基于UWB的三维室内定位系统的制作流程
UWB超宽带室内定位方案介绍
刷新频率：0~10Hz 防雨：可防雨（充电口加塞）
精度：典型精度≤30cm
设设备备稳稳定定性性强强
防水
防尘
防雷
耐低 温
防爆
耐高 温
IP67，Ingress Protection，支持最高等级的防尘（6级， 灰尘禁锢：尘埃无法进入物体整个直径不能超过外壳的空 隙）。
IP67，Ingress Protection，支持次高级的防水功能（7级，防 短时浸泡：常温常压下，当外壳暂时浸泡在1M深的水里将 不会造成有害影响）。
基站进行测距定位。
7
UWB定位原理（TOA)
4个已知坐标的基站为一组，实现三 维定位； 标签进入定位区域后，按照分配的 时间和顺序，依次与基站进行测距； 距离信息通过有线/无线网络上传到 服务器，实现位置实时跟踪。
Time of fly
Time of fly
Time of fly
Time of fly
基站：4个，A2是主基站，A1,A3,A4 是从基站，发送时钟同步帧。 标签：1个，发送Blink帧。 CLE运行在PC上。
10
较大系统的基站布局(TDOA)
11
应用场景基站布置
空旷场所80米布一个基站，如果 有阻隔，需要重新布至少三个基 站。
12
UWB定位系统框图
有线数据网络 无线定位网络
定位服务器
UWB定位原理（TDOA)
TDOA，Time Difference of Arrival，通过测量被测标签(B)与已知位置基站 (P1,P2,P3)间的报文传输时间差，计算出距离差；计算出被测标签的位置。需要已知 位置基站间时钟同步。
P1
P1 P2
UWB室内定位系统整体解决方案介绍
UWB室内定位系统公司简介xxxx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。
xx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，xx，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。
xx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xx，高山景行。
xx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！UWB无线定位系统方案定位概念UWB技术原理xx（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3.1~10.6GHz，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xx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。
xx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。
UWB-TDOA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。
uwb室内定位原理
uwb室内定位原理UWB（Ultra-Wideband）室内定位原理概述：UWB（Ultra-Wideband）室内定位技术是一种基于无线通信的定位技术，其原理是利用宽带信号在室内环境中的多径传播特性，通过测量信号的到达时间、信号强度等参数，实现对移动目标的准确定位。
本文将详细介绍UWB室内定位的原理及其应用。
一、UWB室内定位原理1. 多径传播特性UWB室内定位的核心是利用宽带信号在室内环境中的多径传播特性。
多径传播是指信号在传播过程中，经过不同路径到达接收器，形成多个接收信号。
这些接收信号之间存在不同的路径长度、相位差和功率差，通过对这些参数的测量和分析，可以实现对移动目标的定位。
2. 时间测量UWB室内定位中最常用的测量参数是到达时间。
发送器发送一个宽带脉冲信号，接收器接收到信号后，通过测量信号到达接收器的时间差，可以计算出信号的传播距离。
利用多个接收器同时测量到达时间，可以得到多个距离值，从而实现对目标位置的定位。
3. 信号强度测量除了时间测量，信号强度也是UWB室内定位中常用的参数之一。
信号在传播过程中会受到衰减、散射等影响，这些影响因素会导致信号强度的变化。
通过测量接收到的信号强度，可以推算出移动目标与接收器之间的距离。
结合时间测量的结果，可以得到更准确的定位信息。
4. 定位算法UWB室内定位的核心是通过测量多径传播特性中的到达时间和信号强度等参数，利用定位算法计算出移动目标的位置。
常用的定位算法包括最小二乘法、贝叶斯滤波等。
这些算法可以通过对测量数据进行处理和分析，实现对目标位置的估计和预测。
