UWB的定義

超寬帶(Ultra Wide-Band，UWB)是一種新型的無(wú)線通信技術(shù)，根據(jù)美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)的規(guī)范，UWB的工作頻帶為3.1~10.6GHz，系統(tǒng)-10dB帶寬與系統(tǒng)中心頻率之比大于20%或系統(tǒng)帶寬至少為500MHz。UWB信號(hào)的發(fā)生可通過(guò)發(fā)射時(shí)間極短(如2ns)的窄脈沖(如二次高斯脈沖)通過(guò)微分或混頻等上變頻方式調(diào)制到UWB工作頻段實(shí)現(xiàn)。

UWB定位

UWB是如何進(jìn)行定位的，那么就需要使用一個(gè)東西叫做TOF(Time Of Flight)翻譯過(guò)來(lái)也就是光飛行的時(shí)間。

UWB測(cè)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(gè)衛(wèi)星才能對(duì)移動(dòng)設(shè)備完成定位，UWB定位中也是一樣，我們需要固定三個(gè)UWB板卡，我們稱這三個(gè)固定的UWB板卡為Anchor，然后稱需要被定位的 處于移動(dòng)狀態(tài)的UWB板卡為Tag。

Anchor 到 Tag 之間的就可以通過(guò)光的飛行時(shí)間來(lái)進(jìn)行測(cè)量了，舉個(gè)最簡(jiǎn)單的例子， 一個(gè)Anchor 到一個(gè)Tag 的距離，可以直接使用Tag發(fā)送一個(gè)帶有時(shí)間戳的數(shù)據(jù)包，Anchor接收到數(shù)據(jù)包之后，如果Anchor和Tag已經(jīng)經(jīng)過(guò)時(shí)間同步的話，Anchor根據(jù)本地時(shí)間和Tag發(fā)送時(shí)間包的時(shí)間戳的時(shí)間做差值，就能知道光飛行了多長(zhǎng)時(shí)間，這樣就能計(jì)算距離了，當(dāng)然，這樣會(huì)有很大的干擾，導(dǎo)致測(cè)不準(zhǔn)，所以Decawave的工程師使用了另外一種方法：

Decawave測(cè)量TOF通過(guò)二次握手進(jìn)行TOF時(shí)間的測(cè)量：

TOF測(cè)距方法屬于雙向測(cè)距技術(shù)，它主要利用信號(hào)在兩個(gè)異步收發(fā)機(jī)(Transceiver)之間飛行時(shí)間來(lái)測(cè)量節(jié)點(diǎn)間的距離。因?yàn)樵谝暰嘁暰€環(huán)境下，基于TOF測(cè)距方法是隨距離呈線性關(guān)系，所以結(jié)果會(huì)更加精準(zhǔn)。我們將發(fā)送端發(fā)出的數(shù)據(jù)包和接收回應(yīng)的時(shí)間間記為TTOT，接收端收到數(shù)據(jù)包和發(fā)出回應(yīng)的時(shí)間間隔記為TTAT，那么數(shù)據(jù)包在空中單向飛行的時(shí)間TTOF可以計(jì)算為：TTOF=(TTOT-TTAT)/2。

然后根據(jù)TTOF與電磁波傳播速度的成績(jī)便可計(jì)算出兩點(diǎn)間的距離D=CxTTOF

TOF測(cè)距方法和兩個(gè)關(guān)鍵側(cè)約束：

1、發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備必須始終同步

2、接收設(shè)備提供信號(hào)的傳輸時(shí)間的長(zhǎng)短

為了實(shí)現(xiàn)始終同步，TOF測(cè)距方法采用了始終偏移量啦解決始終同步問(wèn)題，單由于TOF測(cè)距方法的時(shí)間以來(lái)與本地的遠(yuǎn)程幾點(diǎn)，側(cè)距精度容易受兩端節(jié)點(diǎn)中的始終偏移量的影響。為了減少此類錯(cuò)誤的影響，這里采用反向測(cè)量方法，即遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)包，本地節(jié)點(diǎn)接收數(shù)據(jù)包，并自動(dòng)響應(yīng)。通過(guò)平均正向和反向多次測(cè)量的平均值，減少對(duì)任何始終偏移量的影響，從而減少測(cè)距誤差。

定位原理

知道了UWB的測(cè)距原理，再來(lái)了解UWB的室內(nèi)定位原理就很容易了。UWB的室內(nèi)定位功能和衛(wèi)星原理很相似，就是通過(guò)室內(nèi)布置4個(gè)已知坐標(biāo)的定位基站，需要定位的人員胡總惡化時(shí)設(shè)備攜帶定位標(biāo)簽，標(biāo)簽按照一定的頻率發(fā)傻脈沖，不斷和4個(gè)已知位置的基站進(jìn)行測(cè)距，通過(guò)一定的精確算法定出標(biāo)簽的位置!

UWB定位的主要技術(shù)特點(diǎn)有

低功耗、對(duì)信道衰落(如多徑、非視距等信道)不敏感、抗干擾能力強(qiáng)、不會(huì)對(duì)同一環(huán)境下的其他設(shè)備產(chǎn)生干擾、穿透性較強(qiáng)(能在穿透一堵磚墻的環(huán)境進(jìn)行定位)，具有很高的定位準(zhǔn)確度和定位精度。SKYLAB UWB室內(nèi)定位方案采用先進(jìn)的軟件和硬件來(lái)定位、跟蹤和管理高價(jià)值、設(shè)備和人員，最大限度提供使用率。