UWB 定位无需信标之间同步或每个设备的单独 RF 校准

Downlink Reverse-TDoA 架构:自主信标发射信号,安全帽内的接收器负责接收。

卫星导航在建筑物边缘即失效。蓝牙和 Wi-Fi 只能指示工人所在房间——对于危险的工业区域而言过于粗糙。安全地站在护栏旁的人和踏入隔离区的人是两种截然不同的运营事件。超过一定精度阈值后,坐标从简单的地图标记转变为已验证的事件:区域进入、停留时间和精确的通行轨迹。

UWB 提供高精度跟踪已有十多年,但广泛的工业应用因商业现实而非技术限制而停滞。在传统上行链路-TDoA 系统中,固定锚点必须接收每个标签的数据包,维持亚纳秒级有线时间同步,并通过以太网回传测量数据。行业基准显示,约 85% 的总部署成本仅来自布线基础设施:导管敷设、PoE 交换机、工业升降设备和认证电气人工。

容量是第二个致命瓶颈。宣传的标签数量往往是理论算术:在随机 ALOHA 信道接入下,仅 18% 负载时约三分之一的传输即发生冲突。宣传用于大容量的最高数据速率无线电模式对结构钢和多径反射的鲁棒性最差。在工业安全中,丢失的数据包意味着一个未被监控的工人。

技术报告 TR-XENOM-2025-01,DW1000 平台、四信标静态测试。

我们的方案

下行链路 Reverse-TDoA 架构

固定信标每 300 毫秒传输一次 UWB 数据包;安全帽中的接收器仅通过普通遥测通道监听并向服务器发送时间戳。信标不会接收任何信息,也不会相互共享时间参考——不通过电缆、无线电或 GPS。系统的所有其他优点都直接源自该架构。

没有同步,没有电缆连接到信标

没有定时线、没有 PoE 交换机、没有通往安装点的电缆路线。在 DW1000 配置中,周期为 300 毫秒,信标使用 10,000 mAh 电池运行大约六天。安装点是根据建筑物的无线电几何形状选择的,而不是根据电源插座的位置选择的。

无特定于设备的射频校准

信标、移动 UWB 定位接收器和 RF 路径在安装前不需要工作台对准和校正表。部署不需要昂贵的校准设备,只需基本的无线电规划即可:安装在设计点、记录其坐标并进行验收检查。

可穿戴设备不会产生额外的 UWB 无线电流量

安全帽在仅接收 (RX) 模式下运行。即使在站点中添加 10,000 名工作人员,也会产生 0 字节的额外 UWB 流量,并消除无线电信道冲突 (ALOHA)。基础设施仅随着覆盖范围的扩大而扩展,而不会随着轮班工人的数量而扩展。

没有单独的标签

移动 UWB 定位接收器集成在安全帽内;安全帽属于强制性个人防护装备。这样可免去第三方跟踪器的采购与维护、充电柜配置,以及因标签遗忘或丢失造成的风险。

适用于复杂金属结构的射频配置

我们特意选择了长前导码和最低的数据包数据速率。这提供了最大的无线电链路预算和对金属多径反射的抵抗力,而不是追求标称吞吐量。

实测结果

条件与限制

数据来自布置完毕的房间,而非空实验室:持续的非视距条件,无线电路径穿过两面石膏板墙,四个信标中有两个位于带金属后固化箱的树脂打印机旁,第三个信标正对面有一面镜子。未应用任何卡尔曼滤波、移动平均或轨迹平滑。

测试使用四个信标和 DW1000 平台上的固定接收器。该架构也已在 DW3000 上实现,但这些定量结果不适用于后者——也不适用于有人员移动的规模化工业现场——除非进行单独的测量活动。

刻意设置的不利压力系列已包含在公开数据中:坐标可用性降至 15.79%,P95 径向误差升至 93.93 cm。移除有线同步简化了安装,但并未免除覆盖工程和验收测试的需要。

坐标驱动的应用

进入危险区域的即时检测

在工作、危险、服务和等待区域的停留时间

按区域自动切换无线电信道

特定房间的访问控制

疏散期间的人员定位

路线与事件分析,以及为控制室生成事件

研发方向:普通智能手机上的导航

同样的架构适用于消费级手机的室内导航——一个被动监听器计算自身位置,而信标从设计上就不知道谁在监听。这正是 FiRa 所称的不可跟踪室内导航场景。Apple 在 iOS 26 中引入了 DL-TDoA API,Google 在 Android 17 中添加了 FiRa 4.0 支持,但我们的数据包格式是专有的,手机系统 API 无法理解。将信标切换到标准 FiRa 模式意味着回到一个必须持续协调的锚点网络——失去该架构所追求的独立性。直接路径需要 Apple 和 Android 制造商向开发者开放对接收到的 UWB 帧及其硬件时间戳的访问权限。在此实现之前,这只是一个研究方向,而非已发布的功能,我们刻意保持这一区分。