Немного про UWB..

Большинство современных радиостандартов передачи данных работают в пределах достаточно узкой полосы частот, а именно, допускают достаточно небольшие отклонения от так называемой базовой (или несущей) частоты.
Согласно теореме Шеннона-Хартли, именно ширина полосы частот определяет пропускную способность канала радиотехнической системы. Альтернативым способом увеличить емкость информационного канала может быть увеличение мощности выходного сигнала, однако, это не столь эффективно и не всегда возможно.
По причине развития информационных систем и спроса на них, проблема увеличения скорости передачи данных в радиолокационных системах становится все более актуальной, как для радиосвязи, так и для радиолокации. В последние годы это стало причиной развития технологии, использующей сверхширокополосные (СШП) сигналы — радиостандарта UWB (Ultra-Wide Band, IEEE 802.15.4a).

UWB-сигналы чаще всего представляют собой короткие импульсы, вся энергия которых распределена по заданному достаточно широкому участку спектра. Данные, в свою очередь, кодируются полярностью и взаимным расположением импульсов. В результате, обладая достаточно высокой суммарной передаваемой в эфир мощностью и сочетая в себе такие качества как малое энергопотребление и импульсный характер передачи данных, получаем высокую скорость передачи данных. При этом такой сигнал практически не оказывает помех для других коммуникаций, несмотря на то, что он занимает, в том числе, и уже отведенные для других стандартов участки спектра. Причиной этого является сила сигнала — в каждой конкретной точке спектра (т.е. на каждой конкретной лицензируемой полосе частот) UWB-сигнал не превышает крайне низкого, во много раз меньше, чем у узкополосных сигналов, значения:

UWB-сигнал определяется решением ГКРЧ (Государственной комиссией по радиочастотам) РФ от 2009 года как любой сигнал в диапазоне 3,1 – 10,6 ГГц с шириной спектра более 500 МГц. В этом рабочем диапазоне спектральная плотность мощности сигнала ограничивается значением в -41,5 дБм/МГц. С одной стороны, такая мощность ограничивает использование технологии по дальности, с другой — указывает на слабый уровень сигнала, который практически сливается с уровнем шума, поэтому UWB-сигналы не нужно лицензировать.

Особенности технологии UWB:
● Большая скорость передачи информации;
● Высокая помехозащищенность;
● Высокая электромагнитная совместимость;
● Устойчивость связи в условиях многолучевого распространения радиоволн;
● Высокая степень защиты связи от перехвата;
● Способность легко проникать через препятствия;
● Техническая простота аппаратуры и ее дешевизна.

Если говорить конкретно о применении технологии в системах позиционирования, то на основе UWB успешно создаются высокоэффективные системы для обнаружения объектов в заданной зоне.
Использование широкой полосы частот и большого количества сверхкоротких импульсов, в отличие от систем, использующих узкополосные сигналы, позволяет обеспечить высокую пространственную разрешающую способность по точности измерения расстояния до цели.
Далее, мы рассмотрим применение UWB-технологии на примере нашей разработки RealTrac PDS.

Использование UWB в системе RealTrac

RealTrac PDS (Proximity Detection System) – это система предотвращения сближения с небезопасными объектами и выдачи предупреждения персоналу о возникновении опасных ситуаций.
Созданное решение может быть использовано в строительстве, производстве, горной добыче и других областях: везде, где используется крупногабаритная техника с ограниченными условиями обзора или другие опасные для сближения объекты.

Конструктивно система RealTrac PDS состоит из двух компонент:
1) RealTrac Vehicle Tag (метка, устанавливаемая на опасный для сближения объект)

Метка обеспечивает определение местоположения транспорта или другого небезопасного для сближения объекта и передачу координат на сервер.
На данный момент метка оснащена интерфейсами для подключения внешнего оборудования и датчиков, таких как:

● Стробоскоп;
● Звуковой сигнал;
● Сирена;
● Светодиодный индикатор;
● Линии GPO;
● Сухие контакты.

2) RealTrac Tag (метка, носимая персоналом).

Мобильное радио-устройство, обеспечивающее измерение расстояний до стационарных и мобильных объектов, и позволяющее определять местонахождение человека.
Система производит измерение расстояний с использованием двух радиостандартов:

IEEE 802.15.4a CSS (Chirp Spread Spectrum), 2,4 ГГц, на расстояниях от 20 до 400 метров, точность измерения расстояний – 1-3 метра
IEEE 802.15.4a UWB (Ultra Wide Band), 6.0 – 7.0 ГГц, на расстояниях до 25 метров, точность измерения расстояний 0.5 – 1 метра.

Использование двух радиостандартов на базе устройств обусловлено тем, что технология CSS используется в качестве канала передачи данных и для интеграции в систему локального позиционирования RealTrac; UWB выбран в качестве технологии, позволяющей получить наибольшую точность замеров для данной задачи.

Принцип работы

Vehicle Tag устанавливается на объекте, небезопасном для сближения, и программно конфигурируется согласно специфике решаемой проблемы.
На данный момент Vehicle Tag имеет функциональность, позволяющую хранить в энергонезависимой памяти списки, содержащие информацию относительно политики нахождения определенных меток в запрещенной зоне, размеров этой зоны для каждой метки, состояния внешних интерфейсов подключения и многих других параметров, характерных для каждой задачи.

Устройства Realtrac Tag раздаются персоналу.

По специализированному радиоканалу происходит измерение расстояния между Vehicle Tag и Realtrac Tag, и в случае пересечения опасной зоны, формируется сигнал тревоги: включается сирена, прожектора, производятся различные предупреждения и т.д.

Система может функционировать как автономно, так и в составе системы локального позиционирования RealTrac.

RealTrac PDS в клиентском ПО системы позиционирования:

Автор: Виктор Пушкарев (corvi)

Система обнаружения сближения на базе технологии UWB