UWB AOA技术及应用-物联网知识小科普

发布时间：2023-12-20 16:20

信息摘要：

UWB（Ultra-Wideband）是一种无线通信技术，它能够在非常宽的频率范围内传输信号；AOA（Angle of Arrival）原理是指通过测量信号到达接收器的角度来确定信号的发送源位置；在UWB系统中，通过使用多个接收天线阵列，可以实现对信号到达角度的准确测量。UWB的AOA原理通过测量信号到达的角度，可以实现对信号发送源位置的准确定位。通过合理利用天线阵列、信号处理和计算技术，可以实现对信号到达角度的精确测量。这项技术在室内定位、无线通信系统等领域具有广泛的应用前景。

技术原理

UWB（Ultra-Wideband）是一种无线通信技术，它能够在非常宽的频率范围内传输信号。
AOA（Angle of Arrival）原理是指通过测量信号到达接收器的角度来确定信号的发送源位置。

在UWB系统中，通过使用多个接收天线阵列，可以实现对信号到达角度的准确测量。

在UWB的AOA原理中，首先需要利用天线阵列接收到来自不同方向的信号。这些信号会在不同的时间到达接收器，这是因为信号在传播过程中会受到多径效应的影响。多径效应是指信号在传播过程中，会经过多个路径的反射、散射和绕射，导致信号到达接收器的时间和方向上产生变化。

UWB的AOA原理通过测量信号到达的角度，可以实现对信号发送源位置的准确定位。通过合理利用天线阵列、信号处理和计算技术，可以实现对信号到达角度的精确测量。这项技术在室内定位、无线通信系统等领域具有广泛的应用前景。

在模型图中，您可能会看到以下布局：

发射器放置在场景的一侧。
接收器放置在场景的另一侧，可以配置为接收来自不同方向和角度的信号。
接收器接收到信号后，通过信号处理和定位算法，确定目标的位置。

UWB AOA技术原理

多种定位技术对比

基站数量对比
UWB-AOA：单基站覆盖半径>20米，对安装高度无要求
▪ 蓝牙AOA：单基站覆盖半径为安装高度的1~2倍

定位精度对比
▪ UWB-AOA：单台大范围2维精确定位+小范围3维定位。UWB不仅可以测信号方向，还能厘米级测距，定位更准确。标签高度不影响定位精度。
▪ 蓝牙AOA：单台小范围2维粗糙定位。蓝牙AOA能测信号方向，但不能测距离。要先假设标签的高度是固定的，再测得信号来向与该高度平面的交点投影位置。当标签被举起或放下有高度变化时，会严重影响定位精度。

多种定位技术优势对比

抗多径干扰对比
▪ UWB-AOA：UWB技术更容易识别直达路径，在障碍物多的复杂环境中定位精度更优。
▪ 蓝牙AOA：蓝牙技术无法区分直达和反射路径，测得的是包含墙壁等障碍物反射后的混叠信号，在复杂环境下定位精度低、稳定度差。

抗无线电干扰对比
▪ UWB-AOA：UWB频段在工信部规范下，与其它无线电没有冲突。而且UWB是超宽带信号，对常见电磁干扰（都是窄带）抵抗力更强。
▪ 蓝牙AOA：蓝牙所用2.4G频段非常拥挤，容易受到其它电子设备干扰，包括WIFI、蓝牙耳机、智能家居、甚至无线鼠标等。

成本与趋势对比
苹果、三星、小米、OPPO、VIVO、谷歌等都已经发布或即将发布多款集成UWB的手机和消费电子产品，UWB的市场趋势正在形成。随着UWB进入手机生态，众多国内外初创公司正在将UWB芯片的成本大幅降低，逐渐达到蓝牙芯片价位。蓝牙相对UWB的成本和普及度优势正在丧失，而蓝牙相对UWB的物理性能局限会更加凸显。

UWB AOA技术优势总结

UWB AOA优势总结

部署数量和覆盖面积
UWB-AOA单基站覆盖半径＞20米，可间隔30米以上部署。
VS蓝牙AOA单基站覆盖受高度影响的≤20米，拥有绝对优势。

安装高度
UWB-AOA单基站部署：
 不受高度影响和限制
蓝牙AOA单基站部署：
 受高度影响和限制

项目投资成本
同面积下的硬件和施工总成本比较：（基于二维定位）
 UWB-AOA单基站部署比UWB传统基站减少50%；
 比蓝牙AOA基站数量减少70%以上。
 项目环境内遮挡越多，UWB AOA单基站优势越明显。

复杂无线电环境
项目复杂无线电以及金属遮挡物密集的环境中，UWB频段在工信部规范下，与其它无线电没有冲突。而且UWB是超宽带信号，对常见电磁干扰（都是窄带）抵抗力更强。

技术选择决策树

不同项目有不同的复杂场景，根据场景和管理需求做全面客观分析，以决策定位技术的选择。

技术选择5要素：

精度、功耗、容量、成本、部署条件。

UWB AOA技术应用场景

技术适用场景

工业和制造
工业4.0、工业物联网、矿山、石油煤气化..

交通建设
路桥、隧道、轨道交通建设...

智慧城市
智慧交通、智慧园区、智慧工地、智慧校园、智慧医院、智慧停车...

车联网
智能汽车、车联网、UAV&AGV&Robot... ；

仓储物流
海陆空港口、物流园区、仓储货运..

更多应用
零售、公共交通、展览...

UWB AOA 技术之人员管理应用

典型应用之人员管理

实时定位及轨迹回放：精准获取人员位置、分布及活动轨迹；

智能考勤及工时统计：高效统计人员对应的到岗时间、在岗时长和考勤状态等；

作业行为监测：防止串岗、脱岗、超员、缺员等，自定义设置滞留区域和时间，多人聚众或无人值守告警提示；

电子围栏：基于定位系统，人员安全行为监管；

应急救援：当事故发生时，可以根据系统定位人员的位置和行为轨迹对信息进行分析，为应急救援提供重要依据，提高救援效率。

视频联动：如果条件允许，还可以部署视频监控设备，与UWB技术结合，实现视频联动，实现高效救援和应急措施定向实施。

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