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UWB系列
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UWB十個知識點

  • 產(chǎn)品概述
  • 產(chǎn)品特點
  • 技術(shù)參數(shù)
  • 資料下載

UWB是一直被基于厚望的高精度定位技術(shù)

1:定位技術(shù)及UWB特點

位置空間感知技術(shù)包括了GNSSRFID

、藍牙和UWB,在室內(nèi)和區(qū)域空間測量最 具技術(shù)優(yōu)勢的技術(shù)是UWB

GNSS是廣域定位技術(shù),室內(nèi)以及建筑物旁邊等場景

,GNSS無法實現(xiàn)定位,需要考慮類似UWB的區(qū)域定義技術(shù)
。GNSS另一個局限性就是功耗大,沒有通訊功能
,需要增加類似地面蜂窩通訊實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊。UWB技術(shù)支持定位同時
,實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向通訊。

RFID由于其無源和低成本優(yōu)勢

,以及標簽多種形態(tài)優(yōu)勢,應用于物品追溯管理更適用
。感知距離近(3-5米)是RFID應用的局限性
,在涉及大件物品固定區(qū)域出入以及位置管理可以考慮UWB技術(shù)

涉及到大量公眾人群以及智能手機互動的場景

,基本考慮藍牙或NFC
,醫(yī)院和停車場位置感知多數(shù)采用藍牙提供位置服務
;藍牙最 大的優(yōu)勢是和智能手機無縫互動
,智能手機就是電子標簽
。藍牙的劣勢是抗干擾能力差
,另外潮濕環(huán)境對于藍牙信號影響大

在區(qū)域室內(nèi)外環(huán)境內(nèi)的2B &2C應用場景,需要比較高的位置空間感知要求

,UWB才會有真正用武之地。

2:UWB和藍牙

、RFID
、WiFi

UWB是一種高精度的無線測量技術(shù),藍牙

、RFID以及WiFi三種技術(shù)
,嚴格意義不屬于無線測量技術(shù),只能算是一種存在性感知技術(shù)

藍牙和WiFi更側(cè)重與近距離

、中距離的數(shù)據(jù)通訊,RFID則是無源近距離感知及觸發(fā)性微量數(shù)據(jù)通訊

同時具備高精度的TOF測距

、TOA的納秒級到達時間精度以及AOA高精度到達角度測量,只有UWB一種技術(shù)具備

定位,UWB,坐標

定位,UWB,坐標

3:UWB和BLE無線物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)通訊

UWB在無線物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)通訊的安全性比藍牙有優(yōu)勢:相比藍牙物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)通訊,UWB具備頻率

、抗干擾
、抗多徑等優(yōu)勢

此外除了脈沖通訊機制、精準測距的無線防偽機制

,UWB新通訊標準增加了STS等括鏈路層安全通訊機制。在汽車鑰匙、無線支付等應用場景更具優(yōu)勢

4:UWB三個核心精準測量技術(shù)

定位,UWB,坐標

5:基于UWB測量技術(shù)的常規(guī)定位算法

基于TOF的坐標定位:優(yōu)點:算法簡單

、精度較高
。缺點:標簽費電
、系統(tǒng)容量小

基于TDOA的坐標定位:優(yōu)點:標簽省電、系統(tǒng)容量大

。缺點:基站需高精度時間同步
、包絡(luò)線外精度低

基于AOA+TOF的坐標定位:優(yōu)點:需要基站數(shù)量少

。缺點:準確測量角度困難,信號遮擋敏感

6:坐標定位以及坐標定位的精度有實際意義的嗎

其實很多封閉區(qū)域或者室內(nèi)環(huán)境,希望掌握目標的位置空間

,并非位置坐標,目標的位置空間和目標的位置坐標有什么應有和實施的區(qū)別嗎

如果得到目標的位置坐標

,需要以下幾個前提條件:

n  需要建立區(qū)域空間統(tǒng)一坐標系

,對于有很多建筑物以及立體空間而言,這個有難度

n  需要對空間精準地理測繪,嚴格按照空間物體的物理尺寸

,這個工作落地難度很大,就算用激光雷達對現(xiàn)實空間三維建模
,工作量也是巨大的

n  根據(jù)建立的坐標系和現(xiàn)場的精準地理信息測繪

,制作現(xiàn)實空間的三維地圖,制圖工作巨大;如果需要PC和智能手機同時支持
,則需要制作兩套地圖;PC和智能手機應用側(cè)需要消耗大量CPU資源來支撐三維地圖的調(diào)用

n  解算目標的坐標

,需要部署大量定位基站
,每個定位基站需準確地理坐標標定
;并且按照三角定位的原則
,要求每個定位點需保證有三個可視基站,同時還涉及到人員的佩戴方式限制
,幾乎是不可能完成的任務;

以上工作如果沒有準確落實

,10-30厘米的定位精度就毫無意義;

坐標定位是一個復雜的精準測繪的系統(tǒng)工程

7:坐標軌跡和行蹤軌跡

坐標軌跡的對管理其實沒有太大意義,管理的目的是掌握目標的行蹤而非坐標軌跡

。坐標軌跡和區(qū)域行蹤有哪些區(qū)別?

