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无线通信技术迎来新升级:或可实时捕捉3D动作

新型超宽带系统使用的电子标签与一美分硬币的大小相近,并且可以同时向四个锚节点发送一个信号。

techxplore.com网站当地时间9月21日报道,由美国加州大学圣地亚哥分校(UCSD)DineshBharadia教授领导的无线通信传感与网络团队对超宽带(UWB)无线通信技术进行了升级,使其能完成实时、精确的3D动作捕捉

超宽带技术已经问世多年,但直到最近才开始成为关注的焦点,因为它在确定其他设备的位置和移动情况方面,比WiFi和蓝牙更精确。研究人员表示,升级后的超宽带技术不仅可用于搭建室内导航系统和智能仓库,由于具备对3D动作的捕捉能力,它还能为虚拟现实和体育分析等领域提供服务。然而,要达成这一系列目标,必须突破现有技术的若干局限:运行速度、运行功耗以及3D本地化的精度。

Bharadia教授团队开发的超宽带原型系统已经基本符合了新标准。它传输数据的延迟只有一毫秒;一枚小型硬币电池就能驱动系统连续运转两年以上;对于静止物体,系统可精确到3厘米以内,对于移动物体,精度可达到8厘米以内。

研究人员表示,新系统从根本上改变了超宽带系统定位对象的过程。超宽带系统通常包含两个主要组件:附着于物体的小型跟踪设备电子标签;锚节点设备(安装于场景中的不同位点,以检测标签发射的无线电信号)。现有系统的工作方式为:标签向所有锚节点发送信号,锚节点收到信号后将其返回。系统根据信号返回标签的时间,计算标签与每个锚节点的距离,最后对标签位置进行三角化。

Bharadia说,旧系统的问题在于涉及大量信号交换过程。为了简化过程,研究人员更新了标签的软件,使其只需向所有的锚节点发送一个信号。简化信号流程后,标签的功率也显著降低了。此外,研究人员还构建了新的锚节点,使其只需依靠一个信号工作。团队开发的特殊天线阵列和新算法使锚节点能够准确估计标签信号到达的3D角度与方向,进而精确定位标签。

在测试中,当一名研究人员手持标签在开放的办公空间内移动时,新系统在一毫秒的延迟内精确跟踪了标签的3D位置。研究人员指出,尽管系统处于“嘈杂”环境中(注:电脑屏幕、玻璃窗和金属物件都会干扰超宽带信号),其表现仍然相当出色。

科界原创

编译:雷鑫宇 审稿:西莫 责编:陈之涵

期刊来源:《交互、移动、可穿戴和泛在技术ACM论文集》

期刊编号:2474-9567

原文链接:https://techxplore.com/news/2021-09-wireless-tech-enable-real-time-3d.html

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