解析uwb無線定位系統的原理及主要技術特點

UWB的定義

超寬帶（Ultra Wide-Band，UWB）是一種新型的無線通信技術，根據美國聯邦通信委員會的規范，UWB的工作頻帶為3.1~10.6GHz，系統-10dB帶寬與系統中心頻率之比大于20%或系統帶寬至少為500MHz。UWB信號的發生可通過發射時間極短（如2ns）的窄脈沖（如二次高斯脈沖）通過微分或混頻等上變頻方式調制到UWB工作頻段實現。

UWB定位

UWB是如何進行定位的，那么就需要使用一個東西叫做TOF（Time Of Flight）翻譯過來也就是光飛行的時間。

UWB測距原理

首先定義一下再定位中需要哪些東西，大家都知道GPS需要三個衛星才能對移動設備完成定位，UWB定位中也是一樣，我們需要固定三個UWB板卡，我們稱這三個固定的UWB板卡為Anchor，然后稱需要被定位的 處于移動狀態的UWB板卡為Tag。

Anchor 到 Tag 之間的就可以通過光的飛行時間來進行測量了，舉個最簡單的例子， 一個Anchor 到一個Tag 的距離，可以直接使用Tag發送一個帶有時間戳的數據包，Anchor接收到數據包之后，如果Anchor和Tag已經經過時間同步的話，Anchor根據本地時間和Tag發送時間包的時間戳的時間做差值，就能知道光飛行了多長時間，這樣就能計算距離了，當然，這樣會有很大的干擾，導致測不準，所以Decawave的工程師使用了另外一種方法：

Decawave測量TOF通過二次握手進行TOF時間的測量，測量原理如下圖：

TOF二次握手原理

TOF測距方法屬于雙向測距技術，它主要利用信號在兩個異步收發機（Transceiver）之間飛行時間來測量節點間的距離。因為在視距視線環境下，基于TOF測距方法是隨距離呈線性關系，所以結果會更加精準。我們將發送端發出的數據包和接收回應的時間間記為TTOT，接收端收到數據包和發出回應的時間間隔記為TTAT，那么數據包在空中單向飛行的時間TTOF可以計算為：TTOF=（TTOT-TTAT）/2。

然后根據TTOF與電磁波傳播速度的成績便可計算出兩點間的距離D=CxTTOF

TOF測距方法和兩個關鍵側約束：

1、發送設備和接收設備必須始終同步

2、接收設備提供信號的傳輸時間的長短

為了實現始終同步，TOF測距方法采用了始終偏移量啦解決始終同步問題，單由于TOF測距方法的時間以來與本地的遠程幾點，側距精度容易受兩端節點中的始終偏移量的影響。為了減少此類錯誤的影響，這里采用反向測量方法，即遠程節點發送數據包，本地節點接收數據包，并自動響應。通過平均正向和反向多次測量的平均值，減少對任何始終偏移量的影響，從而減少測距誤差。

定位原理

知道了UWB的測距原理，再來了解UWB的室內定位原理就很容易了。UWB的室內定位功能和衛星原理很相似，就是通過室內布置4個已知坐標的定位基站，需要定位的人員胡總惡化時設備攜帶定位標簽，標簽按照一定的頻率發傻脈沖，不斷和4個已知位置的基站進行測距，通過一定的精確算法定出標簽的位置！

UWB定位的主要技術特點有

低功耗、對信道衰落（如多徑、非視距等信道）不敏感、抗干擾能力強、不會對同一環境下的其他設備產生干擾、穿透性較強（能在穿透一堵磚墻的環境進行定位），具有很高的定位準確度和定位精度。SKYLAB UWB室內定位方案采用先進的軟件和硬件來定位、跟蹤和管理高價值、設備和人員，最大限度提供使用率。