王守银

摘要：文章介绍了在武警反恐行动模拟训练系统研制过程中，为解决实兵在三维物理空间中的高精度定位问题，重点介绍了当前技术比较成熟，定位精度比较高的UWB超宽带定位技术，并提出利用该技术实现高精度定位需求的技术原理。

关键词：高精度定位；反恐对抗；训练模拟

中图分类号：TP311 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2019）10-0268-02

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

反恐怖行动是武警部队经常面临的任务，处置过程是一个极其复杂的军事行动，不能只依靠提高一项或某几项战术指标来解决问题，更不能片面地强调装备制胜而忽视了人的核心作用。武警反恐怖行动必须从增强作战人员的综合素质入手，全方位提高作战人员、武器装备、战术技能的临场实战能力，从整体上提升战斗力。为实现这一目的，建设功能完善的反恐行动模拟训练系统，加强分队反恐行动的实战能力训练十分必要。

1 技术应用背景

武警反恐行動模拟训练系统研制过程中必须综合运用当前成熟的高科技技术，如视频智能监控、图像识别、激光射击、无线宽带、超宽带、视频监控、三维地形快速采集等现代信息技术，实现武器仿真，训练现场即时、无线宽带、互联组网，室内遥感精确定位，现场三维空间信息处理，战斗评估，行动全程复盘重研以及训练管理等功能的模拟训练系统。其最大特点在于训练模拟的真实性、对抗过程的可视性、训练现场的可控性、评估裁决的科学性。采用UWB室内高精度定位技术不仅是整个训练模拟系统可以直观地在三维空间分析系统中记录战斗实体实时位置的必要手段，也是反恐行动实施指挥不可或缺的控制手段。但是反恐行动的特点决定了利用常规的定位模式难以准确发挥作用，主要是因为：一是战斗大多在建筑物内部进行，会对各类信号产生屏蔽效果，平常使用的卫星定位系统不能正常使用；二是由于反恐行动任务空间比较狭小，对特战人员定位的精确度要求达到分米级；三是由于恐怖分子高度警觉，传统隐蔽摄像的方法很难直接接触到恐怖分子和劫持的人质。所以需要一种能够达到实战要求的定位技术来解决这样的现实问题。

2 UWB定位技术介绍

从1960年开始，超宽带UWB脉冲无线电数据传输技术越来越成熟，许多公司在这个领域进行了有益的探索，从1998年起，为了将超宽带UWB技术推入社会，由美国联邦通信委员会广泛征求社会各领域对超宽带无线设备使用中，可能存在的对当前成熟的窄带无线通信系统的干扰及不兼容的问题意见建议后，开放了UWB超宽带定位技术在短距离无线定位领域的应用，之后这项技术因其所具有的广阔市场应用前景得到快速发展，特别是其具有的设备功耗小、成本低、穿透能力强、小范围内定位精度高的特点，在军用领域得到大量应用。

2.1 定位精度高

当前常用的定位技术一般可以采取GPS卫星定位、北半卫星定位，采用这两种定位方式必须在定位卫星可视的情况下才可以提供绝对地理位置坐标，在山洞、地下室、复杂建筑物内接收不到信号就实现不了定位，且定位的精度不高，一般为数米、数十米。而UWB技术采用超宽带无线电通信，具有很高的定位精度，很容易实现定位与通信功能合二为一，利用超宽带无线电强大的穿透力，通过到达时间差和到达时间角度混合定位技术，可将定位误差降到最小，达到厘米级的其定位精度和空间的相对位置，来实现对大场景建筑物和地下目标的精确定位。此外，由于UWB定位器造价低，价格便宜，有利于大面积应用普及。

2.2 范围覆盖广

UWB是当前比较先进的短距离实时定位技术，特别适合在会议展馆、体育场等大型建筑室内条件下的实时定位。随着技术的不断发展变化，目前一个UWB传感器定位单元最大覆盖面积可达到400平方米，传感器网络的信号发射与接收节点之间的最大通信距离可达60米。可以实现多个定位单元（Cell）联合工作，根据实际需求安装定位单元，达到扩大定位覆盖面积的目的。

