Tecnologia de Posicionamento UWB
Este whitepaper apresenta principalmente o princípio, a seleção do esquema e os métodos de implementação
da tecnologia de posicionamento de banda ultralarga UWB em diferentes cenários de aplicação.
Atualmente, as principais tecnologias de posicionamento podem ser divididas em quatro tipos com base em seus princípios:
Som, Luz, Eletromagnético e UWB
Este documento de projeto lista as principais vantagens e desvantagens de cada princípio após uma análise básica. O documento explica principalmente o projeto do sistema e o método de implementação do uso da tecnologia de posicionamento de banda ultralarga UWB para posicionamento.
Capítulo 1
Princípio de Posicionamento
Em princípio, os métodos de posicionamento atuais incluem principalmente som, luz, eletricidade e magnetismo. Há também a navegação inercial, mas como a tecnologia não é suficientemente madura e os cenários de aplicação são limitados, ela não será discutida aqui.
Som
Ele mede a distância principalmente coletando o tempo de voo das ondas ultrassônicas no ar. Um transmissor típico é um alto-falante e o receptor é um microfone (como um celular). O transmissor envia informações fixas, e o receptor calcula o tempo de transmissão dos dados e o converte em distância. Em seguida, realiza o posicionamento usando métodos de dois ou três pontos.
Vantagens:
Possui altíssima precisão de posicionamento, chegando a centímetros. Possui também uma estrutura relativamente simples, certa capacidade de penetração e forte capacidade anti-interferência da própria onda ultrassônica.
Desvantagens:
A atenuação do ar é alta e não é adequada para eventos de grande escala, o efeito multipercurso e a propagação fora da linha de visão causam erros significativos no alcance da reflexão, causando a necessidade de análise e cálculo precisos das instalações de hardware subjacentes, e o custo é muito alto.
Âmbito de aplicação:
A tecnologia de posicionamento ultrassônico é amplamente utilizada em canetas digitais e exploração offshore. Essa tecnologia de posicionamento interno também é usada para posicionamento de objetos em oficinas autônomas.
Posicionamento de luz visível
Essa tecnologia pode ser desenvolvida6 por luzes LED. As luzes emitem sinais intermitentes de alta frequência. Após recebê-los, o receptor calcula o tempo de voo para medir a distância e, em seguida, obtém as informações de localização.
Vantagens:
Grande alcance dinâmico, capaz de comunicação de alta taxa.
Desvantagens:
Devido ao curto comprimento de onda da luz e à baixa capacidade de difração, é fácil ser bloqueado. A outra opção é usar o reconhecimento de imagem para comparar informações de imagem atuais com as do banco de dados para posicionamento. A desvantagem é que o processamento da imagem leva muito tempo e o consumo de energia é alto.
Posicionamento do campo magnético
A própria Terra é um ímã gigante, criando um campo magnético fundamental entre os polos geográficos norte e sul. No entanto, esse campo magnético terrestre pode ser perturbado por objetos metálicos, especialmente em edifícios com estruturas de concreto armado. Os materiais de construção (estruturas metálicas) interferem e distorcem o campo magnético original, fazendo com que cada edifício tenha uma textura magnética única. Em outras palavras, um campo magnético interno regular é formado dentro dos edifícios.
Coletando antecipadamente as informações do campo magnético no campo e comparando-as com as informações coletadas pelo magnetômetro em um rastreador (como um celular), podemos obter informações precisas de localização. Teoricamente, a diferença do campo magnético em diferentes locais é de microssegundos, o que é indetectável por instrumentos de medição comuns. No entanto, esse campo magnético interno distorcido pela interferência do edifício aumenta a diferença do sinal magnético, tornando possível a aquisição de dados magnéticos em ambientes internos e, indiretamente, melhorando a precisão do posicionamento. Como o padrão do campo magnético de cada pequeno espaço na sala é único, o celular pode ser posicionado com precisão comparando as características do campo magnético da área com o banco de dados de campo magnético do sistema, geralmente com uma precisão de cerca de 2 metros.
