在工業 4.0 和智能工廠的發展中,微定位技術發揮著核心作用,它通過追蹤關鍵要素如人員、工具、物資等,優化流程并保障安全。現有技術如 GPS、Wi-Fi 和藍牙雖在工業場景中有所應用,但其定位精度通常無法滿足需求,特別是在需要精細定位的場合。而 UWB 技術以其厘米級精度,顯著提高了定位和通信技術的水平。
作為微定位服務的核心,UWB 通過無線錨點實現標簽的精確定位。這使得實時信息傳遞成為可能,讓分析系統能夠即時測量、分析并預警。UWB 技術在生產流程中通過精準跟蹤物料和貨物,優化生產監控和瓶頸預測。它提升了資產定位和檢索的速度,并通過地圖導航輔助工人。在物資管控上,UWB 標簽加強設備和敏感物品的監控,確保合規使用。安全方面,該技術通過追蹤減少安全風險。緊急情況下,UWB 標簽可為員工定位提供支持,指導救援行動。這些應用突顯了 UWB 技術在增強生產效率、安全性和生產力方面的巨大潛力,是推動工業自動化和精益管理進一步發展的重要動力。
在工業和商業場所,大型金屬物體和電信號噪聲對傳統定位技術如 GPS、Wi-Fi 和藍牙構成挑戰,導致信號衰減和多徑問題。而 UWB 在測距與定位方面克服了窄帶 Wi-Fi 及低功耗藍牙面臨的挑戰。在錨點和標簽間進行通信時,UWB 通信組件使用極低的信號發送功率,輻射更大的范圍帶寬,并且具有比窄帶信號更快的脈沖上升及下降時間。這一方法有助于保持信號的完整性,減少反射和噪聲尖峰的影響,并降低基礎設施所需的組件數量。
UWB 采用飛行時間(TOF)技術來測量與標簽間的距離。多種 TOF 方法能夠提高測量準確性并降低基礎設施成本。雙向測距(TWR)和到達時間差(TDOA)測距方法消除了由墻壁和機械設備所引起的反射(多徑效應)對信號強度的影響。此外,在 UWB 測距方式中,到達相位差(PDOA)和反向 TDOA(RTDOA)等在不同部署場景下也各自展現出獨特的優勢。通過這些多樣化的測距技術,UWB 還可用于確定物體的距離和方向(矢量)。
根據不同的微定位服務需求,UWB 可以部署相應的基礎設施和測距技術,如下行鏈路 TDOA(DL-TDOA)用于導航標簽,針對集中式平臺跟蹤則在基礎設施內進行定位。UWB 的信號完整性和測距能力使其覆蓋范圍更廣,通過策略性地放置錨點,實現二維和三維空間中的高精度定位。
支持工業及其它行業的 UWB 生態系統
UWB 生態系統由 FiRa 聯盟支持,該聯盟定義了 UWB 設備標準并提供認證,同時促進 UWB 與其他技術的互操作性,為工業和消費者提供微定位服務。即將發布的 FiRa2.0 標準將擴大 UWB 的微定位應用范圍,增強設備間的互操作性,并為 RTLS 中 UWB 的應用奠定基礎,以便在地圖服務中實現室內和亞米級精度定位。此外,基于 DL-TDOA 的解決方案預計將在室內微定位導航中取得進展,并確保用戶隱私,因為只有設備本身知曉其位置。這些服務預計將在支持 UWB 的智能手機上實現。
UWB DL-TDOA 的部署依賴于基礎設施設備 OEM,例如,部署將 UWB 錨點與 Wi-Fi 接入點結合的接入點。此外在公共或私人設施中的照明及其它固定電源設備也可以觸發 DL-TDOA,并在附近出現支持 UWB 的設備時激活。