UWB技術(shù)是如何進(jìn)行定位的？

UWB技術(shù)還沒有完全普及，卻在慢慢興起，一旦爆發(fā)，勢(shì)不可擋也。

01-什么是UWB？

UWB（Ultra Wide Band）是一種無載波通信技術(shù)，UWB不使用載波，而是使用短的能量脈沖序列，并通過正交頻分調(diào)制或直接排序?qū)⒚}沖擴(kuò)展到一個(gè)頻率范圍內(nèi)。

美國聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）規(guī)定，UWB信號(hào)的相對(duì)寬度（即信號(hào)帶寬與中心頻率之比）不小于0.2或者絕對(duì)帶寬不小于500MHz，并且適用指定的3.1~10.6GHz頻段的信號(hào)。

02-UWB的信號(hào)傳輸原理

不需要產(chǎn)生連續(xù)的高頻載波，僅僅需要產(chǎn)生一個(gè)時(shí)間短至nS級(jí)以下的脈沖，便可通過天線進(jìn)行發(fā)送。需要傳送信息可通過改變脈沖的幅度、時(shí)間、相位進(jìn)行加載，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)信息傳輸。

下圖是使用相位調(diào)制方式傳輸二進(jìn)制歸零碼的IR-UWB信號(hào)產(chǎn)生示意圖：

03-UWB的定位原理

主要分 TOF定位、TDOA定位、AoA定位。

TOF（Time of flight：飛行時(shí)間法）：

TOF定位是基于測(cè)距的方式，標(biāo)簽和每個(gè)需要定位的基站發(fā)起測(cè)距，測(cè)距完成后進(jìn)行位置計(jì)算。

ToF為飛行時(shí)間測(cè)距法，通過測(cè)量脈沖信號(hào)從出發(fā)到返回的時(shí)間，乘以傳播速度（脈沖信號(hào)在空氣中的傳播速度為定值v=30萬KM/秒），得到往返一次的距離，除以2即為UWB定位標(biāo)簽到定位基站間的距離。

UWB定位基站的坐標(biāo)已知，測(cè)得標(biāo)簽到基站距離后，通過三點(diǎn)定位法畫

3個(gè)圓，交點(diǎn)即為UWB定位標(biāo)簽的位置。

 

TDoA：（Time Difference of Arrival：到達(dá)時(shí)間差） 

TDoA定位是一種利用時(shí)間差進(jìn)行計(jì)算的方法。精準(zhǔn)的絕對(duì)時(shí)間相對(duì)較難測(cè)量，通過比較信號(hào)到達(dá)各個(gè)UWB定位基站的時(shí)間差，計(jì)算出信號(hào)到各個(gè)定位基站的距離差，就能作出以定位基站為焦點(diǎn)，距離差為長軸的雙曲線，三組雙曲線的交點(diǎn)就是定位標(biāo)簽的位置。

Master（主）基站發(fā)送sync（同步）報(bào)文，Slaver（從）基站接收并做同步處理。

Tag（標(biāo)簽）發(fā)送poll報(bào)文，基站接收并記錄時(shí)間戳。

AP1：記錄的poll到達(dá)時(shí)間為T1；

AP2：記錄的poll到達(dá)時(shí)間為T2；

AP3：記錄的poll到達(dá)時(shí)間為T3；
 

由于AP1、AP2、AP3時(shí)間是同步的，所以

DT1=T1-T2，AP1與AP3之間的時(shí)間差DR1=C*（T1-T2），畫雙曲線1；

DT2=T1-T3，AP1與AP2之間的時(shí)間差DR1=C*（T1-T3），畫雙曲線2；

雙曲線的交點(diǎn)即為tag的位置。

AOA（Angle of arrival：到達(dá)角技術(shù)）

      AoA 定位一般是基于相位差的方式計(jì)算出到達(dá)角度，一般不單獨(dú)使用，由于AoA 涉及到角度分辨率的問題，若單純AoA 定位，若離基站越遠(yuǎn)，定位精度就越差。

AoA 可以配合ToF測(cè)距時(shí)下定位，此模式下，單基站就可以完成定位。

     也可以兩個(gè)基站通過AoA 實(shí)現(xiàn)定位。