UWB定位技术及智能制造应用

·超宽带（Ultra Wide-Band，UWB）是一种新型的无线通信技术，近年来兴起了UWB技术研究和产品开发的热潮。·UWB高精度定位技术可应用于商场、机场、高铁站、医院、化工生产线、智能制造车间等不同的定位场景。·书中附录部分涵盖了关于TDOA的定位程序、定位数据处理显示程序、UWB典型产品选型指导以及UWB系统标准化接口协议等，兼具实用技术手册的功能。

超宽带（Ultra WideBand，UWB）是一种新型的无线通信技术，近年来兴起了对该技术的研究和产品开发热潮。本书以科普性、理论性、技术性和实用性为编写原则，面向智能制造发展过程中对各类生产要素高精度定位的需求，深入浅出地阐述了UWB高精度定位技术的相关理论、方法、模型和实现算法。同时，结合本书作者及其科研团队在智能制造领域中的理论和技术研究，介绍了行业代表性产品的研发和应用案例。为增强本书的技术实用性，在附录部分涵盖了关于TDOA的定位程序、定位数据处理及显示程序、UWB典型产品选型指导以及UWB系统标准化接口协议等，兼具实用技术手册的功能。本书可以为UWB定位软硬件研发人员、企业安全和生产运营管理人员、智能制造系统研发人员提供宝贵的技术参考，同时也可以作为无线通信、智能制造及其相关专业的高年级本科生或研究生的教材。

赵荣泳 博士，副教授，博导，同济大学电子信息与工程学院CIMS研究中心。企业数字化技术教育部工程中心主任助理。国际电气和电子工程师协会IEEE Member，中国人工智能学会粒计算与知识发现专业委员会委员，上海市微电脑应用学会会员；主要研究方向：复杂系统建模、智能制造。主持国家自然基金项目2项，上海市自然基金项目1项，上海市重大研究计划项目1项，参与国家自然基金重大计划项目1项，重点项目1项，上海市科技创新项目12项，上海市信息化项目6项。获得教育部科技进步奖二等奖1项，上海市科技进步奖三等奖2项。江苏省双创人才项目1项。发表学术论文及专著83篇。发明专利12项，软件著作权21项，SCI/EI收录26篇。采用UWB技术和人工智能技术，已研制“5G绿色园区智能工业云平台”和“大型制造企业安全管理工业云平台”。