二、UWB室内定位的应用1. 室内导航UWB室内定位技术可以应用于室内导航系统。
通过在建筑物内部布置UWB定位设备，可以实现对人员和物品的准确定位和导航。
这对于大型商场、机场、医院等场所来说，可以提高工作效率和用户体验。
2. 室内安全UWB室内定位技术在安防领域也有广泛的应用。
通过在室内环境中布置UWB定位设备，可以实现对人员和物品的实时监控和定位。
非视距环境下uwb三维定位实验流程
非视距环境下uwb三维定位实验流程下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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基于UWB的室内定位系统研究
１ 系统原理与设计
本文提出基于 UWB 的室内定位系统工作流程如图 1 所示。 首先，佩戴在人员或设备上的 UWB 电子标签，通过超 声波或射频方式向各个 UWB 基站发送信息，各 UWB 基站 收到来自 UWB 标签的信号后，通过时间差估算基站与标签 之间的距离。完成测距后，通过与位置解析服务器相连的 UWB 基站和串口，把各基站的测距信息发往位置解析服务 器。位置解析服务器采用基于四 UWB 基站的三维空间定位
关键词：室内定位；UWB 无线通信；多点定位算法；室内追踪 中图分类号：TN925 文献标识码：A 文章编号：1003-9767（2019）14-110-03
Indoor Positioning System Based on UWB
Wu Ruyue, Huang Fenghua, Zou Tuoling
基金项目：福建省中青年教师教育科研项目（项目编号 :JA13364)；福建省大学生创新创业训练计划项目（项目编号： 201813468022)。 作者简介：吴如玥 (1996—)，女，福建上杭人，本科。研究方向：物联网技术、软件工程。
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2019 年第 14 期
信息与电脑 China Computer & Communication
软件开发与应用
信息与电脑 China Computer & Communication
基于 UWB 的室内定位系统研究
2019 年第 14 期
吴如玥 黄风华 邹驼玲 （阳光学院，福建 福州 350015）
摘 要：针对目前国内室内定位领域的需求，提出一种基于 UWB 的室内定位系统实现方案，充分利用 UWB 带宽大、 定位精度高的优点，实现室内三维定位和追踪。系统通过 TOA 方法，测量 UWB 标签与多个 UWB 基站之间的距离，位置解 析服务器通过串口读取测距信息。采用基于四 UWB 基站的三维空间定位算法，计算定位目标在室内三维空间的位置，并 通过 WiFi 发送位置至用户手机端。手机端通过 OpenGL ES 加载三维室内地图，并动态接收从服务器端发送的定位目标位 置，从而实现室内三维定位与追踪。系统测试表明，基于上述方案的室内定位系统具有较高的精度和实用性。
(完整版)UWB室内高精度定位系统
典型应用场景
室内定位系统产品概述
应用软件（B/S 或 C/S） 用户API接口 定位引擎软件
TCP UDP 数据库 定位引擎算法
定位基站 空中接口协议
定位标签
室内定位系统解决方案包括以下四部分：
定位标签/定位模块
定位基站 定位引擎软件 (包括windows系统 定位引擎和linux系统定位引擎) 定位系统API接口(提供用户配置软 件及定位显示软件)
定位标签
定位标签是室内定位系统的组成部分，定位标签附着在定位对象表面，当标签进入基站的 信号覆盖范围内，即自动与基站建立联系。定位标签可根据应用得需求制定不同的附着方
案，如悬挂、粘贴等形式，大小和外形也会根据对象的不同而有所不同设计。
产品技术规格 定位精度
工作频率
射频功率
信号灵敏度
技术规格参数 位置刷新率 工作时间
（1）实时可视化人员跟踪定位 （2）视频联动 （3）人员指挥调度 （4）人员统计点名 （5）危险区域提醒 （6）电子围栏报警（未获许可 /过期许可进入敏感区域）
工厂人员定位系统
全息车间
ECC调度中心
全息车间
工位关注 统计分析
语音调度中心
全息车间
仓库管理
（1）唯一ID标识：每个货品、叉车、人员唯一指定ID。 （2）全局位置显示：监控室可实时显示、查询物资、叉车、人员的实时位置， 显示于仓库的可视化平台上。 （3）实时轨迹跟踪：运动叉车、人员、货品的位置可以以轨迹形式显示展示行 进轨迹。 （4）历史数据回放：位置服务器存储历史位置数据，可回访查询关键时间节点 人、车、物的动态情况。 （5）安全区域报警：软件中轻松设定安全区电子围栏、警报区和禁区电子围栏， 一旦进入则触发相应级别的报警。
uwb定位方法
uwb定位方法
