Explorer les avantages uniques de la technologie UWB : obtenir un positionnement de haute précision

La technologie de positionnement UWB est une méthode de suivi de localisation précis utilisant des signaux sans fil. Il détermine la position exacte d'un objet en mesurant des paramètres tels que l'heure d'arrivée, la différence de phase et l'énergie du signal radio ultra-large bande.

La technologie de positionnement UWB offre plusieurs avantages. Premièrement, il offre une précision de positionnement élevée, permettant une localisation précise au millimètre près. Deuxièmement, l'UWB possède de fortes capacités anti-interférences, lui permettant de maintenir de bonnes performances de positionnement même dans des environnements présentant des propagations et des interférences par trajets multiples. De plus, la technologie UWB possède une bonne capacité de pénétration, lui permettant de localiser des objets à travers certains obstacles.  

Un système de positionnement UWB est composé de stations de base UWB et de balises UWB.

 Dans un système de positionnement UWB, une seule balise interagit avec trois stations de base pour effectuer une triangulation. Jusqu'à 30 balises peuvent communiquer simultanément avec ces trois stations de base, permettant un positionnement et un suivi de haute précision de plusieurs cibles.

Utilisation de la méthode de positionnement planaire en trois points pour un calcul de localisation précis : Dans les systèmes de positionnement UWB et AoA, la méthode de positionnement planaire en trois points est utilisée. En faisant en sorte que trois stations de base connues reçoivent des signaux provenant d'une étiquette inconnue, le système peut mesurer avec précision l'heure d'arrivée du signal, obtenant ainsi un positionnement de haute précision. 

Un système de positionnement UWB peut, dans la zone de couverture des stations de base UWB, fonctionner conjointement avec des balises UWB et utiliser l'algorithme TDOA ainsi que des dispositifs d'affichage de terminal pour accomplir des tâches complexes telles que le positionnement, la surveillance et le suivi du personnel. Ce système permet la localisation et la gestion du suivi en temps réel des personnes et des objets, atteignant une précision de positionnement de 10 à 30 centimètres.

Le positionnement Bluetooth AoA (angle d'arrivée) et AoD (angle de départ) utilise la même technologie sous-jacente. Lors de l'utilisation de la méthode d'angle de départ (AoD), le dispositif de transmission contient un réseau multi-antennes qui envoie un signal de radiogoniométrie spécial. Un autre appareil utilise ensuite ce signal pour calculer la direction dans laquelle le signal est reçu.

Le système de positionnement UWB est généralement divisé en trois couches : la couche de perception du positionnement, la couche de transmission réseau et la couche d'application de positionnement. Il comprend principalement les composants suivants : serveur de moteur de positionnement, terminal intelligent, commutateur, station de base UWB, balise UWB, module UWB et interfaces logicielles.

Principe de fonctionnement du positionnement UWB

Chaque balise de positionnement transmet en continu des trames de données à l'aide d'impulsions UWB.

Les salves d'impulsions UWB envoyées par l'étiquette de positionnement sont reçues par les stations de base de positionnement.

 Chaque station de base de positionnement utilise un détecteur d'impulsions courtes très sensible pour mesurer l'heure à laquelle chaque trame de données de l'étiquette de positionnement arrive à l'antenne du récepteur.

Le moteur de positionnement se réfère aux données d'étalonnage envoyées par l'étiquette pour déterminer le décalage horaire d'arrivée entre les différentes stations de base de positionnement. Il calcule ensuite la position de la balise à l'aide d'algorithmes de trilatération et d'optimisation.

Le positionnement de stations de base multiples utilise généralement les algorithmes TDOA (Time Difference of Arrival) et TOA (Time of Arrival).

 L'architecture du système de positionnement AoA est divisée en quatre couches : la couche objet, la couche collection, la couche traitement et la couche présentation.

 Couche d'objets :  cela inclut les appareils ou objets en cours de positionnement, qui interagissent avec le système en envoyant des signaux.

