Oryginał: Ulink Media
Autor: 旸谷
Niedawno holenderska firma półprzewodnikowa NXP we współpracy z niemiecką firmą Lateration XYZ zyskała możliwość pozycjonowania innych elementów i urządzeń UWB z dokładnością do milimetra przy użyciu technologii ultraszerokopasmowej. To nowe rozwiązanie otwiera nowe możliwości dla różnych scenariuszy zastosowań wymagających precyzyjnego pozycjonowania i śledzenia, co stanowi istotny postęp w historii rozwoju technologii UWB.
W rzeczywistości, obecna dokładność UWB na poziomie centymetrów, w dziedzinie pozycjonowania została osiągnięta szybko, a wyższy koszt sprzętu również przysparza użytkownikom i dostawcom rozwiązań bólu głowy, jak rozwiązać problemy z kosztami i wdrożeniem. W tym momencie „toczenie się” do poziomu milimetra, czy jest to konieczne? A jakie możliwości rynkowe przyniesie UWB na poziomie milimetra?
Dlaczego trudno jest osiągnąć technologię UWB w skali milimetrowej?
Jako metoda pozycjonowania i określania odległości o wysokiej precyzji, dokładności i bezpieczeństwie, pozycjonowanie UWB wewnątrz pomieszczeń może teoretycznie osiągnąć dokładność rzędu milimetrów, a nawet mikrometrów, ale w praktyce przez długi czas utrzymywało się na poziomie centymetrów, głównie z powodu następujących czynników, które wpływają na rzeczywistą dokładność pozycjonowania UWB:
1. Wpływ sposobu rozmieszczenia czujnika na dokładność pozycjonowania
W rzeczywistym procesie rozwiązywania problemu dokładności pozycjonowania, wzrost liczby czujników oznacza wzrost nadmiarowych informacji, a bogate nadmiarowe informacje mogą dodatkowo zmniejszyć błąd pozycjonowania. Jednak dokładność pozycjonowania nie wzrasta wraz z najlepszymi czujnikami, a gdy liczba czujników zostanie zwiększona do określonej liczby, wkład w dokładność pozycjonowania nie jest duży wraz ze wzrostem liczby czujników. A wzrost liczby czujników oznacza wzrost kosztów sprzętu. Dlatego też, jak znaleźć równowagę między liczbą czujników a dokładnością pozycjonowania, a tym samym rozsądne rozmieszczenie czujników UWB jest przedmiotem badań nad wpływem rozmieszczenia czujników na dokładność pozycjonowania.
2. Wpływ efektu wielodrożności
Sygnały pozycjonujące UWB ultra-wideband są odbijane i załamywane przez otaczające środowisko, takie jak ściany, szkło i obiekty wewnętrzne, takie jak biurka, podczas procesu propagacji, co powoduje efekty wielościeżkowe. Sygnał zmienia opóźnienie, amplitudę i fazę, co powoduje tłumienie energii i zmniejszenie stosunku sygnału do szumu, co prowadzi do tego, że pierwszy osiągnięty sygnał nie jest bezpośredni, powodując błędy pomiaru odległości i zmniejszenie dokładności pozycjonowania. Dlatego skuteczne tłumienie efektu wielościeżkowego może poprawić dokładność pozycjonowania, a obecne metody tłumienia efektu wielościeżkowego obejmują głównie techniki MUSIC, ESPRIT i wykrywania krawędzi.
3. Wpływ NLOS
Propagacja w linii wzroku (LOS) jest pierwszym i wstępnym warunkiem zapewnienia dokładności wyników pomiaru sygnału, gdy warunki między celem pozycjonowania mobilnego a stacją bazową nie mogą być spełnione, propagacja sygnału może być ukończona tylko w warunkach braku widoczności, takich jak refrakcja i dyfrakcja. W tym momencie czas pierwszego nadchodzącego impulsu nie reprezentuje rzeczywistej wartości TOA, a kierunek pierwszego nadchodzącego impulsu nie jest rzeczywistą wartością AOA, co spowoduje pewien błąd pozycjonowania. Obecnie głównymi metodami eliminacji błędu braku widoczności są metoda Wyliego i metoda eliminacji korelacji.
4. Wpływ ciała człowieka na dokładność pozycjonowania
Głównym składnikiem ludzkiego ciała jest woda, która w bezprzewodowym sygnale pulsacyjnym UWB ma silny efekt absorpcji, co powoduje osłabienie siły sygnału, odchylenie informacji o zasięgu i wpływa na końcowy efekt pozycjonowania.
