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UWB定位原理

1、UWB是什么
UWB的全称是ultra wide band直接翻译过来是超宽带的意思。最初是来自于60年代在军事雷达领域兴起的脉冲通信技术,又称为脉冲无线电(ImpulseRadio)技术。从频域来看,超宽带有别于传统的窄带和宽带,它的频带更宽。窄带是指相对带宽(信号带宽与中心频率之比)小于1%,相对带宽在1%-25%之间的被称为宽带,相对带宽大于25%、或者中心频率大于500MHz的被称为超宽带。与在当今通信系统中广泛采用的载波调制技术不同,这种技术用上升沿和下降沿都很陡的基带脉冲直接通信,所以又称为基带传输(baseband transmission)或无载波(carrierless)技术。脉冲UWB技术的脉冲长度通常在亚纳秒量级,信号带宽经常达数千兆赫兹,比任何现有的无线通信技术的带宽都大得多,所以最终在1989年被美国国防部称为超宽带技术。早期超带宽技术(UWB)民用话是intel主导用来大数据的近距离传输,但是这种技术不像2G、3G、4G一样是主流技术,在标准竞争中失利,因此在民用无线数据传输领域逐渐淡出了。但是因为这种技术在精确测距上有着其他技术所不具有的优点,(超宽带在军事上的应用最主要就是超宽带雷达,雷达的主要功能就是定位和测距)近年来被应用在无线定位和雷达测距应用中,因此作为民用雷达和民用测距取得了较快的发展。
UWB技术的另外的特点就是功率定向性非常强,在单位时间内的持续功率输出非常小,虽然这种技术抗干扰性性能强,传输速率高,系统容量大但是发射功率非常小,UWB通信设备可以用小于1mW的发射功率就能实现定位传输和通信。低发射功率大大延长系统电源工作时间。而且,发射功率小,其电磁辐射对人体的影响也会很小,比较适用在医院等弱电磁辐射的地方。

2、UWB定位原理
UWB定位技术只是属于无线定位技术的一种。流行的无线定位技术包括GPS定位、北斗定位、蓝牙定位、WIFI定位、RFID定位等,其中GPS、北斗主要用在室外定位,蓝牙定位、WIFI定位、RFID定位、UWB定位、运营商基站定位主要用于室内定位。UWB定位和蓝牙定位、WIFI定位、RFID定位比较起来有精度上的优势。
无线定位技术是指用来判定移动用户位置的测量方法和计算方法,即定位算法。目前最常用的定位技术主要有:时差定位技术、信号到达角度测量(AOA)技术、到达时间定位(TOA)和到达时间差定位(TDOA)等。其中,TDOA技术是目前最为流行的一种方案,除了用于GSM系统,在其他诸如AMPS和CDMA系统中也广泛应用,UWB定位采用的也是这种技术。TDOA保证了UWB定位的高精度可以达到10cm左右。TDOA测距本质上就是脉冲序列设备信号,采用非常款的频谱所以抗干扰能力比较强。

UWB算法流程:
  • 从基站R1将同一时间的测量同一个信号的信息发送到主基站33
  • 主基站R3计算信号从终端到达2个基站的天线的时间差
  • 通过时间差可以计算出距离,这样可以得到一条双曲线
  • 一个UWB基站既是主基站又是从基站,所以3个基站进行定位就能够得到3条双曲线,这些3条曲线的定位点S就是终端的位置
要实现TDOA的定位算法来进行定位,关键一点是要保持3个基站的同步,这样才能精确测量到UWB标签到每个UWB基站的时间,因此需要保持基站间纳秒级的时间同步。





 

 

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