No entanto, se o layout dos edifícios próximos mudar, como o movimento de veículos, o campo magnético também mudará, e a precisão será difícil de avaliar. Este método requer calibração frequente do campo magnético e não é recomendado.
Posicionamento de Ondas Eletromagnéticas
Força do sinal
Uma aplicação típica é um rastreador Bluetooth + gateway Bluetooth, que pode ser localizado calculando a intensidade do sinal. O sistema B-Fixed e o sistema B-Mobile da nossa empresa utilizam esse esquema. Suas principais vantagens são o baixo custo e a facilidade de instalação, mas a precisão é de apenas 2 a 3 metros, no máximo. É usado principalmente para posicionamento regional de ativos e pessoal.
AoA
Geralmente é chamada de tecnologia Bluetooth Angle of Arrive.
Vantagem:
Baixo custo do terminal, necessidade de implantar apenas um gateway e alta precisão de posicionamento.
Desvantagens:
Cobertura limitada e o raio de cobertura é igual à altura do gateway. O gateway precisa fixar sua posição com precisão e não pode ser balançado durante o uso. Caso contrário, afetará o efeito de posicionamento.
UWB
A DARPA e a FCC propuseram definições diferentes para UWB, mas apenas com diferenças sutis nos parâmetros.
Especificações de pulso estreito de banda base UWB:
IR-UWB (Rádio de Impulso-UWB):
Transmite diretamente pela antena sem modular a onda senoidal. Este tipo de sistema é simples, em tempo real, de baixo custo, baixo consumo de energia, anti-multipercurso e com boa penetração. Posteriormente, foi adotado pelo padrão 802.15.4a.
Modulação de portadora passa-banda:
DS-UWB (Acesso Múltiplo por Divisão de Código de Sequência Direta) e MB-UWB (Multiplexação por Divisão de Frequência Ortogonal de Banda Múltipla).
Entre elas, o IR-UWB define duas camadas físicas na especificação IEEE 802.15.4a-2007: uma é a tecnologia CSS (fornecida pela alemã Nanotron, trabalhando em 2,4G, tecnologia de posicionamento de banda estreita) e a outra é a tecnologia IR-UWB.
Estrutura de carga útil UWB:
Modulação
BPM-BPSK:
Ele combina BPM (modulação de posição de rajada) e BPSK (Binary Phase Shift Keying).
Faixa/Canal de Frequência de Trabalho:
A tabela de distribuição global de bandas de frequência disponíveis é a seguinte
Divisão de Canal
A divisão de canais possui dois tipos de canais: 500 MHz e 1 GHz. Atualmente, os canais de 500 MHz são os mais utilizados, ou seja, os canais 1, 2, 3 e 5.
Potência de saída e regulagens:
De acordo com os regulamentos da FCC, o limite máximo é -41dBm/MHz.
O poder reina na China:
Capítulo 2
Tecnologias de posicionamento comparadas
Comparação de posicionamento UWB e posicionamento Bluetooth AoA
Comparação de posicionamento UWB-AoA e Bluetooth AoA
Comparação de princípios:
Bluetooth AoA:
Este método mede apenas o ângulo do sinal de um único gateway, não a distância. Ele também pressupõe que a altura do rastreador seja fixa e projeta sua posição a partir da intersecção ângulo-altura. Levantar e abaixar o rastreador pode afetar seriamente a precisão do posicionamento.
UWB-AoA:
Este método mede tanto o ângulo quanto a distância com precisão centimétrica, o que é mais preciso. Também permite localizar o rastreador em três dimensões.
Comparação de antenas:
Bluetooth AoA:
Este método utiliza um conjunto de antenas, geralmente com 16 ou 64 antenas, e interruptores de RF para calcular o ângulo de chegada e a distância do sinal a partir de múltiplos tempos de chegada. O design complexo do conjunto de antenas impede que o gateway Bluetooth AoA seja miniaturizado. O gateway também possui requisitos de instalação rigorosos e uma área de cobertura limitada de cerca de 1 a 2 vezes o raio de altura.
