?淺談UWB基本定位原理
[導(dǎo)讀]關(guān)注、星標公眾號，直達精彩內(nèi)容來源：雨飛工作室昨晚雷老板發(fā)布了mix4，繼蘋果手機搭載UWB芯片后，又有一家中國手機廠商正式引入UWB技術(shù)，可見這項技術(shù)的火熱，不知道大家有沒有興趣或者做這一塊，后續(xù)準備多分享一些這個技術(shù)，多多留言交流吧。一、UWB定位技術(shù)UWB定位技術(shù)主要以dw...
關(guān)注、星標公眾號，直達精彩內(nèi)容來源：雨飛工作室
二、TOF測距方式TOF即 time of flight飛行時間，直譯為飛行時間測距法。這個方法最大的特點就是實現(xiàn)起來簡單，最大的缺點就是精度低，既然是高精度定位，那么使用這種方法就不太合適了。? ? ? ?以上測距方式理論上是說得過去的，但是其中存在幾個影響測距精度的因素：
1.當設(shè)備B在T2時刻收到POLL后需要等待一個固定的時間Tdelay然后在T3時刻發(fā)出RESPONSE數(shù)據(jù)包，那么，問題出現(xiàn)了，我們在此處講的Tdelay是一個絕對時間單位，比如3000us，但是A,B設(shè)備都有自己的時鐘源，并且要命的是時鐘源的存在自我偏差，俗稱PPM，比如：我們想Tdelay=3000us但是由于時鐘源的偏差問題，導(dǎo)致真實時間過去了3000.5us，可是在設(shè)備A端進行計算的時候還是按照3000us的Tdelay進行計算，那么，因為時鐘源的偏差引入的0.5us的時間就被錯誤的當成是數(shù)據(jù)飛行的時間了。這樣導(dǎo)致的結(jié)果就是，兩設(shè)備A,B的真實距離為1m，結(jié)果測試得到的距離為2.5m。2.再一個，Tdelay必須要事先雙方約定好。不能有絲毫的差異，這對于設(shè)備B來說有些苛刻，因為有時候設(shè)備B可能在Tdelay時間內(nèi)無法將數(shù)據(jù)從芯片取出分析然后將要返回的RESPONSE數(shù)據(jù)包送入芯片內(nèi)，并讓芯片在T3時刻發(fā)送出去。出現(xiàn)這樣的情況將會導(dǎo)致測試失敗。
三、TW_TOF測距方式基于上述TOF的缺陷，引入了TW_TOF這種測距方式，用于消除TOF的不良影響。
四、DecaWave公司的DW1000芯片資料?關(guān)于人在隧道工作時都需要準確的精確度確定精準的位置。DecaWave公司的DW1000芯片，對定位上的精確度更是再適合不過了。符合IEEE802.15.4-2011超寬帶標準。按照數(shù)據(jù)手冊上應(yīng)該最小誤差在10cm以內(nèi)。DW1000的最遠傳輸距離為450米（直視距離，非直視距離為45米）。芯片功耗低，可雙向測距和定位，可作為室內(nèi)定位。?單電源電壓:2.8 V至3.6 V數(shù)據(jù)傳輸速率：110kbit/s，850kbit/s和6.8Mbit/s；6頻段：從3.5GHz至6.5GHz發(fā)射功率：-14dBm/-10dBm發(fā)射功率密度:<-41.3dBm/MHz??支持數(shù)據(jù)包大小:1023字節(jié)調(diào)制方式：BPM（二相調(diào)制）與BPSK（二進制相位調(diào)制）FDMA：6通道CDMA：12種不同的信道編碼工業(yè)級溫度范圍：-40°C至 85°C讀數(shù)據(jù)手冊的摘錄及心得：DW1000需接外部38.4MHz的晶振，支持SPI通信。?引腳說明：DW1000有8個通道需要配置，最大接收帶寬為900MHz，編程會用到。
比如：模式1?
