UWB是什么?UWB超高精度定位原理解析

UWB是什么 UWB 超高精度定位 原理 解析| 2022-12-21 hwszkj

UWB是什么?

超寬帶技術是一種全新的、與傳統(tǒng)通信技術有極大差異的通信新技術。它不需要使用傳統(tǒng)通信體制中的載波,而是通過發(fā)送和接收具有納秒或納秒級以下的極窄脈沖來傳輸數(shù)據(jù),從而具有GHz量級的帶寬。

UWB與傳統(tǒng)的窄帶系統(tǒng)相比有什么區(qū)別?

超寬帶系統(tǒng)與傳統(tǒng)的窄帶系統(tǒng)相比,具有穿透力強、功耗低、抗多徑效果好、安全性高、系統(tǒng)復雜度低、能提供精確定位精度等優(yōu)點。因此,超寬帶技術可以應用于室內(nèi)靜止或者移動物體以及人的定位跟蹤與導航,且能提供精確的定位精度。

UWB的測距原理

雙向飛行時間法(TW-TOF,two way-time of flight)每個模塊從啟動開始即會生成一條獨立的時間戳 。模塊A的發(fā)射機在其時間戳上的Ta1發(fā)射請求性質(zhì)的脈沖信號,模塊B在Tb2時刻發(fā)射一個響應性質(zhì)的信號,被模塊A在自己的時間戳Ta2時刻接收。有次可以計算出脈沖信號在兩個模塊之間的飛行時間,從而確定飛行距離S=Cx[(Ta2-Ta1)-(Tb2-Tb1)](C為光速)。

TOF測距方法屬于雙向測距技術,它主要利用信號在兩個異步收發(fā)機(Transceiver)之間飛行時間來測量節(jié)點間的距離。因為在視距視線環(huán)境下,基于TOF測距方法是隨距離呈線性關系,所以結(jié)果會更加精準。我們將發(fā)送端發(fā)出的數(shù)據(jù)包和接收回應的時間間記為TTOT,接收端收到數(shù)據(jù)包和發(fā)出回應的時間間隔記為TTAT,那么數(shù)據(jù)包在空中單向飛行的時間TTOF可以計算為:TTOF=(TTOT-TTAT)/2

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

TOF測距方法和兩個關鍵側(cè)約束:

1、發(fā)送設備和接收設備必須始終同步

2、接收設備提供信號的傳輸時間的長短

為了實現(xiàn)始終同步,TOF測距方法采用了始終偏移量啦解決始終同步問題,單由于TOF測距方法的時間以來與本地的遠程幾點,側(cè)距精度容易受兩端節(jié)點中的始終偏移量的影響。為了減少此類錯誤的影響,這里采用反向測量方法,即遠程節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)包,本地節(jié)點接收數(shù)據(jù)包,并自動響應。通過平均正向和反向多次測量的平均值,減少對任何始終偏移量的影響,從而減少測距誤差。

UWB的定位原理

知道了UWB的測距原理,再來了解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,就是通過室內(nèi)布置4個已知坐標的定位基站,需要定位的人員胡總惡化時設備攜帶定位標簽,標簽按照一定的頻率發(fā)傻脈沖,不斷和4個已知位置的基站進行測距,通過一定的精確算法定出標簽的位置!

遮擋主要指室內(nèi)定位UWB基站和定位標簽之間存在障礙物,阻礙了信號直接被互相接收,從而影響定位。

遮擋對uwb定位的影響主要分以下幾種情形

1、實體墻:一睹實體墻的這種遮擋將使得UWB信號衰減60-70%定位精度誤差上升30厘米左右,兩睹或者兩睹以上的實體墻遮擋,將使得UWB無法定位。

2、鋼板:鋼鐵對UWB脈沖信號吸收很嚴重,將使得UWB無法定位。

3、玻璃:玻璃遮擋對UWB定位精度沒太大影響。

4、木板或紙板:一般厚度10厘米左右的木板或紙板對UWB定位精度沒太大影響。

5、電線桿或樹木:電線桿或者書面遮擋時需要看他們之間距離基站或者標簽的距離,和基站和標簽的相對距離比較是否很小,比如,基站和定位標簽距離50米,電線桿或者樹木正好在兩者中間,25米處,這種遮擋就無大的影響,如離基站或者標簽距離很近小于1米,影響就很大。