UWB-AoA:
Este método geralmente utiliza duas antenas e o método de diferença de fase PDoA para calcular o ângulo ideal. O PDoA requer que a distância entre as duas antenas receptoras seja igual ao comprimento de onda, ou λ/2. Para o canal 5 (6489,6 MHz), as antenas âncora estão a 2,08 cm de distância, e para o canal 9, elas estão ainda mais próximas. Isso permite que o PDoA seja miniaturizado, permitindo seu uso em cenários como smartphones, fechaduras inteligentes e controladores de casas inteligentes.
Capítulo 3
Tecnologia UWB
Recursos UWB
- UWB cobre 3G~5G, 6G~10G, um total de bandas de frequência 7G e tem um único canal
largura de banda de mais de 500 MHz. - Baixa potência. De acordo com a FCC e outras regulamentações, sua potência de saída é limitada a -41 dBm/MHz. Com base em um único canal de 500 MHz, sua potência de canal é de -14,3 dBm.
- O pulso ultracurto, com duração de alguns décimos de nanossegundo.
- Penetrando na parede: Pode penetrar paredes de forma eficaz, mas causará alguma atenuação do sinal.
A tabela abaixo mostra a atenuação do sinal causada pela penetração na parede ao trabalhar no canal 2 (com 4 GHz como frequência central).
Identificação de multicaminhos
As ondas eletromagnéticas podem viajar diretamente do transmissor para o receptor ou podem ser refletidas para o alvo. Na comunicação geral de banda estreita, o sinal com maior intensidade geralmente é processado, o que pode não ser o primeiro sinal a chegar.
Na comunicação UWB, o primeiro sinal a chegar (Primeiro Caminho) pode ser identificado com precisão com base na diferença de tempo. Mas, ao chegar diretamente ou de forma penetrante, só podemos presumir que o primeiro sinal multicaminho é o sinal direto que precisamos.
Como todas as outras ondas eletromagnéticas, a UWB não consegue penetrar metal.
Precisão
A precisão envolve principalmente três aspectos: precisão de alcance, precisão de sincronização de tempo e precisão de posicionamento. A precisão de alcance é afetada principalmente por dois fatores: o algoritmo de alcance e a precisão do relógio utilizado.
- Precisão de alcance: O DS-TWR minimiza o erro causado pelo desvio do relógio.
- Precisão de sincronização de tempo: No sistema de alcance, um oscilador de cristal compensado por temperatura de clock de 0,5 PPM (TCXO)
pode ser usado para obter maior precisão. A precisão do alcance pode ser controlada em até 10 cm.
A precisão pode ser melhorada usando TCXO.Em um sistema de posicionamento sem fio UWB, tanto o alcance quanto o TDoA são suportados. No TDoA, todos os gateways de posicionamento precisam ser sincronizados sem fio. O sistema tem uma precisão de sincronização de 0,3 ns.
Comparado ao método de sincronização com fio, um sistema sem fio é muito mais simples e pode ser expandido sem limites, sem ser limitado pela distância da rede com fio. Isso também simplifica a dificuldade de implementação do projeto.
- Precisão de posicionamento: Tem uma precisão de 30 cm. A precisão de posicionamento do sistema é influenciada por vários
fatores ambientais, não apenas a precisão de medição de distância de 10 cm. A precisão de posicionamento de 10 cm só pode ser alcançada em um ambiente ideal, sem qualquer interferência no laboratório. Qualquer perturbação no sinal pode causar desvios no sistema.