5. Wpływ osłabienia penetracji sygnału
Każda penetracja sygnału przez ściany i inne obiekty zostanie osłabiona, UWB nie jest wyjątkiem. Gdy pozycjonowanie UWB przenika przez zwykłą ścianę z cegły, sygnał zostanie osłabiony o około połowę. Zmiany w czasie transmisji sygnału spowodowane penetracją ściany również wpłyną na dokładność pozycjonowania.
Ze względu na ludzkie ciało, przenikanie sygnału spowodowane dokładnością uderzenia jest trudne do uniknięcia. NXP i niemiecka firma LaterationXYZ będą stosować innowacyjne rozwiązania układu czujników w celu udoskonalenia technologii UWB. Nie było konkretnego pokazu innowacyjnych wyników. Mogę jedynie opublikować stosowne spekulacje na podstawie wcześniejszych artykułów technicznych z oficjalnej strony internetowej NXP.
Jeśli chodzi o motywację do poprawy dokładności UWB, uważam, że jest to przede wszystkim NXP jako wiodący na świecie gracz UWB, który radzi sobie z obecnymi krajowymi producentami innowacji na dużą skalę w sytuacji przełomu i obrony technicznej. W końcu obecna technologia UWB jest nadal w fazie rozkwitu rozwoju, a odpowiadające jej koszty, zastosowanie i skala nie zostały jeszcze ustabilizowane, w tym czasie krajowi producenci są bardziej zaniepokojeni produktami UWB, aby jak najszybciej wylądować i rozprzestrzenić się, przejąć rynek, nie mają czasu, aby dbać o dokładność UWB, aby poprawić innowację. NXP, jako jeden z czołowych graczy w dziedzinie UWB, ma kompletny ekosystem produktów, a także wiele lat głębokiej orki nagromadzonej siły technicznej, wygodniejszej do przeprowadzenia innowacji UWB.
Po drugie, firma NXP, tym razem skupiająca się na UWB na poziomie milimetra, dostrzega nieskończony potencjał przyszłego rozwoju UWB i jest przekonana, że poprawa precyzji przyniesie nowe zastosowania na rynku.
Moim zdaniem korzyści płynące z technologii UWB będą się zwiększać wraz z rozwojem „nowej infrastruktury” 5G i jeszcze bardziej zwiększy się jej znaczenie w procesie przemysłowej modernizacji inteligentnego wzmocnienia technologii 5G.
Wcześniej w sieci 2G/3G/4G scenariusze mobilnego pozycjonowania koncentrowały się głównie na połączeniach alarmowych, legalnym dostępie do lokalizacji i innych aplikacjach, wymagania dotyczące dokładności pozycjonowania nie są wysokie, w oparciu o dokładność pozycjonowania Cell ID od dziesiątek metrów do setek metrów. Podczas gdy 5G wykorzystuje nowe metody kodowania, fuzję wiązek, wielkoskalowe układy antenowe, widmo fal milimetrowych i inne technologie, jego duża przepustowość i technologia układu antenowego stanowią podstawę do precyzyjnego pomiaru odległości i precyzyjnego pomiaru kąta. Dlatego kolejna runda sprintu UWB w dziedzinie dokładności jest wspierana przez odpowiednie tło epoki, podstawy technologiczne i wystarczające perspektywy aplikacji, a ten sprint dokładności UWB można uznać za wstępny układ, aby sprostać aktualizacji cyfrowej inteligencji.
Jakie rynki otworzy Millimeter UW?
Obecnie dystrybucja rynkowa UWB charakteryzuje się głównie dyspersją B-end i koncentracją C-end. W zastosowaniu B-end ma więcej przypadków użycia, a C-end ma więcej pomysłowej przestrzeni do eksploracji wydajności. Moim zdaniem ta innowacja skupiająca się na wydajności pozycjonowania konsoliduje zalety UWB w precyzyjnym pozycjonowaniu, co nie tylko przynosi przełomy w wydajności dla istniejących aplikacji, ale także stwarza możliwości dla UWB, aby otworzyć nową przestrzeń aplikacji.
Na rynku rozwiązań B-end, w parkach, fabrykach, przedsiębiorstwach i innych scenariuszach, bezprzewodowe środowisko danego obszaru jest stosunkowo pewne, a dokładność pozycjonowania może być stale gwarantowana, podczas gdy takie sceny utrzymują również stabilne zapotrzebowanie na dokładną percepcję pozycjonowania lub staną się wkrótce technologią UWB na poziomie milimetra, która będzie miała na celu wykorzystanie przewagi rynkowej.
