超宽带技术的工作方式

一、硬件组成部分

⦁    定位标签
⦁    信号发射：由工作人员携带，是一个能够发射 UWB 信号的小型设备。这些标签周期性地发送包含特定标识信息（如员工编号等）的 UWB 脉冲信号。信号以极短的脉冲形式在超宽的频带上传播，其脉冲宽度通常在纳秒级，这使得信号具有很高的时间分辨率。
⦁    定位基站
⦁    信号接收与处理：安装在工业场所内的固定位置，如厂房的墙壁、柱子或者天花板上。基站负责接收定位标签发出的 UWB 信号。由于 UWB 信号的传播特性，基站能够接收到多个来自不同标签的微弱信号。基站内部配备有高精度的时钟和信号处理电路，用于准确测量信号的到达时间（TOA）或者到达时间差（TDOA）等参数。

二、定位原理

⦁    基于到达时间（TOA）的定位
⦁    距离计算：定位标签发送的 UWB 信号以光速传播到基站。基站记录下信号的到达时间，根据公式 （其中为距离，为光速，为信号到达时间），就可以计算出定位标签与基站之间的距离。
⦁    多基站定位：当有多个基站（至少三个）接收到同一个定位标签的信号时，通过三边测量法就可以确定定位标签（即人员）的位置。例如，设三个基站的坐标分别为、、，它们到定位标签的距离分别为、、，则可以列出三个方程：、、，联立求解这三个方程就可以得到定位标签的坐标。
⦁    基于到达时间差（TDOA）的定位
⦁    时间差测量：这种方法不需要定位标签和基站的时钟精确同步。基站接收定位标签发出的 UWB 信号，并测量信号到达不同基站的时间差。例如，有基站 A 和基站 B，它们接收到同一标签信号的时间分别为和，则时间差。
⦁    双曲线定位：根据信号传播速度（光速）不变的原理，以两个基站为焦点，可以得到一条双曲线，人员（定位标签）就在这条双曲线上。当有多个基站组成不同的基站对时，就会得到多条双曲线，这些双曲线的交点就是定位标签（人员）的位置。

三、系统功能实现

⦁    实时定位与追踪
⦁    数据传输与处理：基站将测量得到的信号参数（如 TOA 或 TDOA）通过有线（如以太网）或者无线（如 Wi - Fi）的方式传输到定位服务器。定位服务器根据这些数据，按照上述的定位原理计算出每个定位标签（人员）的位置坐标。然后，这些位置信息可以在监控软件的界面上实时显示，管理人员可以直观地看到每个工作人员在工业场所内的位置和移动轨迹。
⦁    区域管理与报警功能
⦁    电子围栏设置：在工业场所内，可以通过软件设定特定的区域为限制区域或者危险区域（如高温高压设备附近、化学品储存区等），这些区域就相当于电子围栏。
⦁    违规报警：当定位标签（人员）进入或者离开这些设定区域时，系统会根据定位信息判断并触发报警。报警信息可以通过声音、短信或者弹出窗口等方式通知管理人员，以便及时采取措施，确保人员安全和生产正常进行。
⦁    数据分析与报表生成
⦁    历史数据查询：定位服务器会存储人员的位置历史数据，这些数据可以用于查询特定时间段内某个人员的活动轨迹、停留时间等信息。
⦁    报表输出：系统能够根据这些数据生成各种报表，如人员出勤报表（统计人员在工作区域内的工作时长）、人员活动热点报表（分析人员在哪些区域活动最为频繁）等，为工业企业的管理决策提供数据支持。