Hello大家好我是小智，今天我來給大家介紹下超寬帶的定位原理，首先我們來講下什么是UWB技術(shù)。

超寬帶（Ultra Wide Band）簡(jiǎn)稱UWB，和我們熟悉的WIFI、藍(lán)牙技術(shù)一樣屬于通信技術(shù)的一種，UWB是一種無線載波通信技術(shù)，它不采用正弦載波，而是利用納秒級(jí)的非正弦波窄脈沖傳輸數(shù)據(jù)，其所占的頻譜范圍很寬，右圖是一種典型的正弦載波信號(hào)圖。

UWB這種技術(shù)有什么特點(diǎn)呢？

UWB系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單；2.具有高速的數(shù)據(jù)傳輸能力；3.功耗低；4.安全性高；5.多徑分辨能力強(qiáng)；6.可用于精確定位等特點(diǎn)。

UWB的主要指標(biāo)如下：

頻率范圍：3.1GHz~10.6GHz；

系統(tǒng)功耗：1mW~4mW；

脈沖寬度：0.2ns~1.5ns；

重復(fù)周期：25ns~1ms；

發(fā)射功率：<-41.3 dBm/MHz；

數(shù)據(jù)速率：幾十到幾百M(fèi)b/s；

分解多路徑時(shí)延：≤1ns；

多徑衰落：≤5dB；

系統(tǒng)容量：大大高于3G系統(tǒng)；

空間容量：1000kb/m2

UWB技術(shù)的主要指標(biāo)如圖所示，接下來我們介紹UWB測(cè)距的原理，UWB測(cè)距我們主要采用雙向飛行時(shí)間法，我們簡(jiǎn)稱為TOF測(cè)距法（two way-time of flight）。UWB模塊從啟動(dòng)工作開始會(huì)生成一條獨(dú)立的時(shí)間戳 。假設(shè)標(biāo)簽A在其時(shí)間戳上的TA1時(shí)刻發(fā)起請(qǐng)求通信的脈沖信號(hào)，基站B在自己的TB1時(shí)刻收到標(biāo)簽A發(fā)送的脈沖信號(hào)，然后基站B又在TB2時(shí)刻發(fā)送一個(gè)響應(yīng)性質(zhì)的信號(hào)，該響應(yīng)信號(hào)被標(biāo)簽A在自己的時(shí)間戳TA2時(shí)刻接收。這樣就可以計(jì)算出脈沖信號(hào)在兩個(gè)設(shè)備之間的飛行時(shí)間，從而確定兩個(gè)設(shè)備之間的距離D，計(jì)算距離D的公式如圖所示，=[(?)?(?)]? 其中c為光速

TOF測(cè)距方法屬于雙向測(cè)距技術(shù)，它主要利用信號(hào)在兩個(gè)異步收發(fā)設(shè)備之間飛行時(shí)間來測(cè)量設(shè)備間的距離。因?yàn)樵诳梢暤沫h(huán)境下，基于TOF測(cè)距的方法隨距離呈線性關(guān)系，所以測(cè)量結(jié)果會(huì)更加精準(zhǔn)。如圖所示，我們將發(fā)送端發(fā)出數(shù)據(jù)包T1和接收回應(yīng)的時(shí)間T4間隔記為T14，接收端收到數(shù)據(jù)包T2和發(fā)出回應(yīng)的時(shí)間T3間隔記為T23，那么數(shù)據(jù)包在空中單向飛行的時(shí)間T可以計(jì)算為：T=（T14-T23）/2。

有了測(cè)距的基礎(chǔ)，有了測(cè)距的基礎(chǔ)，下面我們就來介紹UWB的定位原理，通過上面測(cè)距原理的介紹可知，當(dāng)標(biāo)簽和多個(gè)基站測(cè)距的時(shí)候就可以獲得多個(gè)基站和標(biāo)簽的實(shí)時(shí)距離，然后我們以基站為圓心，基站到標(biāo)簽的距離為半徑畫圓圈，3個(gè)圓圈的交點(diǎn)就是標(biāo)簽此時(shí)的位置，如圖所示。在實(shí)際的應(yīng)用中3個(gè)圓圈因?yàn)闇y(cè)距誤差是很難相交于一點(diǎn)的，只會(huì)相較于一個(gè)區(qū)域，這就是定位的誤差，目前我們的定位精度可以做到10到30厘米。

UWB定位標(biāo)簽坐標(biāo)如何計(jì)算呢，如圖所示，定位基站的坐標(biāo)基站1為x1、y1、基站2坐標(biāo)為x2、y2、基站3坐標(biāo)為x3、y3，基站1、2、3在安裝部署時(shí)位置固定且坐標(biāo)已知，所求定位標(biāo)簽的坐標(biāo)為Ro，x0、y0。利用三個(gè)圓形方程能夠計(jì)算出唯一的交點(diǎn)，計(jì)算公式如圖所示，這樣我們就可以計(jì)算出標(biāo)簽的實(shí)時(shí)位置坐標(biāo)了。

下面介紹我們的UWB定位系統(tǒng)，如圖所示為我們一種典型的定位系統(tǒng)架構(gòu)，由定位標(biāo)簽，定位基站，數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)中心組成。基站需要根據(jù)具體場(chǎng)景設(shè)計(jì)部署數(shù)量和安裝位置，基站可以選用有線，無線傳輸方式將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)中心的定位系統(tǒng)應(yīng)用軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)解析計(jì)算獲得系統(tǒng)中標(biāo)簽的實(shí)時(shí)位置，同時(shí)進(jìn)行各種應(yīng)用功能的展示。

以上內(nèi)容就是小智今天給大家介紹的UWB定位原理，有什么疑問可以留言溝通，再見。