支持的波特率為：DW1000有兩個頻率合成器，本地時鐘即外部和系統(tǒng)時鐘。帶寬設(shè)置有兩種模式：500MHz和900MHz。由相關(guān)寄存器設(shè)置特定的帶寬模式。帶寬設(shè)置的增加范圍大了，相應(yīng)功耗也就增加。因此該TX脈沖寬度允許傳輸?shù)膸拺?yīng)該合理控制。DW1000寄存器是不可編程的，需要寫相關(guān)值來控制。?SPI讀寫操作和各個寄存器值的讀寫操作，大概有四十多個寄存器。DW1000對于寄存器的操作十分嚴格，尤其是時間同步控制。兩種定位方法：到達時間差（TDOA）和雙向測距（TOF）定位。時間控制不合適會導(dǎo)致定位誤差。?濕度大也會衰減發(fā)射信號的強度，影響距離，比如陰雨天時，收音機的信號就明顯差很多。因為無線電波的傳播介質(zhì)發(fā)生了變化，介質(zhì)的性質(zhì)（介電常數(shù)）發(fā)生變化，電磁波波速就會產(chǎn)生變化。?3.軟件流程使能DW1000軟件操作流程：a.設(shè)備初始化（時鐘初始化、GPIO初始化、中斷優(yōu)先級配置、串口及SPI初始化等）；b.關(guān)中斷(若開啟了外部中斷)；c.復(fù)位；d.讀取芯片32位ID號（如果讀取設(shè)備寄存器成功，返回設(shè)備號0xDECA0130，說明硬件初始化正常）；e.指定角色（Tag/Anchor）f.配置信道參數(shù)（通道數(shù)、頻率、數(shù)據(jù)速率、引導(dǎo)碼、PAC、SFD等）g.使能芯片寄存器操作；h.使能中斷；i. Tag/Anchor發(fā)送（Poll message）接收（Response message）消息幀，記錄時間戳（timestamp）。版權(quán)歸原作者所有，如有侵權(quán)，請聯(lián)系刪除。???????????????? ?END ?????????????????關(guān)注我的微信公眾號，回復(fù)“加群”按規(guī)則加入技術(shù)交流群。
昨晚雷老板發(fā)布了mix4，繼蘋果手機搭載UWB芯片后，又有一家中國手機廠商正式引入UWB技術(shù)，可見這項技術(shù)的火熱，不知道大家有沒有興趣或者做這一塊，后續(xù)準備多分享一些這個技術(shù)，多多留言交流吧。一、UWB定位技術(shù)UWB定位技術(shù)主要以dw1000芯片為基礎(chǔ)實現(xiàn)室內(nèi)外高精度定位工作，之所以能夠?qū)崿F(xiàn)定位的關(guān)鍵性因素有如下一個方面：1.dw1000提供數(shù)據(jù)幀收發(fā)時紀錄時間戳，這是能夠進行兩點間測距的基本條件，簡單來說，通過計算數(shù)據(jù)在空中飛行時間*光速=數(shù)據(jù)飛行距離，從而測出兩節(jié)點間的距離。2.有了數(shù)據(jù)幀收發(fā)時間戳，那么就必須提供足夠高的時鐘精度，因為1ns的時間電磁波就傳輸了30cm，dw1000提供了LDE的微代碼，通過PLL使得時鐘達到了64G的頻率，當然，這個時鐘僅提供給LDE使用，使得dw1000具備了超高精度的時間戳，64G的時鐘可以使得dw1000時鐘分辨率為15.65ps。3.在以上基礎(chǔ)上，可以實現(xiàn)兩點間測距的功能，那么如果需要實現(xiàn)定位呢，則需要一個終端分別和多個基站通信，分別得到終端與各個基站的距離，且，基站之間的位置與距離在部署前期通過測繪手段可以得到這些數(shù)據(jù)。從而得到了終端在這個定位系統(tǒng)中的位置，一般使用球面相交法，通過輸入終端離基站的距離，計算出精確的位置信息。
二、TOF測距方式TOF即 time of flight飛行時間，直譯為飛行時間測距法。這個方法最大的特點就是實現(xiàn)起來簡單，最大的缺點就是精度低，既然是高精度定位，那么使用這種方法就不太合適了。? ? ? ?以上測距方式理論上是說得過去的，但是其中存在幾個影響測距精度的因素：
1.當設(shè)備B在T2時刻收到POLL后需要等待一個固定的時間Tdelay然后在T3時刻發(fā)出RESPONSE數(shù)據(jù)包，那么，問題出現(xiàn)了，我們在此處講的Tdelay是一個絕對時間單位，比如3000us，但是A,B設(shè)備都有自己的時鐘源，并且要命的是時鐘源的存在自我偏差，俗稱PPM，比如：我們想Tdelay=3000us但是由于時鐘源的偏差問題，導(dǎo)致真實時間過去了3000.5us，可是在設(shè)備A端進行計算的時候還是按照3000us的Tdelay進行計算，那么，因為時鐘源的偏差引入的0.5us的時間就被錯誤的當成是數(shù)據(jù)飛行的時間了。這樣導(dǎo)致的結(jié)果就是，兩設(shè)備A,B的真實距離為1m，結(jié)果測試得到的距離為2.5m。2.再一個，Tdelay必須要事先雙方約定好。不能有絲毫的差異，這對于設(shè)備B來說有些苛刻，因為有時候設(shè)備B可能在Tdelay時間內(nèi)無法將數(shù)據(jù)從芯片取出分析然后將要返回的RESPONSE數(shù)據(jù)包送入芯片內(nèi)，并讓芯片在T3時刻發(fā)送出去。出現(xiàn)這樣的情況將會導(dǎo)致測試失敗。