UWB（Ultra-wideband）定位方法是一种室内定位技术，利用
超宽带无线信号传输技术来实现高精度室内定位。
其原理是通过发送一系列具有极短脉冲宽度和高峰值功率的无线信号，然后接收和处理被目标物体反射、散射或传播的信号。
根据信号的时间差和幅度差，可以计算出目标物体与参考节点的距离和方向，从而实现定位。
UWB定位方法的优点包括高精度、高抗干扰性、高可靠性等。
它可以达到厘米级甚至亚厘米级的定位精度，适用于室内环境下的各种定位场景，如室内导航、室内跟踪、室内定位等。
常见的UWB定位方法包括基于到达时间（Time of Arrival, TOA）的定位、基于时间差（Time Difference of Arrival, TDOA）的定位、基于接收信号强度指示（Received Signal Strength Indicator, RSSI）的定位等。
这些方法可以单独或结合使用，以提高定位的准确性和稳定性。
在实际应用中，UWB定位方法主要由硬件设备和算法两部分
组成。
硬件设备包括UWB芯片、天线、参考节点等，用于发
送和接收UWB信号。
算法部分涉及信号处理、距离测量、定
位算法等，用于计算目标物体的位置。
总而言之，UWB定位方法是一种利用超宽带无线信号传输技
术实现高精度室内定位的技术，具有很大的应用潜力。
室内导航方案
室内导航方案第1篇室内导航方案一、项目背景随着我国城市化进程的加快，大型公共建筑及商业综合体日益增多，室内空间结构复杂，给人们在室内导航带来了诸多不便。
为了提高室内导航的准确性和便捷性，本项目将制定一套合法合规的室内导航方案，旨在满足各类场景下的室内定位与导航需求。
二、方案目标1. 提高室内导航的准确性，确保用户在复杂室内环境中能够准确找到目的地。
2. 简化导航操作，提高用户体验。
3. 遵循国家相关法律法规，确保方案合法合规。
4. 降低系统建设和运维成本，提高投资回报率。
三、技术路线1. 室内定位技术：采用蓝牙低功耗（BLE）技术、超宽带（UWB）技术、室内GPS技术等多种定位技术相结合，提高室内定位的准确性。
2. 导航算法：结合室内空间结构特点，优化路径规划算法，实现短距离、低成本的室内导航。
3. 数据采集与处理：利用激光扫描、无人机航拍等技术，对室内空间进行三维建模，为导航提供数据支持。
4. 云计算与大数据：利用云计算平台，实现室内导航数据的存储、处理和分析，提高导航系统的实时性和准确性。
四、实施方案1. 室内定位系统部署（1）在室内空间安装蓝牙信标、UWB基站等定位设备，实现室内定位信号的覆盖。
（2）通过定位算法，实时获取用户位置信息。
（3）将定位数据传输至云端，为导航算法提供数据支持。
2. 导航算法优化（1）根据室内空间结构，设计合适的路径规划算法。
（2）结合用户行为习惯，优化导航指令，提高导航准确性和便捷性。
3. 数据采集与处理（1）利用激光扫描、无人机航拍等技术，对室内空间进行三维建模。
（2）对采集到的数据进行处理，生成室内地图，为导航提供数据支持。
4. 系统集成与测试（1）将室内定位、导航算法、数据采集与处理等技术进行集成。
（2）开展系统测试，确保导航系统的稳定性和准确性。
五、合法合规性保障1. 遵循国家相关法律法规，确保方案在法律框架内实施。
2. 加强数据安全管理，保护用户隐私。
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一种基于UWB的三维室内定位系统，涉及无线通信网络定位技术领域，包括固定在定位目标上的标签，至少四个固定在室内坐标已知的基站，以及一个定位终端。
利用标签轮询与通讯范围内基站进行双向测距，避免了标签和基站之间的需时钟同步问题，并且采用标签打包到各基站的距离并发送给定位终端，极大地降低了定位系统的复杂度和成本；定位数据的运算放在电脑上极大减小单片机的负担使定位延时更小；采用限幅加权递推均值滤波算法对所获得的三维坐标分别进行处理，使定位精度更高。
权利要求书1.一种基于UWB的三维室内定位系统，其特征在于，包括固定在定位目标上的标签，至少四个固定在室内坐标已知的基站，以及一个定位终端。
2.据权利要求1所述的基于UWB的三维室内定位装置，其特征在于，所述基站包括USB接口、电源管理模块、稳压模块、UWB通讯模块、单片机、电池；标签包括USB接口、电源管理模块、稳压模块、UWB通讯模块、单片机、电池、ZigBee模块；所述USB接口负责对电池充电以及对单片机烧录程序；电池、电源管理模块和稳压模块构成电源系统为整个模块进行供电；标签ZigBee模块与单片机通过串口连接，单片机与UWB通讯模块之间通过SPI接口连接；定位终端包含ZigBee模块、单片机、电脑主机、USB转串口模块；所述单片机与ZigBee通讯模块通过UART串口进行连接；所述定位终端的ZigBee模块与服务器通过USB连接。
