高性能测距算法与超宽带技术助力工业数字化

当您将超宽带 (UWB) 技术加入其中时，会出现奇妙的变化。举例来说，当 Noccela 的高性能测距 (HPR) 算法与超宽带技术结合使用时，不仅能大幅改变工业运营，还能为田径队提供精准数据，帮助他们赢得胜利。继续阅读，了解在使用 UWB 时，是以什么为支撑实现无限可能。

定位服务变得更加精准

定位服务背后的技术持续改变着我们工作、娱乐和联系方式。在 GPS 的推动下，送货到家的电子商务零售业呈现爆炸式增长，让我们无需再为购物东奔西跑。Wi-Fi 帮助提高了定位的准确性。蓝牙 技术用在汽车中以后，在车主靠近汽车几米的距离内，车门会自动打开。而超宽带 (UWB) 技术的厘米级精度使定位和通信精度都达到新的水平，令以前的这些技术都望尘莫及。UWB 是 Noccela 等公司提供的微定位服务背后的仪器技术，将以我们无法想象的方式持续影响我们的生活。

Noccela 是一家解决方案开发公司和微定位服务提供商，总部位于芬兰，是基于 UWB 构建的实时定位服务 (RTLS) 领域的全球领导者。自 2015 年以来，Noccela 一直致力于：

实现工业运营现代化

进一步提高体育运动分析水平

改变零售业的运作方式

通过高度精准的接触者追踪，让人们在保持正常社会生活的同时，注意避免接触新冠病毒。

自 2014 年以来，Noccela 在为高要求的多层环境部署 UWB 方面始终走在前沿，以实现 RTLS IoT。该公司的软件和硬件都为自主设计。其定位服务集成了位置数据 API 和工作流引擎，用于进行流程管理。Noccela 还为零售环境和接触者追踪提供端到端解决方案。有关更多信息，请访问 Noccela.com。

Noccela 最新一代的 UWB 技术采用其高性能测距 (HPR) 算法，提供高精度，支持海量标签、大覆盖范围、更长的电池续航和双向通信。该公司基于 Qorvo DW1000 UWB 器件构建其解决方案。

助力工业数字化

Noccela 从 2014 年开始研究用于工业应用的微定位技术。在通过工业 4.0、智能工厂和精益计划实现工业运营数字化时，亚米到厘米级微定位非常关键。流程优化和安全是大多数工厂首要考虑的两大因素。通过将人、事件、时间和位置信息与人员、工具、物资、货品和机器进行实时关联，让双方都保持信息畅通。总而言之，提高效率的最佳方式之一就是，先弄清楚瓶颈在哪里。想要找回摆错位置的工具、栈板或车辆，最有效的方式是先确定它们目前的确切位置。而要让工人和机器之间保持安全距离，最佳方式则是实时精准掌握彼此的位置。基于 UWB 的微定位服务可以实时提供这些信息，允许系统即时测量、分析和发出提醒。而 Noccela 在该领域具备深厚的专业知识。

为了构建工业级解决方案，Noccela 的工程师们研究了 Bluetooth low energy (LE) 和 UWB，发现 Bluetooth LE 在高精度定位能力方面存在限制，主要是 Bluetooth LE 的接收信号强度指示器 (RSSI) 方法。它会受到多路径，以及来自物体和金属机器的干扰影响，无法在工业和其他环境中提供可靠、精准的物体测距和定位。但 UWB 可以。

采用 UWB 的传感器、标签和智能设备能够识别并确认人和物的位置，与其他硬件和软件平台结合使用，让公司和组织能够提供多重实时定位服务。具体应用包括监控员工安全、资产位置，以及流程/工作流优化，帮助改善效率、合规性，并节省成本。

UWB 如何助力实现如此高的精度等级

在测距和定位方面，UWB 不像窄带 Wi-Fi 和 Bluetooth LE 那样易受影响。在锚点和标签之间通信时，UWB 通信组件使用极低的信号发送功率，辐射更大的范围带宽，提供比窄带信号更快的脉冲上升和下降时间。

精心布置的锚点会提供被标记物体的不同距离。在已知锚点的准确位置的情况下，可以精准确定该物体在二维和三维空间内的位置。

双向测距 (TWR) 和到达时间差 (TDoA) 测距方法可以消除墙面和机器反射对信号响度的影响。其他 UWB 测距方法包括到达相位差 (PDoA) 和反向 TDoA (RTDoA)，为不同类型的部署提供优势。参见图 1。

图 1：超宽带标签和锚点之间的安全双向测距。

Noccela 的微定位

采用 Noccela 解决方案时，锚点就是在本地或云中运行的定位引擎的网关，会实时保存定位数据。锚点通过以太网线缆或 Wi-Fi 连接至网络。一旦锚点获得网络连接，它们会建立 VPN 通道，通向运行指定定位引擎的主机。这些锚点将数据发送给定位引擎，后者控制自身分配到的锚点和标签。必要时，数据可以通过固定连接或申请到的连接实施传输。

定位引擎也会自动校准锚点位置，简化和加快安装过程。强大的接入点接口 (API) 能实现与门户网站、服务和第三方解决方案的连接，例如 Kafka 等传输引擎、安全警示系统、流程优化引擎，甚至完整的数字孪生技术。参见图 2。

图 2：Noccela 系统架构

物体跟踪助力夺冠

Noccela 的 HPR 属于创新技术，使用 TWR 和 TDoA 方法来提升精度和覆盖范围。HPR 的每个锚点可以覆盖 500 平方米范围，与其他解决方案相比，需要的锚点数更少，但能对以高达 60 km/h 速度移动的物体提供高达两厘米级精度的定位。这种覆盖范围和高速下的精度在进行体育运动分析时非常有利，Noccela 解决方案帮助体育运动团队将竞技水平提升到新的高度。

足球场一般为 105 米长，68 米宽。体育馆一般不设顶棚，再加上物体可能会与场馆上空的锚点发生碰撞，导致无法在场馆周围以外的位置部署锚点。Noccela 的 HPR 解决方案使用 16 个锚点覆盖整个球场，这些锚点部署在球场周边，仍然能够提供高度精准的 3D 定位。

相比更为复杂的 UWB 安装，使用少量精度更高的锚点即可为 Noccela 的客户提供所需的精度，且成本更低。如此还可以更快完成部署：许多安装一般可以在一到两天内完成。

Noccela 的解决方案提供点对点跟踪解决方案，通过每队一个锚点的分配方式，上传近距离接触数据。跟踪软件利用时间戳，记录参与者(标签)每次彼此相距不到 2 米的情况。当报告团队之中出现病毒感染时，经理可以立刻确定所有潜在感染成员并将他们隔离，避免感染整个团队。

UWB 测距方法

超宽带技术 (UWB) 利用飞行时间 (ToF) 的概念，这是一种通过将信号的飞行时间乘以光速来测量两个无线电收发器之间距离的方法。基于这个基本原理，可根据目标应用的需求以不同的方式实现 UWB 技术。点击下方词条了解更多信息。

高性能测距(HPR)

双向测距(TWR)

到达时间差(TDoA) 和反向 TDoA

到达相位差(PDoA)

下一代 HPR 2.0 即将发布

Noccela 是 Qorvo 的解决方案合作伙伴。其初代解决方案是基于Qorvo 的 DW1000 器件开发的，将要推出的 HPR 2.0 技术则采用 Qorvo DW3000 UWB IC。Noccela 的新一代解决方案将帮助公司保持竞争优势，在微定位服务领域保持行业领先。

审核编辑：汤梓红