?淺談UWB基本定位原理
[導(dǎo)讀]關(guān)注、星標(biāo)公眾號(hào)，直達(dá)精彩內(nèi)容來(lái)源：雨飛工作室昨晚雷老板發(fā)布了mix4，繼蘋(píng)果手機(jī)搭載UWB芯片后，又有一家中國(guó)手機(jī)廠商正式引入U(xiǎn)WB技術(shù)，可見(jiàn)這項(xiàng)技術(shù)的火熱，不知道大家有沒(méi)有興趣或者做這一塊，后續(xù)準(zhǔn)備多分享一些這個(gè)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(biāo)公眾號(hào)，直達(dá)精彩內(nèi)容來(lái)源：雨飛工作室
二、TOF測(cè)距方式TOF即 time of flight飛行時(shí)間，直譯為飛行時(shí)間測(cè)距法。這個(gè)方法最大的特點(diǎn)就是實(shí)現(xiàn)起來(lái)簡(jiǎn)單，最大的缺點(diǎn)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(cè)距方式理論上是說(shuō)得過(guò)去的，但是其中存在幾個(gè)影響測(cè)距精度的因素：
1.當(dāng)設(shè)備B在T2時(shí)刻收到POLL后需要等待一個(gè)固定的時(shí)間Tdelay然后在T3時(shí)刻發(fā)出RESPONSE數(shù)據(jù)包，那么，問(wèn)題出現(xiàn)了，我們?cè)诖颂幹v的Tdelay是一個(gè)絕對(duì)時(shí)間單位，比如3000us，但是A,B設(shè)備都有自己的時(shí)鐘源，并且要命的是時(shí)鐘源的存在自我偏差，俗稱(chēng)PPM，比如：我們想Tdelay=3000us但是由于時(shí)鐘源的偏差問(wèn)題，導(dǎo)致真實(shí)時(shí)間過(guò)去了3000.5us，可是在設(shè)備A端進(jìn)行計(jì)算的時(shí)候還是按照3000us的Tdelay進(jìn)行計(jì)算，那么，因?yàn)闀r(shí)鐘源的偏差引入的0.5us的時(shí)間就被錯(cuò)誤的當(dāng)成是數(shù)據(jù)飛行的時(shí)間了。這樣導(dǎo)致的結(jié)果就是，兩設(shè)備A,B的真實(shí)距離為1m，結(jié)果測(cè)試得到的距離為2.5m。2.再一個(gè)，Tdelay必須要事先雙方約定好。不能有絲毫的差異，這對(duì)于設(shè)備B來(lái)說(shuō)有些苛刻，因?yàn)橛袝r(shí)候設(shè)備B可能在Tdelay時(shí)間內(nèi)無(wú)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(shí)刻發(fā)送出去。出現(xiàn)這樣的情況將會(huì)導(dǎo)致測(cè)試失敗。
三、TW_TOF測(cè)距方式基于上述TOF的缺陷，引入了TW_TOF這種測(cè)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(shí)都需要準(zhǔn)確的精確度確定精準(zhǔn)的位置。DecaWave公司的DW1000芯片，對(duì)定位上的精確度更是再適合不過(guò)了。符合IEEE802.15.4-2011超寬帶標(biāo)準(zhǔn)。按照數(shù)據(jù)手冊(cè)上應(yīng)該最小誤差在10cm以?xún)?nèi)。DW1000的最遠(yuǎn)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(cè)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?jǐn)?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(jìn)制相位調(diào)制）FDMA：6通道CDMA：12種不同的信道編碼工業(yè)級(jí)溫度范圍：-40°C至 85°C讀數(shù)據(jù)手冊(cè)的摘錄及心得：DW1000需接外部38.4MHz的晶振，支持SPI通信。?引腳說(shuō)明：DW1000有8個(gè)通道需要配置，最大接收帶寬為900MHz，編程會(huì)用到。
比如：模式1?