三、TW_TOF測距方式基于上述TOF的缺陷，引入了TW_TOF這種測距方式，用于消除TOF的不良影響。
四、DecaWave公司的DW1000芯片資料?關(guān)于人在隧道工作時都需要準確的精確度確定精準的位置。DecaWave公司的DW1000芯片，對定位上的精確度更是再適合不過了。符合IEEE802.15.4-2011超寬帶標準。按照數(shù)據(jù)手冊上應(yīng)該最小誤差在10cm以內(nèi)。DW1000的最遠傳輸距離為450米（直視距離，非直視距離為45米）。芯片功耗低，可雙向測距和定位，可作為室內(nèi)定位。?單電源電壓:2.8 V至3.6 V數(shù)據(jù)傳輸速率：110kbit/s，850kbit/s和6.8Mbit/s；6頻段：從3.5GHz至6.5GHz發(fā)射功率：-14dBm/-10dBm發(fā)射功率密度:<-41.3dBm/MHz??支持數(shù)據(jù)包大小:1023字節(jié)調(diào)制方式：BPM（二相調(diào)制）與BPSK（二進制相位調(diào)制）FDMA：6通道CDMA：12種不同的信道編碼工業(yè)級溫度范圍：-40°C至 85°C讀數(shù)據(jù)手冊的摘錄及心得：DW1000需接外部38.4MHz的晶振，支持SPI通信。?引腳說明：DW1000有8個通道需要配置，最大接收帶寬為900MHz，編程會用到。
比如：模式1?
Channel_Config[8]={ 2, //選擇通道 DW1000_PRF_16M, //脈沖頻率 DW1000_BR_110K, //波特率 3, //前導(dǎo)碼 DW1000_PLEN_1024, //前導(dǎo)碼數(shù)據(jù)長度 DW1000_PAC32, //指定PAC前導(dǎo)長度 1, //非標SFD (1025 64 - 32) //SFD超時}支持的波特率為：DW1000有兩個頻率合成器，本地時鐘即外部和系統(tǒng)時鐘。帶寬設(shè)置有兩種模式：500MHz和900MHz。由相關(guān)寄存器設(shè)置特定的帶寬模式。帶寬設(shè)置的增加范圍大了，相應(yīng)功耗也就增加。因此該TX脈沖寬度允許傳輸?shù)膸拺?yīng)該合理控制。DW1000寄存器是不可編程的，需要寫相關(guān)值來控制。?SPI讀寫操作和各個寄存器值的讀寫操作，大概有四十多個寄存器。DW1000對于寄存器的操作十分嚴格，尤其是時間同步控制。兩種定位方法：到達時間差（TDOA）和雙向測距（TOF）定位。時間控制不合適會導(dǎo)致定位誤差。?濕度大也會衰減發(fā)射信號的強度，影響距離，比如陰雨天時，收音機的信號就明顯差很多。因為無線電波的傳播介質(zhì)發(fā)生了變化，介質(zhì)的性質(zhì)（介電常數(shù)）發(fā)生變化，電磁波波速就會產(chǎn)生變化。?3.軟件流程使能DW1000軟件操作流程：a.設(shè)備初始化（時鐘初始化、GPIO初始化、中斷優(yōu)先級配置、串口及SPI初始化等）；b.關(guān)中斷(若開啟了外部中斷)；c.復(fù)位；d.讀取芯片32位ID號（如果讀取設(shè)備寄存器成功，返回設(shè)備號0xDECA0130，說明硬件初始化正常）；e.指定角色（Tag/Anchor）f.配置信道參數(shù)（通道數(shù)、頻率、數(shù)據(jù)速率、引導(dǎo)碼、PAC、SFD等）g.使能芯片寄存器操作；h.使能中斷；i. Tag/Anchor發(fā)送（Poll message）接收（Response message）消息幀，記錄時間戳（timestamp）。版權(quán)歸原作者所有，如有侵權(quán)，請聯(lián)系刪除。???????????????? ?END ?????????????????關(guān)注我的微信公眾號，回復(fù)“加群”按規(guī)則加入技術(shù)交流群。
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