Capítulo 4
Sobre Posicionamento
Recursos UWB
A dimensão de posicionamento é escolhida com base no caso de uso e na situação no local. A cena dimensional zero é usada principalmente para detecção de entrada e saída. A cena unidimensional é principalmente uma cena com uma proporção de aspecto desproporcional, como uma cena de túnel, e também funciona em uma fábrica. Em uma cena unidimensional, o alvo posicionado será alinhado a uma linha. A cena 2D é para localizar as coordenadas XY sem informações de altura, enquanto a cena 3D tem informações de altura. Ainda assim, é necessário que a âncora tenha uma diferença de altura durante a instalação do sistema para garantir uma certa precisão do eixo Z.
Zero-Dimensional
No posicionamento UWB, para alcançar um melhor posicionamento dimensional zero, geralmente utiliza-se o alcance, que é usado para limitar a distância, como a distância entre um dispositivo e uma âncora. Considera-se que o posicionamento entrou na área dimensional zero.
Unidimensional
O posicionamento unidimensional pode ser obtido usando ToF, TDoA ou tecnologia AoA combinada.
Mesmo quando o rastreador UWB não estiver na linha reta que conecta as duas âncoras, ele pode estar nessa linha reta.
Localização real:
Resultado do posicionamento:
Bidimensional
O posicionamento bidimensional mostrará as coordenadas XY do local de destino. Se as âncoras forem instaladas na mesma altura, os resultados do posicionamento não serão afetados pela altura de instalação dos rastreadores.
Tridimensional
O resultado do posicionamento tridimensional são as coordenadas XYZ do alvo. Existem dois métodos para isso. Um se baseia na medição da distância, que requer uma diferença de altura entre as âncoras. O outro se baseia na AoA, que requer uma alta resolução angular no eixo Z para garantir a precisão da coordenada Z.
Método de posicionamento
Atualmente, o posicionamento UWB utiliza principalmente o alcance TOF, TDoA e posicionamento AoA. Os dois primeiros métodos funcionam de forma independente, enquanto o último método AoA geralmente é combinado com ToF ou TDoA.
Posicionamento ToF
O posicionamento do ToF é baseado no alcance. O rastreador UWB inicia o alcance com cada âncora que precisa ser posicionada. Após a conclusão do alcance, a posição é calculada. Para o modo dimensional zero, ele precisa apenas de uma âncora; para o modo unidimensional, ele precisa de pelo menos duas âncoras; para o modo bidimensional, geralmente são necessárias três ou mais âncoras para o alcance, mas em alguns modos especiais, duas âncoras são suficientes. Para o modo tridimensional, ele precisa de quatro âncoras.
Para casos unidimensionais, a âncora é colocada no topo e varia com apenas uma âncora para obter um posicionamento unidimensional.
Para casos unidimensionais, você pode medir a distância com apenas duas âncoras:
Posicionamento bidimensional:
Posicionamento TDoA
O posicionamento TDoA consiste em determinar a posição do alvo detectando a diferença de tempo absoluta entre a chegada dos sinais em duas âncoras ou unidades de antena diferentes, em vez do tempo de voo de chegada. Isso reduz os requisitos de sincronização de tempo entre a fonte do sinal e cada âncora de monitoramento, mas aumenta os requisitos de sincronização de tempo entre as âncoras. Dois TDoAs podem ser detectados usando três âncoras diferentes, e o rastreador móvel está localizado na intersecção das hipérboles definidas pelos dois TDoAs.
A vantagem do TDoA é que o número de comunicações para um posicionamento é significativamente reduzido e também possui maior precisão do que o ToA. No entanto, esse tipo de posicionamento depende da propagação de ondas, e o erro de clock inerente de 1 ns pode causar um erro de distância de 30 cm. Portanto, os clocks de cada âncora devem ser rigorosamente sincronizados. Além disso, é muito caro construir um sistema de sincronização preciso com espaçamento relativamente grande.
Existem dois tipos de sincronização de tempo:
Uma delas é usar conexões com fio, que podem atingir uma precisão de sincronização de 0,1 ns, mas aumentam a complexidade e o custo da manutenção e construção da rede. Além disso, exigem um cabo dedicado (ethernet, por exemplo) para sincronizar o relógio, o que também é caro.