2.3 系统实现易

由于目前常用进行无线传输时通信载波一般采用的是连续电波，由于通信载波频率及功率在一定范围内不断变化，就可以利用这种载波的变化状态进行信息的传输。而UWB发射器用脉冲小型激励天线，通过不断发送纳秒级的脉冲来传输数据信息，而且不需要使用放大器与混频器对频率进行改变，使得UWB使用的宽带发射器造价非常低廉。UWB接收端也不需要进行中频处理，因此系统结构更加简单。

2.4 穿透能力强

由于UWB发现的信号穿透能力非常强，可以轻易地穿透常见的砖墙或混凝土墙壁、树叶、木质及雨雾等自然界的遮蔽物，因此军事上UWB 雷达可用来探测地雷，可以帮助警察搜寻隔墙的逃犯，以及地震、泥石流等自然灾害发生时解救那些被围困在建筑物里面的人们，民用上在公路修建过程中使用UWB信号进行探测，探险救援时可以探测地下金属管道位置等等。

2.5 传输速度高

信号传输过程中易受周边环境的影响，民用商品要求UWB定位信号的范围为10米以内，通过修改信道容量公式，以频率带宽来换取高速的数据传输，使其速率达到500M/秒，是目前进行个人通信和组成无线局域网理想调制技术。在实际军事应用中，用户可以通过给UWB进行扩频增益来实现长距离、低截获率、安全可靠的高速数据传输。

2.6 发射功率小

UWB是脉冲电波的工作方式，不工作时不会发出脉冲电波，其发射功率非常小，这样信号发射器就可以长时间连续工作而无须更换电池。这比使用其他无线载波技术连续性发出载电波有很大的不同，可以大大节约能耗，在提倡绿色能源的今天显示尤其宝贵。按照FCC的规定，目前UWB通信只能用于短距离无线传输领域，在一定时期内与现有短距离无线技术共同生存，共同发展。

3 UWB技术在武警反恐行动模拟训练系统中的应用

3.1 功能描述

工作中它以多个超宽带脉冲发射基地台对移动终端进行无线脉冲扫描差分，通过反射波判断目标的具体位置。其定位技术分为两个层面：一是利用终端设备定位，主要用于训练中双方或实战中的我方。训练中，我方与假设敌均携带定位终端装置，实战中我方人员佩带此装置，可确保室内定位误差为厘米级；二是超宽带脉冲电波直接作用于隔墙目标遥感定位，用于实战中没有定位终端设备的劫持分子和人质（误差为分米级）。在此基础上，开发定位轨迹智能分析系统，可以很容易地识别墙内人员的身份，判别歹徒与人质，为我方情报决策提供科学准确地依据。这一系统可以直接用于实战。

室内高精度定位系统采用超宽带技术，通过四个接收天线接收到的四路宽带电磁波信号进行处理，完成对目标的区域三维精确定位。该系统可以对区域内的士兵进行三维坐标精确定位和显示。主要可用于使士兵能够充分掌握掩体后的战友分布状况。

3.2 主要技术指标

距离定位精度：小于20cm

定位区域：不小于20m×20m

定位目标人数：不小于50人

3.3 室内高精度定位系统系统组成

室内高精度定位系统由士兵终端和主机系统构成。

室内高精度定位系统的组成如图1：

研制武警反恐行动模拟训练系统，主要用以信息化技术建立的感知、控制、监控、记录、再现、模拟、评估等科学手段全息监视和记录全过程，进而对其过程进行深入透彻的分析，实现对战斗过程的逐点、逐帧的研究，为提高特战队员的技、战术水平，提高反恐现场指挥员的指挥能力，提高研究人员对反恐行动战法研究的水平都将起到十分重要的作用。

参考文献：

[1] 高俊，游雄，夏运均，等.虚拟现实技术在地形环境仿真中的应用[M].北京：解放军出版社，1999.

[2] 高峻.数字化战场的基础建设[M].北京：解放军出版社，2004.

[3] 戚世权等.制信息权[M].北京：军事科学出版社，2001.

【通联编辑：唐一东】