隨著中國軍隊現代化水平的不斷提高，裝備的逐漸更新，高科技技術的迅速發展，各種管理工作一直是各級領導關注的重點，采用高科技手段參與部隊管理，是加強部隊現代化建設的重要舉措。

營區封閉化管理，每天都要查鋪查哨，自動智能化考核士兵訓練情況，監督巡邏隊伍的人員有沒有履職，對內部人員和外來訪客進行分別管理等特點，運用UWB(超寬帶)高精度定位技術進行自動化管理，從而使部隊綜合管理水平上一個新臺階。

2 系統總體設計

2.1 設計原則

整體最優性原則：在進行架構設計和選型配置時，要進行綜合考慮和評價，兼顧以下幾個方面：實用性、先進性、可靠性、安全性、經濟性．穩定性。
系統實用性原則：系統整體設計要求軟硬件的配置必須考慮各種約束條件，在保證滿足建設方提出的各項功能與性能要求的基礎上要做到有用、實用、易用。
系統安全性原則：系統應具有良好的安全性，即兼容性和擴展性，以適應技術的不斷發展和不斷增強、增加的應用需求。整個方案的設計以及選用的產品必須堅持標準化的原則，遵從國際化組織所制定的多種國際標準及工業標準來保障數據傳輸安全性。
系統經濟性原則：設備的選型在完成系統要求功能的前提下，盡可能的提高性能價格比。

2.2 總體架構

U-Loc室內厘米級實時定位系統是一款基于極窄脈沖超寬帶（IR-UWB）技術，為有效解決室內、艙體、隧道等衛星信號無法覆蓋區域的定位而開發的高精度實時定位產品。
U-Loc室內厘米級實時定位系統采用微瓦級的發射功率進行全方位的實時定位，可提供人員、物資的高精準實時定位，全面實現高精度定位、危險預警、生產監管、日常管理以及緊急境況下的人員疏散與搜救等功能，有效提高軍事化管理的水平。
系統的設計與開發都要從整體和系統的角度考慮其角色和作用，并有效地利用最新的信息技術，如GIS技術、組件技術、WEB技術、數據庫技術等，實現資源信息與基礎空間數據相結合，構造一個信息共享、集成的、綜合的軍事化管理和決策支持平臺，實現經濟和社會效益的最大化。
總體架構如下圖所示：

圖2-1總體架構圖

在系統具有良好的運行環境保障下，根據系統建設的目標，系統的設計框架基于業界標準的三層體系結構——支撐層、數據層、應用層；因為采用這種體系結構無論從平臺的角度還是從開發的方面，均是一個結構靈活，便于調整的應用體系。而對整個系統的業務邏輯和數據訪問、共享等通過組件層進行封裝，各個應用可以基于組件迅速搭建。

2.2.1 支撐層

依托服務器、互聯網、智能傳感器等軟硬件設施，為系統的高效、穩定運行創造良好的支撐環境。

2.2.2 數據層

整合基礎地形、影像、資產、人員、BIM模型（三維）、專題等數據，用統一的數據標準進行空間入庫，為應用層提供必需的數據基礎；通過云安全、數據加密、網絡安全設施為數據層進行系統級加密，保障數據層的安全性。

2.2.3 應用層

整合大數據，將最終數據通過系統終端呈現給應用者，如：士兵宿舍智能化查鋪查哨，士兵訓練情況考查，監督巡邏人員是否到崗，內部人員與外來訪客分別化管理，軍事演習作戰指揮系統、資產精準定位管理系統、人員定位緊急搜救系統等。

2.3 工作原理

在U-Loc室內厘米級實時定位系統中，人員或物品上所佩戴的定位標簽利用UWB脈沖信號發射出位置數據，接收機接收、放大UWB信號，經同步分配器校準接收機時鐘，計算出定位標簽信號到達不同接收機的時間差（TDOA），然后定位引擎采用TDOA定位算法對標簽位置進行解算，最終通過有線或無線的方式傳輸到信息處理中心及控制平臺。

2.4 系統軟件硬件

2.4.1 定位基站

圖2-2  小型化定位基站

定位基站產品分類：防爆型定位基站、防水型定位基站、增強型定位基站、小型化定位基站、分離式定位基站；本項目中主要應用小型化定位基站。
安裝方式：不同的產品配備有不同的安裝固件，可以適應不同的安裝應用環境，并支持多角度調節基站朝向。
定位基站分為主基站（Master）和從基站（Slave）, 定位基站固定在已知位置，作為位置基準，用于接收標簽發射的UWB信號，并通過網絡傳輸層，將定位信息傳至定位信息平臺；主基站除具備從節點接收功能外，還向各從基站發射同步信號，使各個定位基站獲得統一的時鐘，以便獲得標簽發射的信號到達不同基站的時間差（TDOA）。 
標準版定位基站的技術參數如下表所示：

2.4.2 定位標簽  

圖2-3人員佩戴標簽

產品分類：人員佩戴、車載型、物資型、防拆型等。
佩戴方式：針對不同的定位對象和應用環境可以選擇不同類型的產品，并選擇相應的佩戴方式，主要的佩戴方式有繩掛式、背夾式、腕帶式、吸附式等；不同的應用環境有防水型、防爆型、防拆型等。
工作模式：休眠模式、激活模式；
休眠模式——在目標長時間靜止或無需定位時保持休眠，節省電量；
激活模式——在需要定位時對目標進行實時定位。
 