 Couche de collecte :  composée de dispositifs de réception (tels que des stations de base), elle est chargée de recevoir les signaux de la couche objet et de mesurer l'angle d'arrivée (AoA) des signaux.

 Couche de traitement :  cette couche comprend le serveur du moteur de positionnement, le serveur de données et le serveur d'entreprise. Les serveurs sont responsables du calcul de localisation, de l'analyse des données, de la validation des données et d'autres tâches.

 Couche de présentation :  cette couche gère l'initialisation des données de positionnement du système, la gestion des processus métier, la gestion des utilisateurs, les requêtes de données, etc., le tout géré via un navigateur Web.

 Quelles sont les différences entre la technologie de positionnement UWB et Bluetooth AoA ?

UWB et Bluetooth sont des technologies et des normes de communication, chacune avec son propre protocole standard et fonctionnant sur des bandes de fréquences différentes. UWB suit la norme IEEE 802.15.4-2020, tandis que Bluetooth a évolué vers la norme 5.2.

AoA, AoD, ToF et TDoA sont toutes des méthodes de positionnement. AoA peut être utilisé avec Bluetooth et UWB, mais Bluetooth ne prend actuellement pas en charge les applications ToF ou TDoA. Ceci est déterminé par la technologie matérielle sous-jacente.

Méthode AoA :  En termes simplifiés, cette méthode calcule la distance entre un tag et une station de base en mesurant l'angle qui les sépare. Par conséquent, le facteur clé est la précision de la mesure de l’angle.

Méthodes ToF et TDoA :  en termes simplifiés, ces méthodes mesurent le temps, en particulier le temps de vol du signal entre l'étiquette et la station de base. Étant donné que la vitesse de vol des signaux sans fil est approximativement égale à la vitesse de la lumière , la précision de mesure requise est très élevée.

Étapes de mise en œuvre de la technologie de positionnement UWB :

Obtenez la distance entre les nœuds :  mesurez les distances entre les différents nœuds.

Calculer les coordonnées initiales :  utilisez un algorithme de positionnement pour déterminer les coordonnées initiales.

Filtrer les coordonnées initiales :  appliquez un filtrage aux coordonnées initiales pour obtenir un positionnement précis.

Caractéristiques de la technologie UWB dans les applications pratiques :

Transmission de données à grande vitesse :  les signaux UWB ont une très grande bande passante, ce qui se traduit par une capacité de canal élevée pour la transmission de données. Les signaux UWB peuvent transmettre des données à des vitesses d'environ 500 Mbps. Cette caractéristique permet à l'UWB de jouer un rôle crucial dans la modulation du signal.

Faible consommation d'énergie :  UWB transmet des données à l'aide d'impulsions intermittentes de durées extrêmement courtes, ce qui signifie que sa consommation d'énergie est très faible, n'atteignant généralement que quelques dizaines de milliampères au maximum.

Haute sécurité :  en raison de la bande passante de fréquence extrêmement large des signaux UWB, leur énergie est fortement dispersée sur tout le spectre. Cela rend les signaux difficiles à détecter et à intercepter, améliorant ainsi la sécurité et le secret de la communication.

Forte capacité anti-trajets multiples :  contrairement aux signaux de communication sans fil conventionnels, qui sont continus dans le domaine temporel et donc sensibles aux limitations de qualité et de débit de données dues aux effets de trajets multiples, les signaux UWB sont constitués d'impulsions étroites de très courte durée. En conséquence, dans les environnements multi-trajets, les impulsions ne se chevauchent pas, ce qui confère à l'UWB une forte résistance aux interférences multi-trajets.

Haute précision de positionnement :  le positionnement UWB peut atteindre une précision de synchronisation de l'ordre de la nanoseconde, qui, lorsqu'elle est combinée avec divers algorithmes de mesure de distance, permet une estimation de position avec une précision centimétrique. De plus, l'UWB a des interférences minimes avec d'autres appareils.