3.根据权利要求2所述的基于UWB的三维室内定位系统,其特征在于，所述标签和基站之间采用双向测距方式获取到各基站的距离信息，基站与标签之间无需进行时钟同步。
4.根据权利要求3所述的基于UWB的三维室内定位系统,其特征在于，标签到各基站的距离信息由标签打包后，该定位信息包通过zigbee通讯模块发送给定位终端。
5.根据权利要求3所述的基于UWB的三维室内定位系统,其特征在于，标签和基站之间的双向测距方式采用双向测距的“Using three messages”通讯方式获得标签与基站之间信号飞行时间，具体操作如下：标签先基站发送定位请求数据包poll，并记录发送时间poll_tx；基站于时间poll_tx接收并确认请求定位数据包，然后延时至时间answer_tx发送应答数据包；标签与时间answer_rx接收并确认应答数据包，然后延时至时间final_tx再次发送确认数据包给基站，基站于时间final_rx接收到确认数据包后，将之前的记录的时间戳poll_rx，answer-tx以及final_rx打包发送给标签；标签汇总自身所记录的时间戳poll_tx，answer-rx，final_tx以及基站发送来的时间戳进行计算获取信号飞行时间TtofTtof，具体公式如下：T_round1＝answer_rx-poll_txT_reply1＝answer_tx-poll_rxT_round2＝final_rx-answer_txT_reply2＝final_tx-answer_rx然后乘以光速获得标签到基站之间的直线距离。
6.根据权利要求4所述的基于UWB的三维室内定位系统，其特征在于，定位信息包经ZigBee传送给定位终端后，定位中端通过三边定位进行运算获取目标物体的三维坐标，并对所获得的三轴坐标分别进行限幅加权递推均值滤波算法，获取目标物体的更精确的空间坐标。
7.根据权利要求2所述的基于UWB的三维室内定位系统，其特征在于，所述的UWB通讯模块为dacaWave DWM1000芯片。
技术说明书一种基于UWB的三维室内定位系统技术领域本技术涉及无线通信网络定位技术领域，特别涉及到一种超带宽室内定位方法和系统。
背景技术人类70％-80％的活动发生在室内，因此基于位置服务在生活中变得越来越重要，尤其是利用移动设备通过位置感知来提供导航定位服务成为未来研究的重点。
室外定位一般使用GPS技术，但是在室内由于建筑物的遮挡，GPS信号会严重削弱，而且受到多路径效应的影响，存在定位困难和精度不足的问题。
现行的室内定位技术主要有高精度GPS定位、WIFI定位技术、ZigBee定位技术、RFID射频技术、惯性导航技术和UWB技术等。
WiFi定位和ZigBee定位误差较大不适合室内定位；RFID传输距离较近，需要对标签密集布点，工程复杂并且成本较高；惯性导航可以不依赖外部设备单独工作，但是惯性导航收到漂移误差积累的影响不能进行长时间或长距离的定位。
现行UWB定位大都采用信号到达时间进行定位，需要实现基站与标签之间时钟同步，且定位数据均是由基站传输给定位终端，这会增加系统的复杂性和成本。
技术内容针对以上定位系统的缺点，本技术提出一种简单的、成本低的并且定位精度高的可用于室内移动目标定位的超宽带室内定位系统。
本技术的技术方案是这样实现的：一种基于UWB的三维室内定位系统，包括固定在定位目标上的标签，至少四个固定在室内坐标已知的基站，以及一个定位终端。
进一步的，所述基站包括USB接口、电源管理模块、稳压模块、UWB通讯模块、单片机、电池；标签包括USB接口、电源管理模块、稳压模块、UWB通讯模块、单片机、电池、ZigBee模块；所述USB接口负责对电池充电以及对单片机烧录程序；电池、电源管理模块和稳压模块构成电源系统为整个模块进行供电；标签ZigBee模块与单片机通过串口连接，单片机与UWB通讯模块之间通过SPI接口连接；定位终端包含ZigBee模块、单片机、电脑主机、USB转串口模块；所述单片机与ZigBee通讯模块通过UART串口进行连接；所述定位终端的ZigBee模块与服务器通过USB连接。
进一步的，所述标签和基站之间采用双向测距方式获取到各基站的距离信息，基站与标签之间无需进行时钟同步。
进一步的，标签到各基站的距离信息由标签打包后，该定位信息包通过zigbee通讯模块发送给定位终端。
