UWB 定位無需信標之間同步或每個裝置的單獨 RF 校準

下行反向TDoA架構:自主信標傳輸訊號;安全帽內的接收器會監聽。

衛星導航在建築物周界便停止。藍牙和 Wi-Fi 只能顯示工人所在的房間——對危險工業區域而言過於粗糙。一個人安全地站在屏障旁和一個人踏進禁區,是根本不同的營運事件。超越某個精度門檻後,坐標便從簡單的地圖標記轉變為經核實的事件:區域進入、停留時間和精確的移動軌跡。

UWB 提供高精度追蹤已有十多年,但廣泛的工業採用因商業現實而非技術限制而停滯。在傳統上行 TDoA 系統中,固定錨點必須接收每個標籤的封包、維持亞納秒級的有線時間同步,並透過乙太網回傳測量數據。行業基準顯示,約 85% 的總部署成本僅來自佈線基礎設施:管道鋪設、PoE 交換器、工業升降機和經認證的電氣人力。

容量是第二個致命瓶頸。市場推廣的標籤數量往往是理論算術:在僅 18% 負載下的隨機 ALOHA 通道存取中,大約三分之一的傳輸發生碰撞。市場推廣用於容量的最高數據速率無線電設定,對結構鋼材和多路徑反射的韌性最差。在工業安全中,一個遺失的封包就是一個未被監控的工人。

技術報告 TR-XENOM-2025-01,在 DW1000 平台上使用四個信標進行靜態測試。

我們建立了什麼

下行 Reverse-TDoA 架構

固定信標每 300 毫秒傳輸一次 UWB 封包;頭盔中的接收器僅透過普通遙測通道監聽並向伺服器發送時間戳記。信標不會接收任何訊息,也不會相互分享時間參考——不透過電纜、無線電或 GPS。系統的所有其他優點都直接源自於該架構。

沒有同步,沒有電纜連接到信標

沒有定時線、沒有 PoE 交換器、沒有通往安裝點的電纜路線。在 DW1000 配置中,週期為 300 毫秒,信標使用 10,000 mAh 電池運作約六天。安裝點是根據建築物的無線電幾何形狀選擇的,而不是根據電源插座的位置選擇的。

無特定於設備的射頻校準

信標、行動 UWB 定位接收器和 RF 路徑在安裝前不需要工作台對準和校正表。部署不需要昂貴的校準設備,只需基本的無線電規劃即可:安裝在設計點、記錄其座標並進行驗收檢查。

穿戴式裝置不會產生額外的 UWB 無線電流量

安全帽在僅接收 (RX) 模式下運作。即使在站點中增加 10,000 名工作人員,也會產生 0 個位元組的額外 UWB 流量,並消除無線電通道衝突 (ALOHA)。基礎設施僅隨著覆蓋範圍的擴大而擴展,而不會隨著輪班工人的數量而擴展。

沒有單獨的標籤

移動式UWB定位接收器整合在安全頭盔中,是強制性防護裝備。這消除了第三方追蹤器的購買和維護、充電櫃的需求以及標籤被遺忘或遺失的風險。

複雜金屬結構的無線電輪廓

我們特意選擇了長前導碼和最低的封包資料速率。這提供了最大的無線電鏈路預算和對金屬多徑反射的抵抗力,而不是追求標稱吞吐量。

量度結果

條件與限制

這些數據來自一個佈置齊全的房間,而非空曠的實驗室:持續的非視距傳播、無線電路徑穿過兩面石膏板牆、四個信標中的兩個位於帶有金屬後固化室的樹脂打印機旁,還有一面鏡子正對第三個信標。沒有應用任何卡爾曼濾波器、移動平均或軌跡平滑處理。

測試使用四個信標和 DW1000 平台上的靜止接收器。該架構亦在 DW3000 上實現,但這些定量結果不能轉移到該平台——也不能在未經單獨測量活動的情況下轉移到有移動人員的工業規模場地。

一個刻意不利的壓力系列包含在已發表的數據中:坐標可用性降至 15.79%,P95 徑向誤差升至 93.93 cm。移除有線同步簡化了安裝,但並不免除覆蓋工程和驗收測試的需要。

坐標驅動的應用

在進入瞬間偵測到危險區域的存在

在工作、危險、服務和等待區域停留的時間

按區域自動切換無線電頻道

特定房間的出入控制

疏散期間的人員定位

路線和事件分析,以及為控制室生成事件

研發方向:普通智能手機上的導航

相同的架構將適用於消費手機上的室內導航——一個被動聆聽者計算自己的位置,而信標在設計上不知道誰在聆聽。這正是 FiRa 所稱的未追蹤室內導航場景。Apple 在 iOS 26 中引入了 DL-TDoA API,Google 在 Android 17 中加入了 FiRa 4.0 支援,但我們的封包格式是專有的,手機系統 API 無法理解。將信標切換到標準 FiRa 模式將意味著回到一個必須持續協調的錨點網絡——失去該架構所建立的獨立性。直接路徑需要 Apple 和 Android 製造商開放開發者存取接收到的 UWB 幀及其硬件時間戳。在實現之前,這是一個研究方向,而非已發佈的功能,我們刻意保持這一區分。