UWB人员定位系统是一种基于超宽带技术的高精度实时定位解决方案，通过部署定位基站和佩戴UWB标签，利用飞行时间(ToF)或到达时间差(TDOA)算法实现厘米级定位精度(10-30cm)。该系统具备强抗干扰能力和穿透性，适用于复杂工业环境，可实时追踪人员位置、记录运动轨迹、设置电子围栏预警，并支持视频联动与数据分析，广泛应用于工厂、仓储、司法、医疗等领域，显著提升安全管理与运营效率。
一、UWB技术基础
UWB(Ultra Wide Band)是一种基于极窄脉冲的无线通信技术，利用1 GHz以上带宽的纳秒级非正弦波窄脉冲传输数据。其核心技术特性包括：
- 超宽频谱：根据FCC标准，UWB信号的绝对带宽≥500 MHz或相对带宽≥20%。这种宽频特性使其具备高时间分辨率(1 ns级)，为厘米级定位奠定物理基础。
- 无载波通信：直接通过冲击脉冲调制信息，简化了系统结构，降低功耗。
- 抗干扰能力：信号功率谱密度极低(-41.3 dBm/MHz)，对传统通信系统表现为类噪声，具有天然抗干扰性。
二、UWB定位核心原理
UWB人员定位系统主要依赖测距技术与多边定位算法实现位置解算：
1.测距方法：
飞行时间法（TOF, Time of Flight）：
原理：测量信号从标签到基站的往返时间(RTT)，通过公式 d=c⋅t2d=2c⋅t 计算距离(cc为光速，tt为总时间)。
技术实现：
单边双向测距（SS-TWR）：标签与基站单次交互，需时钟同步，误差较大。
双边双向测距（DS-TWR）：三次信号交换(请求-响应-结束)，消除时钟偏移，精度可达厘米级。
到达时间差法（TDOA, Time Difference of Arrival）：
原理：标签发送信号至多个基站，通过各基站接收时间差构建双曲线方程，解算位置。
优势：无需标签与基站往返通信，功耗更低，适用于动态场景。
2.定位算法：
多边交汇算法：结合至少3个基站的测距结果，建立球面方程求解标签坐标(如最小二乘法)。
抗多径优化：利用UWB信号的高时间分辨率分离直达波与反射波，降低复杂环境下的定位误差。
三、系统硬件组成
UWB人员定位系统架构分为四层：
1.感知层：
标签（Tag）：佩戴于人员或物体，内置UWB芯片、电池及传感器，发射脉冲信号。典型功耗低至μW级，续航可达3-5年。
基站（Anchor）：固定部署的参考节点，接收标签信号并测量时间参数。支持PoE供电或工业级防护(如防爆设计)。
2.传输层：
通信网络：采用工业以太网、4G/5G或LoRa传输数据，确保实时性。
3.处理层：
服务器：运行定位引擎(如TOF/TDOA解算算法)及数据库，支持分布式计算。
4.应用层：
显示终端：集成GIS地图、轨迹回放、电子围栏等功能，支持多平台访问。
四、技术优势与挑战
1.核心优势：
厘米级精度：时间分辨率达1 ns，理论定位误差<10 cm。
低功耗：脉冲占空比低至0.5%，标签续航显著优于蓝牙/WiFi。
穿透能力：可穿透墙体、金属等障碍物，支持非视距(NLOS)定位。
2.应用挑战：
多径效应：密集反射环境需结合滤波算法(如卡尔曼滤波)优化。
基站部署密度：复杂场景需优化基站布局以平衡成本与精度。
五、典型应用场景
工业安全：实时追踪矿工位置(误差<30 cm)，触发设备闭锁防止机械伤害。
应急救援：消防员室内定位(15-20 m通信距离)，结合三维路径规划提升救援效率。
智能仓储：AGV导航与库存管理，动态精度达±10 cm。
六、技术演进趋势
融合定位：结合MEMS惯导(IMU)实现运动补偿，提升移动场景精度。
芯片集成化：UWB+蓝牙双模芯片(如苹果U1)推动消费级应用。
标准化进展：IEEE 802.15.4z增强测距安全性，支持物理层加密