进一步的，标签和基站之间的双向测距方式采用双向测距的“Using threemessages”通讯方式获得标签与基站之间信号飞行时间，具体操作如下：标签先基站发送定位请求数据包poll，并记录发送时间poll_tx；基站于时间poll_tx接收并确认请求定位数据包，然后延时至时间answer_tx发送应答数据包；标签与时间answer_rx接收并确认应答数据包，然后延时至时间final_tx再次发送确认数据包给基站，基站于时间final_rx接收到确认数据包后，将之前的记录的时间戳poll_rx，answer-tx以及final_rx打包发送给标签；标签汇总自身所记录的时间戳poll_tx，answer-rx,final_tx以及基站发送来的时间戳进行计算获取信号飞行时间，具体公式如下：T_round1＝answer_rx-poll_txT_reply1＝answer_tx-poll_rxT_round2＝final_rx-answer_txT_reply2＝final_tx-answer_rx然后乘以光速获得标签到基站之间的直线距离。
进一步的，定位信息包经ZigBee传送给定位终端后，定位中端通过三边定位进行运算获取目标物体的三维坐标，并对所获得的三轴坐标分别进行限幅加权递推均值滤波算法，获取目标物体的更精确的空间坐标。
本技术的优点是：上述方案利用标签轮询与通讯范围内基站进行双向测距，避免了标签和基站之间的需时钟同步问题，并且采用标签打包到各基站的距离并发送给定位终端，极大地降低了定位系统的复杂度和成本；定位数据的运算放在电脑上极大减小单片机的负担使定位延时更小；采用限幅加权递推均值滤波算法对所获得的三维坐标分别进行处理，使定位精度更高。
附图说明：图1为本技术实施例一种基于UWB的三维室内定位系统的结构原理图。
图2为本技术实施例一种基于UWB的三维室内定位系统的基站的结构原理示图。
图3为本技术实施例一种基于UWB的三维室内定位系统的标签的结构原理示图。
图4为本技术实施例一种基于UWB的三维室内定位系统的定位终端的结构原理示图。
图5为本技术实施例一种基于UWB的三维室内定位系统基站与标签之间双向测距时标记时间戳的时间轴。
图6为本技术实施例一种基于UWB的三维室内定位系统定位流程图。
具体实施方式：下面结合本技术实施例中的附图，对本技术作进一部的说明：如图1所示：本技术实施例基于UWB的三维室内定位装置及系统包括固定在定位目标上的标签，至少四个固定在室内坐标已知的基站，以及一个定位终端。
系统的信息流为：标签和基站之间进行UWB双向通讯获取标签到各基站之间的距离信息，基站与标签之间无需进行时钟同步；标签将到各基站之间的距离信息进行打包，通过ZigBee通讯模块传输给定位终端，定位终端进行数据的解算，得到定位目标的空间坐标。
如图2图3和图4所示：本技术基站包括USB接口、电源管理模块、稳压模块、UWB通讯模块、单片机、电池；标签包括USB接口、电源管理模块、稳压模块、UWB通讯模块、单片机、电池、ZigBee模块；定位终端包含ZigBee模块、单片机、电脑主机、USB转串口模块；其中单片机与UWB通讯模块通过SPI接口进行连接，单片机控制UWB信号的收发；标签ZigBee模块与单片机通过串口连接，用于距离信息的传输；所述USB接口负责对电池充电以及对单片机烧录程序；电池、电源管理模块和稳压模块构成电源系统为整个模块进行供电。
定位终端的ZigBee模块与服务器通过USB连接。
本技术中UWB通讯模块为dacaWave DWM1000芯片。
如图5所示：本技术实施例一种基于UWB的三维室内定位系统，标签和基站之间的双向测距方式采用双向测距的“Using three messages”通讯方式获得标签与基站之间信号飞行时间，标签先基站发送定位请求数据包poll，并记录发送时间poll_tx；基站于时间poll_tx接收并确认请求定位数据包，然后延时至时间answer_tx发送应答数据包；标签与时间answer_rx接收并确认应答数据包，然后延时至时间final_tx再次发送确认数据包给基站，基站于时间final_rx接收到确认数据包后，将之前的记录的时间戳poll_rx，answer-tx以及final_rx打包发送给标签；标签汇总自身所记录的时间戳poll_tx，answer-rx,final_tx以及基站发送来的时间戳进行计算获取信号飞行时间，具体公式如下：T_round1＝answer_rx-poll_txT_reply1＝answer_tx-poll_rxT_round2＝final_rx-answer_txT_reply2＝final_tx-answer_rx然后乘以光速获得标签到基站之间的直线距离。
如图6所示：本技术一种基于UWB的三维室内定位系统用于室内定位的流程如下：首先系统上电，标签确定通信范围内基站的个数，如果基站个数少于四个，不能实现空间定位，标签继续查询基站个数；当基站个数大于等于四个的时候，标签轮询对基站进行双向测距获取标签到各基站之间的距离信息，然后对距离信号进行打包，通过ZigBee通讯模块经距离信息发送给定位终端；定位终端接收到距离信息包后，对数据进行解算，获取定位目标当前的空间坐标并利用限幅加权递推均值滤波算法对所获得的三维坐标分别进行处理，获得精度更高定位坐标。