標準版定位標簽的技術參數如下表所示：

2.4.3 定位軟件

定位軟件包含定位引擎和定位應用軟件，其中定位引擎主要用于采集定位終端的原始數據并自動分析解算，最終輸出該終端的位置、屬性等信息。定位應用軟件則是面向應用功能開發的一款軟件，擁有標準的協議接口并可以進行二次開發，界面如下圖所示。

圖2-4 定位引擎圖


2-5 定位引用軟件
 

2.5 系統功能

U-Loc室內厘米級實時定位系統具有傳輸速率高、抗多徑干擾能力強、功耗低、成本低、穿透能力強、低截獲概率、定位精度高、與現有其他無線通信系統共享頻譜等特點。因此，采用U-Loc室內厘米級實時定位系統進行人員和設備定位將會展現出現有定位產品所無法達到的效果與功能。其主要功能如下：
Ø  多模式定位：支持多種模式，包括0維（粗略模式），1維（流水線/走廊配置），2維（精確平面定位），2.5維（精確平面定位加上樓層區域信息）和3維。

圖2-6  多模式定位

Ø  精準定位：采用先進的IR-UWB定位技術，可達到10cm-15cm的定位精度。
Ø  實時定位：0.1Hz-50Hz可調的刷新速率，確保位置實時更新。
Ø  全局顯示：可在后臺電子地圖中全局化顯示和查詢區域內所有目標的位置。
Ø  軌跡顯示：記錄待定位人員的運動軌跡，顯示不同的顏色，便于人員分類管理。
Ø  分類跟蹤：對于不同目標，可配置不同等級的標簽以作區別，達到更大限度的定位需求，使后臺管理更加便利、完善。
Ø  歷史數據查詢：可回放查詢歷史時刻或時間段目標的位置、軌跡、停留時間等信息。
Ø  攝像頭聯動：將視頻監控的空間位置和監控范圍在GIS地圖上進行展示，支持對云臺和鏡頭的遠程實時聯動控制。
Ø  安全區域報警：后臺可劃分定位區域內安全區電子圍欄、警報區和禁區電子圍欄等不同級別和類型的區域，目標一旦進入便觸發相應級別的報警。
Ø  終端多樣化：管理人員可通過手機端APP、平板電腦APP、后臺APP進行實時移動查詢。

2.6 系統優勢

2.6.1 高效實時性

基于IR-UWB技術的無線實時高精度定位平臺，依靠由多個強大的數據采集傳感器組成的集成網絡來即時發送信號，相當于室外的GPS，更精準，動態地告訴你“現在正在發生什么，具體位置”。

2.6.2 厘米級精準定位

優化的定位算法，保證在室內等多徑效應顯著的應用場合的高精度定位，能夠同步、精準、實時地提供給定區域內的人員和設備的瞬間位置和運動信息，便于管理者直觀、全局化地把握現場情況，從而做出決策。

2.6.3 強抗干擾能力

U-Loc系統采用超寬帶（UWB）技術，利用無載波的超短脈沖進行通信，納秒級的極窄脈沖具有較高的時間分辨率，能將直達信號和多徑信號分離，具有較強的抗多徑干擾能力。

2.6.4 高穩定性

極窄脈沖間的時隙容易識別，結合到達時間差定位法（TDOA）定位目標，與基于接收信號強度的傳統定位技術相比，對應用環境的電磁、物理干擾不敏感，能夠實現較高的定位精度。

2.6.5 便攜性

自組網的無線連接架構，使系統部署更簡單、穩定、可靠，便于臨時進行環境布設滿足區域定位。

2.6.6 高安全性

輻射極小，不到手機輻射的1%，對軍用其它通信設備不會產生信號影響；在數據傳輸方面為系統數據進行加密，保證數據在傳輸過程中的高安全性。

3 布設方案

3.1 士兵宿舍區域

區域需求明細：（略）
布設方案說明：
該區域系統要能自動識別士兵在位情況(即動態實時點名)，監督值班干部到位情況等，采用高精度定位系統的零維感知方式就可以實現，即在每個士兵宿舍內部門上方區域安裝一臺定位器并在宿舍天花板上安裝一臺定位基站，實時觸發性的監測宿舍內士兵的在位情況，對人數進行統計，實時點名，感知值班干部的到位情況等。

3-1 布設示意圖（略）

3.2 訓練場區域

區域需求明細：（略）
布設方案說明：
該區域系統要能自動識別士兵跑步到訓練場的到位情況以及跑步所用的時間，所以采用高精度定位系統的二維定位方式可以實現，即在該訓練場的四周安裝定位基站，可以實時的確定每一個士兵的位置信息，又有每個士兵在某位置的時間信息，所以上述需求完全滿足。

圖3-2 布設示意圖

3.3 庫房區域

區域需求明細：（略）
布設方案說明：
在庫房每道大門處安裝一臺定位器并在庫房內部布設6臺定位基站，不但可以自動檢測巡邏人員到位情況和進入庫房人員信息，而且可以實時的定位人員運動的軌跡信息。

圖3-3 布設示意圖

3.4 部隊營門區域

區域需求明細：（略）
布設方案說明：
對于部隊人員和訪客人員可以采用不同的標簽進行管理，也可以用同一標簽設置不同屬性進行管理，需要監督訪客人員在整個營區行走的路線，實用高精度定位的一維定位方式可以實現。

圖3-4 布設示意圖

本方案充分運用UWB(超寬帶)高精度定位技術進行自動化管理，對人、物、訓練等進行精確管控，從而使部隊綜合管理水平上一個新臺階。