在大多數關于UWB技術的文獻中，研究重點多聚焦于測量到小型目標的距離。然而，當UWB技術應用于車輛等大型物體時，僅知曉車輛上某一單點的距離信息是遠遠不夠的。對于移動中的車輛而言，測量必須具備相對性和連續性。借助多個UWB傳感器，每輛車可實時計算出相鄰車輛四個角點的相對位置。在本文的后續內容中，“位置”一詞均指相對位置。

UWB+V2X的大型目標應用

在執行協同操作時，ANS可借助V2V鏈路識別合適的車輛并組建車隊。車隊組建完成后，ANS再次利用V2V鏈路，識別并初始化相應的UWB傳感器，啟動持續測量。圖1展示了位于兩輛車角點附近的UWB傳感器如何形成交叉布局。若每輛車的前、后及兩側各安裝兩個傳感器，那么兩輛車的位置和朝向均可得以確定。每個UWB鏈路均提供了一種獨特且安全的精確測距方法，同時支持數據通信。數據通信通過實現額外細節信息的交換，可進一步提升安全性。

圖2，利用UWB技術保持間距和朝向的車輛編隊

圖3，車輛借助V2V與UWB技術加入車隊編組（a），隨后完成并線操作（b）。

高速行駛中的安全性

在涉及多輛車的高速機動操作中，CAV必須確保無故障運行，這一點至關重要。隊列行駛便是常見場景之一（見圖2）；多輛車以緊密隊形行進，利用前車尾流降低風阻，從而節省燃油。隊列行駛不僅有助于卡車運輸行業提升安全性，還能降低燃油成本、減少尾氣排放、緩解交通擁堵，讓貨物更快送達。此外，對于電池容量有限的電動汽車而言，編隊行駛還能助力其最大化續航里程。

UWB鏈路可使編隊行駛的車輛精準測量彼此間距，并保持恰當的間隔與朝向。在隊列中，每輛車都緊隨前車行駛；此時，反應時間至關重要。假設隊列以60米/秒（約135英里/小時）的速度行駛，且車輛間距為6米（20英尺）；若頭車突然剎車，隊列中的車輛必須在不到100毫秒的時間內做出反應，才能避免碰撞。借助UWB技術，這一要求可輕松實現。

在多對多UWB架構中，配備四個傳感器的一個測距周期應遠低于10毫秒，具體時長取決于具體實現方案。一個測距周期指四個傳感器完成圖2所示四段距離測量的總耗時。對于以60米/秒速度行駛的車輛而言，10毫秒的測距周期意味著車輛在兩次信息交互間僅行駛60厘米；才能讓系統有充足的時間安全響應頭車的速度變化。多個UWB鏈路還能助力編隊車輛保持正確朝向。如此一來，每輛車的ANS便能跟隨頭車轉彎，始終保持在與頭車相同的行駛軌跡上。

車輛并線

并線是CAV可受益于UWB傳感器的另一場景。車輛需要并線的情況包括從匝道駛入高速公路，或加入已有車輛編隊等。圖3展示了一輛車需并入另外兩輛聯網車輛中間的場景。ANS首先通過V2V通信建立連接，組建車輛群組并傳達并線需求。隨后，系統會確定該操作所需的UWB傳感器，對這些傳感器進行初始化，并啟動持續的UWB感知功能（見圖3a）。

接下來，另外兩輛車會形成間隙，以便并線車輛加入。并線車輛隨后駛入兩車之間的車道（見圖3b）。ANS會確定參與并線所需的UWB傳感器。加入隊列后，UWB傳感器將持續運行，以調節車輛間距與朝向。

UWB與V2P

另一個極具潛力的關鍵安全應用，是借助UWB技術與V2P通信的協同，利用VRU的智能手機或其它配備UWB功能的設備來實現。其工作機制和V2V通信類似：ANS與V2P通信相結合，能夠判斷周邊是否存在VRU，并隨即啟動UWB測距流程。UWB技術可精準追蹤VRU的確切位置，并評估發生碰撞的可能性。例如，在圖4所示的三向停車路口，停靠的車輛可借助UWB傳感器測定與VRU的距離，從而避免碰撞事故。

強化身份驗證，提升安全防護

UWB還可用于降低聯網汽車面臨的威脅風險。車聯網聯盟（CCC）已將UWB納入其數字鑰匙3.0規范，使駕駛員能夠安全地使用手機解鎖并啟動車輛。UWB通過測量車主與車輛之間的距離來增強安全性。其確保車主位于車輛附近，可有效防范“中間人”式車輛攻擊——即竊賊攔截并轉發來自車主手機的遠程信號，以獲取車輛訪問權限。

在V2V通信場景中，車輛能否信任從其它車輛接收到的信息，直接關系到行車安全。因此，識別故意或無意傳輸錯誤信息的異常行為主體，是安全保障的核心議題。UWB技術通過確保車輛知曉彼此位置、驗證身份真實性，并檢測異常違規行為，來在車輛間構建必要的信任機制。這在通信包含關乎生命安全的關鍵信息時尤為重要。表1中的分析總結了5GAA提出的最為關鍵的協同駕駛應用場景；在這些場景中，不準確的信息可能導致致命后果。

