在当今数字化与智能化飞速发展的时代，精确的室内定位已成为工业自动化、智慧仓储、医疗看护、零售体验及公共安全等诸多领域的核心需求。传统的GPS卫星定位在室内环境中信号严重衰减，无法满足厘米级高精度与稳定性的要求。而超宽带（Ultra-Wideband, UWB）技术，凭借其独特的物理特性，正成为解决这一难题的关键，引领着室内定位技术开发的崭新方向。
UWB技术原理简述
UWB技术并非通过传统的连续载波传输数据，而是发射持续时间极短（通常在纳秒级别）的脉冲序列。这些脉冲占用的频谱极宽（通常超过500MHz），但其功率谱密度极低，类似于背景噪声，因此对其他无线通信系统的干扰极小，且抗干扰能力极强。其核心定位原理主要包括以下两种：
- 到达时间差法（TDoA）： 这是目前主流的UWB定位方法。定位标签（Tag）发射UWB脉冲信号，被多个已知位置的固定基站（Anchor）接收。由于信号到达不同基站的时间存在微小差异，通过计算这些时间差，可以构建出多条双曲线，其交点即为标签的精确位置。此方法对基站间的时钟同步要求极高，通常需要有线网络或高精度无线时钟同步协议支持。
- 飞行时间法（ToF）： 通过精确测量UWB脉冲信号在标签与单个基站之间往返一次的传播时间，直接计算出两者之间的距离。通过与三个或以上基站测距，再利用三边定位算法即可解算出标签的二维或三维坐标。此方法无需基站间严格同步，但要求标签与基站进行双向通信，功耗相对较高。
UWB室内定位系统的技术优势
与Wi-Fi、蓝牙（如BLE）等基于信号强度（RSSI）的定位技术相比，UWB在室内定位方面展现出显著优势：
- 厘米级高精度： UWB脉冲的极短时间特性使其能够进行亚纳秒级的时间分辨率测量，从而将测距误差控制在10厘米以内，甚至可达厘米级。
- 强抗干扰与多径分辨能力： 宽频带信号使其能够区分直达路径与经过反射、绕射的延迟信号，在复杂多径的室内环境中表现稳定。
- 高实时性： 数据传输速率高，定位更新频率可达每秒数十次甚至上百次，能够实时跟踪快速移动的物体或人员。
- 高安全性： 极低的功率谱密度使其难以被截获和干扰，通信安全性好。
- 低功耗： 脉冲发射的占空比极低，使得UWB标签在保持高精度定位的可以实现长达数年的电池续航。
系统架构与开发关键点
一个典型的UWB室内定位系统通常由硬件层、定位引擎和业务应用层构成。
- 硬件层： 包括UWB基站（Anchor，负责接收信号和/或发射同步信号）、UWB标签（Tag，附着于待定位的人或物）以及用于数据传输和时钟同步的骨干网络（通常是以太网或专用无线链路）。芯片方案提供商如Qorvo（收购了Decawave）、NXP、苹果（U1芯片）等推动了硬件的标准化与低成本化。
- 定位引擎（核心算法层）： 这是技术开发的核心。它接收来自硬件的原始测量数据（时间戳、信道脉冲响应等），通过复杂的滤波算法（如卡尔曼滤波、粒子滤波）和定位解算算法（如最小二乘法），将原始数据转化为稳定、平滑的坐标数据。开发难点在于处理非视距（NLOS）误差、时钟漂移以及复杂环境下的数据融合。
- 业务应用层： 将获得的坐标数据与具体的行业场景结合，开发出上层应用，如资产追踪管理系统、人员安全区域管控、AGV导航调度、VR/AR空间交互等。
挑战与未来展望
尽管优势明显，UWB室内定位的规模化部署仍面临挑战：基站部署的工程复杂度与成本、不同厂商设备间的互操作性、与现有Wi-Fi/BLE/5G网络的融合定位等。技术开发将趋向于：
- 芯片集成化与低成本化： UWB功能将进一步集成到手机、物联网设备的主芯片中。
- 多技术融合定位： 结合UWB（提供精确定位）、BLE/Wi-Fi（提供粗定位和辅助识别）及惯性测量单元（IMU，弥补信号遮挡时的航位推算），实现全场景、高鲁棒性的融合定位方案。
- AI赋能： 利用机器学习算法优化定位模型，自适应学习环境特征，进一步提升在复杂动态环境下的定位精度和可靠性。
UWB技术为室内高精度定位提供了一种近乎完美的物理层解决方案。随着产业链的成熟和生态的完善，它必将作为未来智能空间不可或缺的“感官神经”，深刻变革各行各业的运营与管理模式，驱动数字经济向更深层次发展。