W scenariuszu górniczym, wraz z postępem inteligentnej budowy kopalni, rozwiązanie fuzyjne „5G+pozycjonowanie UWB” może sprawić, że inteligentny system górniczy ukończy pozycjonowanie w bardzo krótkim czasie, osiągnie idealne połączenie precyzyjnego pozycjonowania i niskiego zużycia energii oraz zrealizuje cechy wysokiej precyzji, dużej pojemności i długiego czasu czuwania itp. Jednocześnie, w oparciu o zarządzanie bezpieczeństwem kopalni, może być używane do zapewnienia bezpieczeństwa kopalni i zarządzania bezpieczeństwem kopalni. Jednocześnie, w oparciu o twarde zapotrzebowanie na zarządzanie bezpieczeństwem kopalni, UWB będzie również używane w codziennym zarządzaniu personelem i torem samochodowym. Obecnie kraj ma pewną skalę kopalni węgla około 4000 lub więcej, a średnie zapotrzebowanie na stację bazową każdej kopalni węgla wynosi około 100 lub więcej, z czego można oszacować, że całkowite zapotrzebowanie na stację bazową kopalni węgla wynosi około 400 000, liczba górników węgla ogółem około 4 milionów osób lub więcej, według 1 osoby 1 etykiety, zapotrzebowanie na tagi UWB około 4 milionów lub więcej. Według obecnego użytkownika końcowego, aby kupić po jednej cenie rynkowej, rynek węgla na rynku sprzętu UWB „stacja bazowa + tag” wynosi około 4 miliardów wartości wyjściowej.
W górnictwie i podobnych scenariuszach wysokiego ryzyka, a także w wydobyciu ropy naftowej, elektrowniach, zakładach chemicznych itp., potrzeby w zakresie zarządzania bezpieczeństwem w zakresie dokładności pozycjonowania są wyższe. Zwiększenie dokładności pozycjonowania UWB o milimetr pomoże wzmocnić jego przewagę w takich obszarach.
W scenariuszach produkcji przemysłowej, magazynowania i logistyki UWB stało się narzędziem do redukcji kosztów i wydajności. Pracownicy korzystający z urządzeń przenośnych z technologią UWB mogą dokładniej lokalizować i umieszczać różne części; konstrukcja systemu zarządzania integrującego technologię UWB w zarządzaniu magazynem może dokładnie monitorować wszystkie rodzaje materiałów i personel w magazynach w czasie rzeczywistym, a także osiągnąć kontrolę zapasów, zarządzanie personelem, a jednocześnie osiągnąć wydajny i bezbłędny bezobsługowy obrót materiałami za pomocą sprzętu AGV, co może znacznie zwiększyć wydajność produkcji.
Ponadto, skok milimetrowy UWB może również otworzyć nowe zastosowania w dziedzinie transportu kolejowego. Obecnie aktywny system sterowania pociągiem opiera się głównie na pozycjonowaniu satelitarnym, aby zakończyć, w przypadku środowiska podziemnego tunelu, a także miejskich budynków wysokich, kanionów i innych scen, pozycjonowanie satelitarne jest podatne na awarie. Technologia UWB w pozycjonowaniu i nawigacji CBTC pociągu, kolumna do unikania kolizji i wczesnego ostrzegania o kolizji, precyzyjne zatrzymywanie pociągu itp. może zapewnić bardziej niezawodne wsparcie techniczne dla bezpieczeństwa i kontroli transportu kolejowego. Obecnie tego rodzaju zastosowanie w Europie i Stanach Zjednoczonych ma rozproszone przypadki zastosowań.
Na rynku terminali C, udoskonalenie UWB o precyzję rzędu milimetrów otworzy nowe scenariusze zastosowań inne niż cyfrowe klucze dla sceny pojazdu. Na przykład automatyczne parkowanie z obsługą, automatyczne płatności itd. Jednocześnie, w oparciu o technologię sztucznej inteligencji, może również „nauczyć się” wzorców ruchu i nawyków użytkownika oraz poprawić wydajność automatycznej technologii jazdy.
W dziedzinie elektroniki użytkowej UWB może stać się standardową technologią dla smartfonów pod wpływem interakcji samochód-maszyna z cyfrowymi kluczykami samochodowymi. Oprócz otwarcia szerszej przestrzeni aplikacji do pozycjonowania i wyszukiwania produktów, poprawa dokładności UWB może również otworzyć nową przestrzeń aplikacji dla scenariuszy interakcji sprzętu. Na przykład dokładny zasięg UWB może dokładnie kontrolować odległość między urządzeniami, aby dostosować konstrukcję sceny rozszerzonej rzeczywistości, aby gra, dźwięk i wideo zapewniały lepsze wrażenia sensoryczne.
Czas publikacji: 04-09-2023