UWB傳感器可用于驗證通過V2V通信進行交互的車輛是否確實位于其標示的位置。若其位置與基本安全信息（BSM）或協同感知信息（CAM）中傳輸的全球定位系統（GPS）坐標不匹配，則車輛間的任何交互都將被視為不可信，并可采取相應的防范措施。識別系統中的違規行為主體并撤銷其認證，將有助于確保V2V通信系統的可信度。

在圖5所示的一個可能引發致命后果的欺騙攻擊案例中，一輛實施欺騙攻擊的車輛（SV）行駛在一輛超車車輛（PV）后方，它通過傳輸錯誤的GPS坐標，偽裝成位于PV前方，而非實際的后方位置。若PV請求“超車透視”信息，SV便可傳輸一幅道路暢通的圖像。基于這些虛假信息，超車車輛會開始超車，進而可能與對向駛來的車輛迎面相撞。不過，若PV能夠利用UWB技術驗證SV是否確為前方車輛，便可避免此類事故。

圖4，三向停車路口的三名VRU

圖5，利用UWB檢測“超車透視”場景中的欺騙攻擊

實施欺騙攻擊的車輛

UWB還可用于在其它應用場景中精準識別車輛。例如，當車輛緊跟在兩輛緊密尾隨的車輛后方時，可能難以判斷正在與哪一輛車進行通信。此時，利用UWB測距功能，便可確認與正確車輛的通信。又如，當兩輛車并排行駛在相鄰車道時，若其中一輛車利用實時動態測量技術調整其GPS坐標，而另一輛車未作調整，那么這兩輛車可能會報告相同的位置信息。

表1，可能導致致命后果的典型欺騙攻擊場景

增強CAV傳感器套件

UWB為現有CAV傳感器套件帶來了卓越的增強功能。其高幀率特性使得反應速度遠超其它任何系統。除了感知能力外，UWB還具備通信功能，從而實現安全測距與精準車輛識別。作為一種RF技術，UWB在惡劣天氣條件下的性能遠優于光學系統。其體積小巧、結構簡單、成本低廉，使得在車輛周圍布設多個傳感器成為可行的方案。

UWB傳感器系統的簡潔性有助于車輛更快速地處理信息并作出響應。實現UWB安全測距所需的計算資源相對較少。相比之下，若不使用UWB，要獲取兩輛車之間的相對距離和朝向信息，則需同時配備雷達及攝像頭。攝像頭捕捉場景畫面、分析圖像、提取關鍵特征，并確定朝向；雷達負責測量車輛間的距離，其精度取決于雷達的分辨率和短距離性能表現。隨后，需通過傳感器融合技術合并攝像頭與雷達的數據，這一過程可能需要原始源數據以及龐大的三維圖像處理算法庫，來實現數據的合并與信息提取。此類系統的最大幀率可能比UWB幀率慢3倍以上。基于UWB的系統邏輯簡單，還降低了因代碼問題引發事故的可能性。

圖6對CAV傳感器進行了對比；將UWB引入CAV傳感器套件后，可構建一個更可靠、響應更快、安全性更高，且精度出色的系統，性價比也極高。

圖6，CAV傳感器對比

總結

本文所探討的諸多技術大多已具備現實基礎。802.15.4z規范支持多對多的UWB架構，為構建安全的多點測距區域網絡（RAN）奠定了基礎。V2V通信定義了車輛組隊的能力——這正是篩選參與UWB多對多RAN車輛的前提。一旦組隊完成，就需要相關規范來明確利用V2V鏈路構建的系統如何識別、選擇、初始化并運行安全UWB RAN。為推動廣泛采用，需制定標準，使不同制造商生產的車輛上的UWB設備能夠互聯互通。Qorvo公司正牽頭推動其正在申請專利的UWB + V2X概念，使其成為車聯網推廣的關鍵組成部分。

UWB技術相較于雷達或攝像頭，系統更為簡單，所需代碼行數和處理資源遠少于二者。其實施成本低廉，精度可達厘米級，且延遲低，具備高性價比，使制造商能夠構建更穩健的CAV傳感器套件。

車聯網將開啟車輛安全的新紀元，其關鍵在于在車輛間創建可信的通信環境。UWB通過精確驗證彼此位置與身份，為車輛間建立信任紐帶，這在傳輸關乎生命安全的信息時尤為重要。高速協同機動是CAV最為關鍵的操作之一。UWB能夠提供所需的速度和精度，使ANS的反應速度遠超人類，甚至快于現有的雷達及攝像頭系統，從而避免危及生命的險情。即便在低速行駛時，車輛機動也可能引發致命事故，尤其當涉及VRU時。利用UWB測量與VRU的距離，導航系統有助于避免事故發生，防患于未然。