A outra são as conexões sem fio, que podem atingir uma precisão de sincronização de 0,25 ns, um pouco menor que a com fio, mas o sistema é relativamente simples. O gateway de posicionamento precisa apenas de uma fonte de alimentação, e o retorno de dados pode usar Wi-Fi, LoRa ou Ethernet, o que reduz efetivamente o custo.
Posicionamento AoA
O posicionamento do ângulo de chegada (AoA) geralmente é baseado na diferença de fase entre os sinais, mas não costuma ser usado sozinho porque o AoA tem um problema com a resolução angular, o que significa que a precisão do posicionamento piora à medida que a distância da âncora aumenta.
O AoA pode trabalhar em conjunto com o intervalo de tempo de voo (ToF) para posicionamento. Neste modo, podemos usar uma âncora para posicionamento.
Também é possível que duas âncoras alcancem o posicionamento através do AoA
Modo de posicionamento e consumo de energia
Compararemos principalmente o consumo de energia dos modos ToF e TDoA. No modo ToF, o rastreador UWB mede a distância com cada âncora separadamente, e são necessárias várias classificações. Geralmente, um intervalo leva mais de 5 ms. Para o posicionamento TDoA, o rastreador UWB precisa apenas enviar uma mensagem para concluir o posicionamento. Geralmente, leva menos de 0,5 ms da preparação ao envio e consome muito menos energia do que o modo ToF.
Fatores ambientais
Existem muitos fatores ambientais, e os mais típicos são o posicionamento intra-área e o posicionamento fora da área;
Como o TDoA se baseia na diferença de tempo de chegada do sinal, ele geralmente utiliza um algoritmo hiperbólico, geralmente utilizado após a conversão da diferença de tempo de chegada em diferença de distância. A limitação do algoritmo hiperbólico determina que a precisão do posicionamento seja alta na área coberta pelas âncoras e relativamente baixa fora dessa área. Em ambientes complexos, como usinas de energia, o sistema enfrenta grandes dificuldades de implantação, sendo difícil utilizar o posicionamento TDoA para atender às necessidades da aplicação. Nesse modo, podemos usar ToF ou TDoA combinado com AoA.
Capítulo 5
Solução de posicionamento UWB baseada em LoRaWAN
Este capítulo apresenta o dispositivo relacionado e a teoria sobre como o sistema funciona.
- Âncora UWB: Ele anuncia mensagens de beacon para alcance com rastreadores. Alimentado por bateria, com duração de 5 anos.
- Rastreador UWB: Recebe mensagens de sinalização e acompanha a âncora periodicamente. Alimentado por bateria.
- LoRaWAN Gateway: Ele envia mensagens de beacons para todas as âncoras e rastreadores para sincronizar o relógio e receber mensagens de distância dos rastreadores.
- Servidor: Use as informações de distância e as coordenadas da âncora para calcular a posição dos rastreadores, conforme explicado em Seção 4.1. O servidor também é usado para configurar a âncora e o rastreador, calibrar a posição da âncora e atuar como um mecanismo de posicionamento.
Capítulo 6
Sobre o alcance
Método de alcance
No sistema de alcance, há dois métodos de alcance: Alcance bidirecional unilateral (SS-TWR) e Alcance bidirecional bilateral (SD-TWR).
SS-TWR
O princípio básico do alcance bidirecional unilateral é mostrado na Figura 2. Diagrama esquemático do princípio SS-TWR. O dispositivo A envia um pulso para o dispositivo B. Após um período de Tround1, ele recebe o pulso retornado pelo dispositivo B. Supondo que o tempo de voo seja Tprop, o cálculo pode ser feito aproximadamente como:
Como o dispositivo A e o dispositivo B usam fontes de relógio independentes, os relógios terão um certo desvio, o que também é inaceitável para a velocidade da luz.
