解析uwb无线定位系统的原理及主要技术特点

UWB的定义

超宽带（Ultra Wide-Band，UWB）是一种新型的无线通信技术，根据美国联邦通信委员会的规范，UWB的工作频带为3.1~10.6GHz，系统-10dB带宽与系统中心频率之比大于20%或系统带宽至少为500MHz。UWB信号的发生可通过发射时间极短（如2ns）的窄脉冲（如二次高斯脉冲）通过微分或混频等上变频方式调制到UWB工作频段实现。

UWB定位

UWB是如何进行定位的，那么就需要使用一个东西叫做TOF（Time Of Flight）翻译过来也就是光飞行的时间。

UWB测距原理

首先定义一下再定位中需要哪些东西，大家都知道GPS需要三个卫星才能对移动设备完成定位，UWB定位中也是一样，我们需要固定三个UWB板卡，我们称这三个固定的UWB板卡为Anchor，然后称需要被定位的 处于移动状态的UWB板卡为Tag。

Anchor 到 Tag 之间的就可以通过光的飞行时间来进行测量了，举个最简单的例子， 一个Anchor 到一个Tag 的距离，可以直接使用Tag发送一个带有时间戳的数据包，Anchor接收到数据包之后，如果Anchor和Tag已经经过时间同步的话，Anchor根据本地时间和Tag发送时间包的时间戳的时间做差值，就能知道光飞行了多长时间，这样就能计算距离了，当然，这样会有很大的干扰，导致测不准，所以Decawave的工程师使用了另外一种方法：

Decawave测量TOF通过二次握手进行TOF时间的测量，测量原理如下图：

TOF二次握手原理

TOF测距方法属于双向测距技术，它主要利用信号在两个异步收发机（Transceiver）之间飞行时间来测量节点间的距离。因为在视距视线环境下，基于TOF测距方法是随距离呈线性关系，所以结果会更加精准。我们将发送端发出的数据包和接收回应的时间间记为TTOT，接收端收到数据包和发出回应的时间间隔记为TTAT，那么数据包在空中单向飞行的时间TTOF可以计算为：TTOF=（TTOT-TTAT）/2。

然后根据TTOF与电磁波传播速度的成绩便可计算出两点间的距离D=CxTTOF

TOF测距方法和两个关键侧约束：

1、发送设备和接收设备必须始终同步

2、接收设备提供信号的传输时间的长短

为了实现始终同步，TOF测距方法采用了始终偏移量啦解决始终同步问题，单由于TOF测距方法的时间以来与本地的远程几点，侧距精度容易受两端节点中的始终偏移量的影响。为了减少此类错误的影响，这里采用反向测量方法，即远程节点发送数据包，本地节点接收数据包，并自动响应。通过平均正向和反向多次测量的平均值，减少对任何始终偏移量的影响，从而减少测距误差。

定位原理

知道了UWB的测距原理，再来了解UWB的室内定位原理就很容易了。UWB的室内定位功能和卫星原理很相似，就是通过室内布置4个已知坐标的定位基站，需要定位的人员胡总恶化时设备携带定位标签，标签按照一定的频率发傻脉冲，不断和4个已知位置的基站进行测距，通过一定的精确算法定出标签的位置！

UWB定位的主要技术特点有

低功耗、对信道衰落（如多径、非视距等信道）不敏感、抗干扰能力强、不会对同一环境下的其他设备产生干扰、穿透性较强（能在穿透一堵砖墙的环境进行定位），具有很高的定位准确度和定位精度。SKYLAB UWB室内定位方案采用先进的软件和硬件来定位、跟踪和管理高价值、设备和人员，最大限度提供使用率。