坐標軌跡是基于幾何學算法

,采用三角定位或者AOA算法
,解算目標坐標
;坐標定位嚴重依賴現(xiàn)場的精準測繪
,對于環(huán)境的干擾沒有魯棒性

行蹤軌跡采用空間網(wǎng)格化管理方式

,基于UWB信號的機器學習
,將物理空間定義若干空間區(qū)域
,基于區(qū)域的方式
,實現(xiàn)目標行蹤管理
。優(yōu)勢在于:無需現(xiàn)場地理測繪,無需基站坐標標定
,實際環(huán)境定義任意管理區(qū)域

基于UWB信號區(qū)域空間而非坐標的目標蹤跡管理相比坐標定位和坐標軌跡,部署實施更簡單

,基站數(shù)量也大大減少(不到20%),體驗感也更強(位置感知穩(wěn)定)
,是最 具性價比的位置空間感知解決方案。

8:UWB坐標電子圍欄和UWB機器學習電子圍欄

傳統(tǒng)UWB電子圍欄幾乎都是基于坐標的電子圍欄

,有很多應用局限性:首先只能在圖上定義,沒有辦法現(xiàn)場定義
,導致基于地圖的電子圍欄定義和實際有差距
;此外
,坐標定位受到實際環(huán)境影響很大
,定位準確度以及穩(wěn)定性在復雜工業(yè)環(huán)境波動很大,導致坐標電子圍欄根本就沒有辦法在復雜工業(yè)環(huán)境使用

基于UWB信號機器學習區(qū)域空間電子圍欄,無需現(xiàn)場的地理測繪

,無需錨點的坐標標定,全無線部署
,現(xiàn)場區(qū)域任意定義
。由于基于UWB信號的機器學習而非幾何學算法
,對于復雜工業(yè)環(huán)境有不錯的魯棒性
,適用于工業(yè)環(huán)境UWB電子圍欄的需求應用。

9:人體及環(huán)境對于UWB通訊干擾

n  人體對UWB的干擾

人體的表面具有平滑且彎曲特點

,無線信號在人體表面會形成爬行波
。爬行波會令無線信號到達時間以及信號能量衰減都發(fā)生變化

標簽放置在頭部的性能是最優(yōu)的

,丟包率和測距誤差都是最小的
;快速運動丟包率提高
,測距精度變化不大
;胸部時
,被人體阻擋的UWB信號有超過50%的測距包丟失,精度也下降了很多

人員標簽最 佳佩戴方式是頭戴或者臂戴。

定位,UWB,坐標

n  墻體

、玻璃
、金屬
、液體
、草地
、樹葉對于UWB通訊干擾

UWB可以穿過一般的墻體,CH5和CH9的表現(xiàn)好于CH2

;玻璃基本沒有什么影響;金屬會造成信號的折射
,導致測距加長
、達到時間加長
、到達角度不準

雨天和潮濕環(huán)境會造成無線信號的能量的衰減,UWB在濕度大的環(huán)境表現(xiàn)要遠好于2.4G信號的藍牙和WiFi

無線電磁波信號是不能在液體里面?zhèn)鞑ィ衤暡ǖ奈锢聿ú趴梢栽谒聜鞑?div id="jpandex" class="focus-wrap mb20 cf">。草地和樹葉會導致UWB信號的能量衰減

,導致傳輸距離下降
,對于測量精度影響有限

10:如何面對位置空間需求

n  需求分析并確認定位技術(shù)路線

類似巡檢簡單需求

,采用藍牙或者RFID就可以了
,只有涉及到高要求位置服務需求場景
,才考慮UWB技術(shù)路線
。比如井下復雜且潮濕的環(huán)境
、復雜工業(yè)環(huán)境電子圍欄的需求、工業(yè)環(huán)境輔助無人駕駛等等場景

n  UWB合理技術(shù)方案

類似地下隧道場景

,推薦采用一維定位
;類似操場等沒有遮擋物的環(huán)境,可考慮二維坐標定位
;有高度定位的需求
,采用氣壓差的方法測量高度
;復雜工業(yè)環(huán)境的電子圍欄以及作業(yè)面的區(qū)域管理
,推薦采用精細網(wǎng)格化算法;復雜環(huán)境的人/車/物出入管理
,考慮出入口算法;類似AGV無人駕駛需求
,建議采用UW標錨點的方位定位
;大型資產(chǎn)固定場所的定位,可采用方位定位
,也可考慮移動式方位定位實現(xiàn)固定資產(chǎn)流動盤點

針對不同場景采用定位技術(shù)路線

,才是真正能解決問題的高性價比的方案

n  UWB部署實施注意事項

錨點天線離附近的金屬物體30-50厘米

;CH2和5G蜂窩通訊有相互干擾
,盡量采用CH5或者CH9;方位定位距離建議不要超過20-30米
;AOA對于收發(fā)天線的方向有一定要求,接收角度在-60°到+60°
;TDOA依賴基站之間嚴格的時間同步
,需要保證SYNC或者RELAY和錨點的UWB通訊。


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