【48812】UWB测距定位原理介绍

  在这个万物互联的年代，定位现已成了信息社会工作的中心要素，UWB以其共同的优势从 Wi-Fi、蓝牙、红外线、超宽带、RFID、ZigBee和超声波等很多的无线定位技能中锋芒毕露，今日咱们很有必要说说UWB测距的基本原理。

  UWB实践是经过ToF 来测距，首要运用信号在两个异步收发机（Transceiver）之间飞翔时刻来丈量节点间的间隔。单边双向测距：（SS-TWR，Single Sided - Two-Way Ranging）每个模块从发动开端即会生成一条独立的时刻戳。

  UWB 模块 A 在其时刻戳上的 Ta1 时刻发射恳求性质的脉冲信号，UWB 模块 B 在其时刻戳上的 Tb1 时刻接纳到该信号，然后对 UWB 信号加以必定的处理手法后，UWB 模块 B 在 Tb2 时刻发射一个呼应性质的信号被 UWB 模块 A 在自己的时刻戳 Ta2 时刻接纳。

  由此可以计算出脉冲信号在两个 UWB 模块之间的飞翔时刻 ToFA_B，然后乘以光速 c 就能确认两个模块之间的间隔了。

  这儿单纯的 ToF 算法有一个比较严厉的束缚：发送设备和接纳设备有必要时钟同步，这是一个比较扎手的问题，所以在 UWB 的运用中不常用，但关于特定的运用，假定对精度要求不是很高，且需求更短的测距时刻能选用。

  为了下降时钟偏移的影响，UWB 测距中常常采纳双方双向测距办法（DS-TWR，Double Sided - Two-Way Ranging），反向丈量补偿，UWB 模块 A 在其时刻戳上的 Ta1 时刻发射恳求性质的脉冲信号，UWB 模块 B 在其时刻戳上的 Tb1 时刻接纳到该信号，然后对 UWB 信号加以必定的处理手法后，UWB 模块 B 在 Tb2 时刻一起发射呼应性质和恳求性质的信号被UWB 模块 A 在自己的时刻戳 Ta2 时刻接纳，处理一段时刻后在 Ta3 时刻回复呼应信号被模块 B 在其时刻戳的 Tb3 时刻接纳。

  由此可以计算出脉冲信号在两个 UWB 模块之间的飞翔时刻 ToFA_B，然后乘以光速 c 就能确认两个模块之间的间隔了。

  TOA 定位经过别离丈量移动终端与三个或更多基站之间信号的传达时刻来定位，它选用了圆周定位。假定己知移动终端到基站 i 的直线间隔为 Ri，那么由几许原理可知，移动终端的方位必定在以基站 i 的方位为圆心，Ri 为半径的圆周上。

  TOA 定位的缺陷是对传达中发生的差错比较灵敏，这些差错来自于传达中的反射、 多径传达、非视距传达和噪声等搅扰，会形成各圆无法相交或相交处不是一个点而是一个区域。

  一起 TOA 定位要求移动终端和基站之间在时刻上要精确同步，1ns 的同步差错将会给定位带来大约 0.3 米的不确认性。纳秒级的同步精度在许多通讯体系中是达不到的。因而，实践中很少运用单纯的 TOA 定位。

  TDOA 定位便是对 TOA 做了改善，不必要进行基站和移动终端之间的同步，而只需求基站之间进行同步。因为基站的方位是固定的，基站之间进行同步与基站和移动终端之间进行同步要简单完成得多，所以 TDOA 定位的运用十分广泛。

  它经过丈量出两个不同基站与移动终端的传输时延差来做定位。假定移动终端的方位与基站 1 和基站 2 的间隔差为 R21=R2-R1，则移动终端的方位必定在以两个基站为焦点，与两个焦点的间隔差恒为R21的双曲线上。

  再经过另一组移动终端与基站 1、基站 3 或基站 2 基站 3 的 TDOA，可以取得另一组双曲线，经过多组双曲线交于一点也就确认了 UWB 移动终端的方位。

  AOA 定位一般是根据相位差的方法计算出抵达视点，一般不独自运用，因为 AOA 涉及到视点分辨率的问题，单纯 AOA 定位，若离基站越远，定位精度就越差，所以 AOA 定位多见于中、短间隔的定位。

  AOA 的长处是所需求的基站比较少，最少只需两个基站就可以直接进行定位。在 LTE 体系中运用了 OFDM 和多天线阵技能，使得根据 LTE 的 AOA 定位成为了研讨热门。

  事实上，运用环境很杂乱，一般是选用 TOA（抵达时刻）、TDOA（抵达时刻差）、AOA（抵达视点）这三种定位技能的混合技能，扬长避短，让终究的定位功能得到优化。