美國(guó)加州大學(xué)圣地亞哥分校的團(tuán)隊(duì)對(duì)超寬帶（UWB）無線通信技術(shù)進(jìn)行了升級(jí)，使其能完成實(shí)時(shí)、精確的3D動(dòng)作捕捉。

新型超寬帶系統(tǒng)使用的電子標(biāo)簽與一美分硬幣的大小相近，并且可以同時(shí)向四個(gè)錨節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)信號(hào)。

techxplore網(wǎng)站當(dāng)?shù)貢r(shí)間9月21日?qǐng)?bào)道，由美國(guó)加州大學(xué)圣地亞哥分校（UCSD）Dinesh Bharadia教授領(lǐng)導(dǎo)的無線通信傳感與網(wǎng)絡(luò)團(tuán)隊(duì)對(duì)超寬帶（UWB）無線通信技術(shù)進(jìn)行了升級(jí)，使其能完成實(shí)時(shí)、精確的3D動(dòng)作捕捉。

超寬帶技術(shù)已經(jīng)問世多年，但直到蕞近才開始成為關(guān)注的焦點(diǎn)，因?yàn)樗诖_定其他設(shè)備的位置和移動(dòng)情況方面，比WiFi和藍(lán)牙更精確。研究人員表示，升級(jí)后的超寬帶技術(shù)不僅可用于搭建室內(nèi)導(dǎo)航系統(tǒng)和智能倉(cāng)庫(kù)，由于具備對(duì)3D動(dòng)作的捕捉能力，它還能為虛擬現(xiàn)實(shí)和體育分析等領(lǐng)域提供服務(wù)。然而，要達(dá)成這一系列目標(biāo)，必須突破現(xiàn)有技術(shù)的若干局限：運(yùn)行速度、運(yùn)行功耗以及3D本地化的精度。

Bharadia教授團(tuán)隊(duì)開發(fā)的超寬帶原型系統(tǒng)已經(jīng)基本符合了新標(biāo)準(zhǔn)。它傳輸數(shù)據(jù)的延遲只有一毫秒；一枚小型硬幣電池就能驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)兩年以上；對(duì)于靜止物體，系統(tǒng)可精確到3厘米以內(nèi)，對(duì)于移動(dòng)物體，精度可達(dá)到8厘米以內(nèi)。

研究人員表示，新系統(tǒng)從根本上改變了超寬帶系統(tǒng)定位對(duì)象的過程。超寬帶系統(tǒng)通常包含兩個(gè)主要組件：附著于物體的小型跟蹤設(shè)備電子標(biāo)簽；錨節(jié)點(diǎn)設(shè)備（安裝于場(chǎng)景中的不同位點(diǎn)，以檢測(cè)標(biāo)簽發(fā)射的無線電信號(hào)）?，F(xiàn)有系統(tǒng)的工作方式為：標(biāo)簽向所有錨節(jié)點(diǎn)發(fā)送信號(hào)，錨節(jié)點(diǎn)收到信號(hào)后將其返回。系統(tǒng)根據(jù)信號(hào)返回標(biāo)簽的時(shí)間，計(jì)算標(biāo)簽與每個(gè)錨節(jié)點(diǎn)的距離，蕞后對(duì)標(biāo)簽位置進(jìn)行三角化。

Bharadia說，舊系統(tǒng)的問題在于涉及大量信號(hào)交換過程。為了簡(jiǎn)化過程，研究人員更新了標(biāo)簽的軟件，使其只需向所有的錨節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)信號(hào)。簡(jiǎn)化信號(hào)流程后，標(biāo)簽的功率也顯著降低了。此外，研究人員還構(gòu)建了新的錨節(jié)點(diǎn)，使其只需依靠一個(gè)信號(hào)工作。團(tuán)隊(duì)開發(fā)的特殊天線陣列和新算法使錨節(jié)點(diǎn)能夠準(zhǔn)確估計(jì)標(biāo)簽信號(hào)到達(dá)的3D角度與方向，進(jìn)而精確定位標(biāo)簽。

在測(cè)試中，當(dāng)一名研究人員手持標(biāo)簽在開放的辦公空間內(nèi)移動(dòng)時(shí)，新系統(tǒng)在一毫秒的延遲內(nèi)精確跟蹤了標(biāo)簽的3D位置。研究人員指出，盡管系統(tǒng)處于“嘈雜”環(huán)境中（注：電腦屏幕、玻璃窗和金屬物件都會(huì)干擾超寬帶信號(hào)），其表現(xiàn)仍然相當(dāng)出色。

編譯：雷鑫宇 審稿：西莫 責(zé)編：陳之涵

期刊《交互、移動(dòng)、可穿戴和泛在技術(shù)ACM論文集》

期刊編號(hào)：2474-9567

原文鏈接：techxplore/news/2021-09-wireless-tech-enable-real-time-3d.html

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