支持的波特率為：DW1000有兩個(gè)頻率合成器，本地時(shí)鐘即外部和系統(tǒng)時(shí)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(xiě)相關(guān)值來(lái)控制。?SPI讀寫(xiě)操作和各個(gè)寄存器值的讀寫(xiě)操作，大概有四十多個(gè)寄存器。DW1000對(duì)于寄存器的操作十分嚴(yán)格，尤其是時(shí)間同步控制。兩種定位方法：到達(dá)時(shí)間差（TDOA）和雙向測(cè)距（TOF）定位。時(shí)間控制不合適會(huì)導(dǎo)致定位誤差。?濕度大也會(huì)衰減發(fā)射信號(hào)的強(qiáng)度，影響距離，比如陰雨天時(shí)，收音機(jī)的信號(hào)就明顯差很多。因?yàn)闊o(wú)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(huì)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(shí)鐘初始化、GPIO初始化、中斷優(yōu)先級(jí)配置、串口及SPI初始化等）；b.關(guān)中斷(若開(kāi)啟了外部中斷)；c.復(fù)位；d.讀取芯片32位ID號(hào)（如果讀取設(shè)備寄存器成功，返回設(shè)備號(hào)0xDECA0130，說(shuō)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(shí)間戳（timestamp）。版權(quán)歸原作者所有，如有侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系刪除。???????????????? ?END ?????????????????關(guān)注我的微信公眾號(hào)，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(píng)果手機(jī)搭載UWB芯片后，又有一家中國(guó)手機(jī)廠商正式引入U(xiǎn)WB技術(shù)，可見(jiàn)這項(xiàng)技術(shù)的火熱，不知道大家有沒(méi)有興趣或者做這一塊，后續(xù)準(zhǔn)備多分享一些這個(gè)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(shí)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(gè)方面：1.dw1000提供數(shù)據(jù)幀收發(fā)時(shí)紀(jì)錄時(shí)間戳，這是能夠進(jìn)行兩點(diǎn)間測(cè)距的基本條件，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，通過(guò)計(jì)算數(shù)據(jù)在空中飛行時(shí)間*光速=數(shù)據(jù)飛行距離，從而測(cè)出兩節(jié)點(diǎn)間的距離。2.有了數(shù)據(jù)幀收發(fā)時(shí)間戳，那么就必須提供足夠高的時(shí)鐘精度，因?yàn)?ns的時(shí)間電磁波就傳輸了30cm，dw1000提供了LDE的微代碼，通過(guò)PLL使得時(shí)鐘達(dá)到了64G的頻率，當(dāng)然，這個(gè)時(shí)鐘僅提供給LDE使用，使得dw1000具備了超高精度的時(shí)間戳，64G的時(shí)鐘可以使得dw1000時(shí)鐘分辨率為15.65ps。3.在以上基礎(chǔ)上，可以實(shí)現(xiàn)兩點(diǎn)間測(cè)距的功能，那么如果需要實(shí)現(xiàn)定位呢，則需要一個(gè)終端分別和多個(gè)基站通信，分別得到終端與各個(gè)基站的距離，且，基站之間的位置與距離在部署前期通過(guò)測(cè)繪手段可以得到這些數(shù)據(jù)。從而得到了終端在這個(gè)定位系統(tǒng)中的位置，一般使用球面相交法，通過(guò)輸入終端離基站的距離，計(jì)算出精確的位置信息。
二、TOF測(cè)距方式TOF即 time of flight飛行時(shí)間，直譯為飛行時(shí)間測(cè)距法。這個(gè)方法最大的特點(diǎn)就是實(shí)現(xiàn)起來(lái)簡(jiǎn)單，最大的缺點(diǎn)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(cè)距方式理論上是說(shuō)得過(guò)去的，但是其中存在幾個(gè)影響測(cè)距精度的因素：