SD-TWR
O método de alcance bidirecional de dupla face é um método de alcance estendido de alcance bidirecional de sinal. Ele registra dois carimbos de tempo de ida e volta e, por fim, obtém o tempo de voo. Embora aumente o tempo de resposta, reduz o erro de alcance. Conforme mostrado na Figura 3, diagrama esquemático do princípio DS-TWR, os princípios básicos são os seguintes:
- O dispositivo A envia um pulso para o dispositivo B;
- Após o dispositivo B receber o pulso, ele atrasa o Treply1 e envia um pulso de volta;
- Após o Tround1, o dispositivo A recebe o pulso de resposta enviado pelo dispositivo B;
- O dispositivo A atrasa o Treply2 e então envia outro pulso para o dispositivo B;
- O dispositivo B recebe o pulso final de A após o Tround2.
O alcance DS-TWR é uma comunicação extra baseada no alcance SS-TWR, e o tempo das duas comunicações pode cancelar o erro causado pelo deslocamento do relógio.
O erro causado pelo relógio usando o método de alcance DS é:
O erro deste método de alcance depende principalmente dos seguintes fatores:
- O erro de relógio dos dispositivos A e B;
- O tempo médio de atraso do processamento do dispositivo.
Supondo que a precisão do relógio dos dispositivos A e B seja de 20 ppm (baixa), e 1 ppm seja um milionésimo, então Ka e Kb são 0,99998 ou 1,00002, e ka e kb são as razões entre a frequência real e a frequência esperada dos relógios dos dispositivos A e B, respectivamente. Os dispositivos A e B estão a 100 m de distância, e o tempo de voo das ondas eletromagnéticas é de 333 ns. Então, o erro causado pelo relógio é de 20 x 333 x 10^(-9) segundos e o erro de alcance é de 2,2 mm, que pode ser ignorado.
Análise de erro de alcance
Os fatores que levam a erros de alcance são perturbações ambientais, oclusão do corpo humano, oclusão de objetos metálicos, precisão de tempo e granularidade de tempo mínima.
Cenários típicos de alcance
Para atender aos requisitos de diferentes casos de uso de alcance preciso sem fio, há principalmente três modos: alcance ponto a ponto, alcance ponto a multiponto e alcance de espaço livre.
A seguir, apresentamos principalmente os dois modos de alcance ponto-multiponto e alcance de espaço livre.
Alcance ponto-multiponto
É usado principalmente para medir distâncias entre dois dispositivos. Este tipo de medição de distância é o mais simples, com maior precisão e grande praticidade. Como a medição de distância é a função mais básica, ela pode ser integrada a outros métodos.
Algumas aplicações típicas são:
- Quando um veículo está em movimento, ele precisa saber sua localização precisa, o que pode ser feito por meio da medição de distância;
- Quando um prisioneiro está em liberdade condicional para tratamento médico, os guardas da prisão podem controlar o prisioneiro a uma distância segura por meio de medição precisa da distância, e os administradores também podem usar a plataforma para evitar favoritismo;
- Medição precisa da distância entre drones e pessoas;
- Os grupos turísticos podem controlar a distância entre cada pessoa e o guia turístico por meio do UWB para garantir que ninguém se perca.
Alcance em espaço livre
O alcance em espaço livre é um modo de alcance relativamente especial. O principal motivo é que todos os alvos estão se movendo no espaço. Antes de cada alcance, o dispositivo precisa conhecer as condições do ambiente; quando há muitos alvos de alcance, é necessário alocá-los bem para evitar interferência mútua entre eles e impedir que se movam.
O alcance em espaço livre é usado principalmente para os dois propósitos a seguir:
Uma Rede de Relacionamento Espacial:
Por exemplo, formações de drones podem formar uma rede auto-organizada com base na distância espacial entre todos os alvos. Quando não há um sistema GNSS, o UWB pode ser usado para formar uma rede de relacionamento de posição de formação espacial;
Se esse sistema for aplicado na rede Mesh de comunicação sem fio, ele também pode fornecer parâmetros de distância para que o Mesh tome decisões.
Anticolisão:
Por exemplo, uma locomotiva de manutenção circulando em uma linha férrea pode ter outra garantia baseada nessa medição dinâmica de distância.