前言
第1章常用无线定位技术概述
1.1RFID定位技术
1.1.1RFID技术简介
1.1.2RFID定位技术的原理及发展
1.2WiFi定位技术
1.2.1WiFi技术原理
1.2.2基于WiFi的无线定位技术
1.2.3WiFi定位技术的应用
1.3ZigBee定位技术
1.3.1ZigBee技术原理
1.3.2基于ZigBee的室内定位系统
1.4SLAM定位技术
1.4.1SLAM技术简介
1.4.2SLAM定位系统构建
1.5无线UWB定位技术
1.5.1UWB技术简介
1.5.2UWB室内定位技术
1.65G定位技术
1.6.15G技术简介
1.6.25G室内定位技术
1.7卫星定位技术
1.7.1卫星定位技术概述
1.7.2美国GPS卫星定位与导航系统
1.7.3中国北斗卫星定位与导航系统
1.7.4欧盟伽利略卫星定位与导航系统
1.7.5俄罗斯格洛纳斯卫星定位与导航系统
1.8常用定位技术性能对比
1.9定位技术发展趋势
1.10本章小结
第2章UWB无线通信技术
2.1UWB定位技术现状
2.1.1UWB技术的由来
2.1.2UWB技术的发展
2.1.3UWB定位关键技术
2.2UWB技术标准与规范
2.2.1IEEE相关标准
2.2.2ETSI国际标准
2.2.3ECMA国际标准
2.2.4无线多媒体UWB规范
2.2.5ISO国际标准
2.3各国监管机构及频谱分配
2.3.1中国频谱分配
2.3.2美国频谱分配
2.3.3日本频谱分配
2.4本章小结
第3章UWB无线定位原理及方法
3.1常见的测量方法
3.1.1三边测量法
3.1.2三角测量法
3.1.3极大似然估计法
3.2UWB室内定位系统原理
3.2.1UWB室内定位系统结构
3.2.2UWB室内定位系统发射器原理
3.2.3UWB室内定位系统接收器原理
3.3典型的无线定位方法
3.3.1基于信号到达时间的定位方法TOA估计法
3.3.2基于信号到达时间差的定位方法TDOA估计法
3.3.3基于信号到达角度的定位方法AOA估计法
3.3.4基于接收信号强度的定位方法RSSI估计法
3.3.5混合定位方法
3.3.6网络连通性
3.4本章小结
第4章UWB室内定位模型及算法
4.1UWB的系统信号
4.1.1脉冲波形
4.1.2脉冲的调制方式
4.1.3扩频技术
4.2UWB的信道模型
4.2.1双簇模型
4.2.2S-V模型
4.2.3IEEE 802.15.3a UWB信道模型
4.2.4IEEE 802.15.4a UWB信道模型
4.3UWB的定位算法
4.3.1最小二乘法
4.3.2Fang算法
4.3.3Chan算法
4.3.4Taylor算法
4.3.5高斯-牛顿算法
4.4基于UWB的室内定位实现
4.4.1TDOA模型
4.4.2算法介绍
4.4.3仿真与分析
4.5本章小结
第5章UWB定位误差分析及消除方法
5.1UWB系统的定位精度影响因素
5.2定位性能评价指标
5.3UWB室内定位系统的误差分析
5.4UWB定位误差消除方法
5.5本章小结
第6章UWB系统中的惯性导航辅助定位
6.1惯性导航原理介绍
6.1.1惯性导航的作用
6.1.2IMU部件介绍
6.1.3惯性器件确定性误差
6.1.4惯性器件随机误差
6.1.5惯性导航系统
6.2三维空间刚体运动
6.2.1坐标系
6.2.2坐标系间的欧氏变换
6.2.3欧拉角
6.2.4四元数
6.3卡尔曼滤波技术
6.3.1经典卡尔曼滤波技术
6.3.2扩展卡尔曼滤波技术
6.3.3无迹卡尔曼滤波技术
6.3.4容积卡尔曼滤波技术
6.4定位耦合算法
6.4.1松耦合算法
6.4.2紧耦合算法
6.5耦合算法与仿真验证
6.5.1耦合导航系统初始化
6.5.2运动学模型
6.5.3量测方程
6.5.4耦合导航
6.5.5仿真验证
6.6本章小结
第7章UWB定位系统产品迭代研制的行业案例
7.1位置传感器
7.2位置到业务
7.3UWB定位引擎软件
7.4UWB定位系统后台软件研制
7.5UWB定位系统接口研发
7.6产品迭代与性能图谱
7.7本章小结
第8章智能制造原理与UWB定位系统建设
8.1智能制造概述
8.1.1智能制造的内涵
8.1.2智能制造的发展历程
8.1.3智能制造分类
8.1.4智能制造关键技术
8.2智能制造中物流柔性化和透明化
8.2.1柔性与物流的概念
8.2.2物流的柔性化和透明化策略
8.3智能制造中的柔性物流系统
8.3.1柔性物流系统分类
8.3.2柔性物流系统优点
8.3.3企业对物流系统柔性化的需求
8.4物流系统柔性的测度
8.4.1物流系统的范围柔性和响应柔性测度
8.4.2物流系统的多路径柔性
8.4.3物流系统柔性的可靠性测度
8.5智能制造中柔性物流的技术基础
8.5.1定位精度
8.5.2实时性
8.5.3可靠性
8.5.4透明化
8.6智能制造中柔性物流的定位需求
8.6.1柔性物流中的定位对象
8.6.2柔性物流对定位的功能需求
8.6.3柔性物流对定位的性能需求
8.6.4无线定位技术对比与选取
8.6.5物流中UWB定位方法的选取
8.7智能制造UWB定位系统的建设
8.7.1UWB定位的空间维度
8.7.2UWB定位系统的设备选型
8.7.3影响定位精度的因素分析
8.7.4UWB定位系统建设流程
8.8本章小结
第9章UWB定位技术在智能制造领域的应用
9.1电气设备行业生产线的效率提升
9.2汽车制造行业车间现场安灯系统支持
9.3汽车制造行业车间工序效率提升
9.4电子产品制造行业生产线优化
9.5钢铁行业仓储管理优化
9.6工程机械行业液压油缸生产线柔性物流UWB定位
9.6.1油缸车间柔性物流系统集成需求与UWB系统设计
9.6.2基于UWB的实时3D车间内物料位置采集
9.6.3基于UWB定位和AR透明化的车间物料配送
9.7UWB准确定位技术支撑智能运营中心建设
9.8本章小结
附录
附录AUWB系统TDOA定位程序
附录BUWB定位数据处理及显示程序
附录CUWB系统典型产品性能与选型指导参考
附录DUWB定位系统标准化接口协议参考
D.1用户登录接口协议
D.2实时位置获取协议
D.3添加和修改地图节点协议
D.4删除地图协议
D.5添加和修改地图信息协议
参考文献