1.當(dāng)設(shè)備B在T2時(shí)刻收到POLL后需要等待一個(gè)固定的時(shí)間Tdelay然后在T3時(shí)刻發(fā)出RESPONSE數(shù)據(jù)包，那么，問(wèn)題出現(xiàn)了，我們?cè)诖颂幹v的Tdelay是一個(gè)絕對(duì)時(shí)間單位，比如3000us，但是A,B設(shè)備都有自己的時(shí)鐘源，并且要命的是時(shí)鐘源的存在自我偏差，俗稱(chēng)PPM，比如：我們想Tdelay=3000us但是由于時(shí)鐘源的偏差問(wèn)題，導(dǎo)致真實(shí)時(shí)間過(guò)去了3000.5us，可是在設(shè)備A端進(jìn)行計(jì)算的時(shí)候還是按照3000us的Tdelay進(jìn)行計(jì)算，那么，因?yàn)闀r(shí)鐘源的偏差引入的0.5us的時(shí)間就被錯(cuò)誤的當(dāng)成是數(shù)據(jù)飛行的時(shí)間了。這樣導(dǎo)致的結(jié)果就是，兩設(shè)備A,B的真實(shí)距離為1m，結(jié)果測(cè)試得到的距離為2.5m。2.再一個(gè)，Tdelay必須要事先雙方約定好。不能有絲毫的差異，這對(duì)于設(shè)備B來(lái)說(shuō)有些苛刻，因?yàn)橛袝r(shí)候設(shè)備B可能在Tdelay時(shí)間內(nèi)無(wú)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(shí)刻發(fā)送出去。出現(xiàn)這樣的情況將會(huì)導(dǎo)致測(cè)試失敗。
三、TW_TOF測(cè)距方式基于上述TOF的缺陷，引入了TW_TOF這種測(cè)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(shí)都需要準(zhǔn)確的精確度確定精準(zhǔn)的位置。DecaWave公司的DW1000芯片，對(duì)定位上的精確度更是再適合不過(guò)了。符合IEEE802.15.4-2011超寬帶標(biāo)準(zhǔn)。按照數(shù)據(jù)手冊(cè)上應(yīng)該最小誤差在10cm以?xún)?nèi)。DW1000的最遠(yuǎn)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(cè)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?jǐn)?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(jìn)制相位調(diào)制）FDMA：6通道CDMA：12種不同的信道編碼工業(yè)級(jí)溫度范圍：-40°C至 85°C讀數(shù)據(jù)手冊(cè)的摘錄及心得：DW1000需接外部38.4MHz的晶振，支持SPI通信。?引腳說(shuō)明：DW1000有8個(gè)通道需要配置，最大接收帶寬為900MHz，編程會(huì)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(zhǎng)度 DW1000_PAC32, //指定PAC前導(dǎo)長(zhǎng)度 1, //非標(biāo)SFD (1025 64 - 32) //SFD超時(shí)}支持的波特率為：DW1000有兩個(gè)頻率合成器，本地時(shí)鐘即外部和系統(tǒng)時(shí)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(xiě)相關(guān)值來(lái)控制。?SPI讀寫(xiě)操作和各個(gè)寄存器值的讀寫(xiě)操作，大概有四十多個(gè)寄存器。DW1000對(duì)于寄存器的操作十分嚴(yán)格，尤其是時(shí)間同步控制。兩種定位方法：到達(dá)時(shí)間差（TDOA）和雙向測(cè)距（TOF）定位。時(shí)間控制不合適會(huì)導(dǎo)致定位誤差。?濕度大也會(huì)衰減發(fā)射信號(hào)的強(qiáng)度，影響距離，比如陰雨天時(shí)，收音機(jī)的信號(hào)就明顯差很多。因?yàn)闊o(wú)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(huì)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(shí)鐘初始化、GPIO初始化、中斷優(yōu)先級(jí)配置、串口及SPI初始化等）；b.關(guān)中斷(若開(kāi)啟了外部中斷)；c.復(fù)位；d.讀取芯片32位ID號(hào)（如果讀取設(shè)備寄存器成功，返回設(shè)備號(hào)0xDECA0130，說(shuō)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(shí)間戳（timestamp）。版權(quán)歸原作者所有，如有侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系刪除。???????????????? ?END ?????????????????關(guān)注我的微信公眾號(hào)，回復(fù)“加群”按規(guī)則加入技術(shù)交流群。
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