000）

0 引言

超宽带（Ultra Wide Band,UWB）技术是一种无载波通信技术，利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，与传统的室内定位技术相比，超宽带技术具有功耗低、安全性高、抗多径效果好等优点。这些优点能够使它在室内定位上有很好的应用前景。人们对于室内定位的需求日益增加，例如：在煤矿等突发灾难中，通过室内定位，引导救援人员以最快速度解救被困人员；2020年的疫情防控中，基于UWB定位技术的定位手环、定位标签，防止人员跨部门接触，做到人员的精确跟踪定位；在军事上，通过人员定位和设备追踪进行城市作战训练、弹药仓库管理和高级研发等[1-3]。因此，实现低成本且高精度的室内定位，具有非常重要的现实意义。

为此，我们将UWB技术、三边定位算法、飞行时间测距（Time of Flight,ToF）等技术结合为一体，以高精度室内定位需求为出发点，设计了基于基站/标签一体化的超宽带室内定位硬件系统和上位机验证平台。

1 理论分析与计算

1.1 UWB的主要特点

UWB具有以下特点[4]：（1）系统容量大；（2）数据传输速度快；（3）抗干扰能力强；（4）多径分辨能力强；（5）隐蔽性好；（6）定位精确；（7）功耗低。

1.2 定位方案选择

与传统定位方法不同，UWB定位技术并不是基于信号强度（Received Signal Strength Indicator,RSSI）的方法来获取位置信息，而是运用一定算法通过精确无线信号的发送和接收时刻来获取位置信息。UWB室内定位系统实现精确定位的前提是要获取与位置相关的信息和参数，建立相关的数学模型，根据这些信息和参数以及数学模型来解算电子标签的坐标。……