Capítulo 7
Projeto de Esquema
Sistema anticolisão e sistema de posicionamento:
O dispositivo instalado no sistema anticolisão é definido como um gateway UWB, que pode ser alimentado por energia externa. O dispositivo que as pessoas usam é um rastreador UWB, que é alimentado por uma bateria recarregável.
Posicionamento do motor:
Isto serve para calcular a posição dos dispositivos de posicionamento. O mecanismo de posicionamento utiliza a localização relativa do gateway no mapa e a distância entre o rastreador UWB e o gateway para determinar a posição do rastreador UWB e as coordenadas de posição de saída.
Calibração de posição:
Indique a posição do portal no mapa, marcando a origem e a posição do portal. O portal precisa ser fixo e não movido arbitrariamente.
Exibição do mapa:
Os clientes podem carregar seus próprios arquivos de mapa e fornecer as informações de origem correspondentes na calibração de posição, além de exibir a posição em tempo real do dispositivo de posicionamento no mapa plano.
Projeto de Esquema de Sistema Anticolisão
Informações do rastreador UWB. O rastreador UWB mede a distância a cada 4 segundos. Ao se aproximar do gateway, o rastreador mede a distância a cada 1 segundo para economizar energia e estender o tempo de espera.
O gateway possui uma interface de E/S com isolamento por optoacoplador. Quando a distância entre o rastreador UWB e o gateway for inferior a 3 metros, o gateway emite uma alta potência de saída. A E/S isolada pode ser conectada a um alarme sonoro e luminoso externo.
A divisão da área é mostrada em Figura 6: Divisão de área do sistema anticolisão. (próxima página)
Projeto de Esquema de Sistema de Posicionamento
Tanto o gateway quanto o rastreador UWB possuem módulos UWB e módulos LoRa. O módulo UWB é para medição de distância e posicionamento. O módulo LoRa é .
O rastreador UWB transmite a distância entre o rastreador UWB e o gateway, o ID e outros parâmetros para o sistema do aplicativo por meio do LoRa.
O sistema de aplicação possui três módulos de software: mecanismo de posicionamento, exibição de mapa e calibração de posição. Esses módulos de software precisam ser executados em um ambiente Linux, ou uma máquina virtual Linux também pode ser instalada em um sistema Windows. O ambiente Linux requer pelo menos 8 GB de memória e 20 GB de disco rígido.
Fluxo de trabalho do sistema
Fluxo de trabalho do sistema anticolisão:
- O gateway usa uma fonte de alimentação externa, por isso está sempre pronto para testar dados.
- O gateway e o rastreador UWB usam DS-TWR para medição de distância.
- O rastreador UWB mede periodicamente (4s) a distância com o gateway.
- O rastreador UWB detecta um gateway próximo e mede a distância até ele, e então altera seu próprio ciclo de medição de distância para 1s.
- O gateway emite um sinal de alarme (alarme sonoro e luminoso) com base na distância do rastreador UWB.
Fluxo de trabalho do sistema de posicionamento:
- Execute o software de calibração de posição para calibrar a posição real de instalação do gateway.
- Execute o software do mecanismo de posicionamento para calcular as informações de localização do rastreador UWB com base na distância entre o rastreador UWB e o gateway.
- O gateway e o rastreador UWB usam DS-TWR para medição de distância.
- O rastreador UWB mede periodicamente a distância com vários gateways próximos.
- O rastreador UWB envia a distância de vários gateways para o mecanismo de posicionamento na forma de LoRa.
- As informações de localização calculadas pelo mecanismo de posicionamento são enviadas ao software de exibição do mapa para exibição.
Cálculo de posicionamento
O mecanismo de posicionamento pode calcular as informações de posição do rastreador UWB com base na distância entre o gateway e o rastreador UWB e nas coordenadas de posição do gateway com triangulação, conforme mostrado em Triangulação de Cálculo de Posição.
