?浅谈UWB基本定位原理
时间：2021-08-19 15:10:54
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[导读]关注、星标公众号，直达精彩内容来源：雨飞工作室昨晚雷老板发布了mix4，继苹果手机搭载UWB芯片后，又有一家中国手机厂商正式引入UWB技术，可见这项技术的火热，不知道大家有没有兴趣或者做这一块，后续准备多分享一些这个技术，多多留言交流吧。一、UWB定位技术UWB定位技术主要以dw...
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二、TOF测距方式TOF即 time of flight飞行时间，直译为飞行时间测距法。这个方法最大的特点就是实现起来简单，最大的缺点就是精度低，既然是高精度定位，那么使用这种方法就不太合适了。 以上测距方式理论上是说得过去的，但是其中存在几个影响测距精度的因素：
1.当设备B在T2时刻收到POLL后需要等待一个固定的时间Tdelay然后在T3时刻发出RESPONSE数据包，那么，问题出现了，我们在此处讲的Tdelay是一个绝对时间单位，比如3000us，但是A,B设备都有自己的时钟源，并且要命的是时钟源的存在自我偏差，俗称PPM，比如：我们想Tdelay=3000us但是由于时钟源的偏差问题，导致真实时间过去了3000.5us，可是在设备A端进行计算的时候还是按照3000us的Tdelay进行计算，那么，因为时钟源的偏差引入的0.5us的时间就被错误的当成是数据飞行的时间了。这样导致的结果就是，两设备A,B的真实距离为1m，结果测试得到的距离为2.5m。2.再一个，Tdelay必须要事先双方约定好。不能有丝毫的差异，这对于设备B来说有些苛刻，因为有时候设备B可能在Tdelay时间内无法将数据从芯片取出分析然后将要返回的RESPONSE数据包送入芯片内，并让芯片在T3时刻发送出去。出现这样的情况将会导致测试失败。
三、TW_TOF测距方式基于上述TOF的缺陷，引入了TW_TOF这种测距方式，用于消除TOF的不良影响。
四、DecaWave公司的DW1000芯片资料 关于人在隧道工作时都需要准确的精确度确定精准的位置。DecaWave公司的DW1000芯片，对定位上的精确度更是再适合不过了。符合IEEE802.15.4-2011超宽带标准。按照数据手册上应该最小误差在10cm以内。DW1000的最远传输距离为450米（直视距离，非直视距离为45米）。芯片功耗低，可双向测距和定位，可作为室内定位。 单电源电压:2.8 V至3.6 V数据传输速率：110kbit/s，850kbit/s和6.8Mbit/s；6频段：从3.5GHz至6.5GHz发射功率：-14dBm/-10dBm发射功率密度:<-41.3dBm/MHz 支持数据包大小:1023字节调制方式：BPM（二相调制）与BPSK（二进制相位调制）FDMA：6通道CDMA：12种不同的信道编码工业级温度范围：-40°C至 85°C读数据手册的摘录及心得：DW1000需接外部38.4MHz的晶振，支持SPI通信。 引脚说明：DW1000有8个通道需要配置，最大接收带宽为900MHz，编程会用到。
比如：模式1
支持的波特率为：DW1000有两个频率合成器，本地时钟即外部和系统时钟。带宽设置有两种模式：500MHz和900MHz。由相关寄存器设置特定的带宽模式。带宽设置的增加范围大了，相应功耗也就增加。因此该TX脉冲宽度允许传输的带宽应该合理控制。DW1000寄存器是不可编程的，需要写相关值来控制。 SPI读写操作和各个寄存器值的读写操作，大概有四十多个寄存器。DW1000对于寄存器的操作十分严格，尤其是时间同步控制。两种定位方法：到达时间差（TDOA）和双向测距（TOF）定位。时间控制不合适会导致定位误差。 湿度大也会衰减发射信号的强度，影响距离，比如阴雨天时，收音机的信号就明显差很多。因为无线电波的传播介质发生了变化，介质的性质（介电常数）发生变化，电磁波波速就会产生变化。 3.软件流程使能DW1000软件操作流程：a.设备初始化（时钟初始化、GPIO初始化、中断优先级配置、串口及SPI初始化等）；b.关中断(若开启了外部中断)；c.复位；d.读取芯片32位ID号（如果读取设备寄存器成功，返回设备号0xDECA0130，说明硬件初始化正常）；e.指定角色（Tag/Anchor）f.配置信道参数（通道数、频率、数据速率、引导码、PAC、SFD等）g.使能芯片寄存器操作；h.使能中断；i. Tag/Anchor发送（Poll message）接收（Response message）消息帧，记录时间戳（timestamp）。版权归原作者所有，如有侵权，请联系删除。‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ END ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧关注我的微信公众号，回复“加群”按规则加入技术交流群。
昨晚雷老板发布了mix4，继苹果手机搭载UWB芯片后，又有一家中国手机厂商正式引入UWB技术，可见这项技术的火热，不知道大家有没有兴趣或者做这一块，后续准备多分享一些这个技术，多多留言交流吧。一、UWB定位技术UWB定位技术主要以dw1000芯片为基础实现室内外高精度定位工作，之所以能够实现定位的关键性因素有如下一个方面：1.dw1000提供数据帧收发时纪录时间戳，这是能够进行两点间测距的基本条件，简单来说，通过计算数据在空中飞行时间*光速=数据飞行距离，从而测出两节点间的距离。2.有了数据帧收发时间戳，那么就必须提供足够高的时钟精度，因为1ns的时间电磁波就传输了30cm，dw1000提供了LDE的微代码，通过PLL使得时钟达到了64G的频率，当然，这个时钟仅提供给LDE使用，使得dw1000具备了超高精度的时间戳，64G的时钟可以使得dw1000时钟分辨率为15.65ps。3.在以上基础上，可以实现两点间测距的功能，那么如果需要实现定位呢，则需要一个终端分别和多个基站通信，分别得到终端与各个基站的距离，且，基站之间的位置与距离在部署前期通过测绘手段可以得到这些数据。从而得到了终端在这个定位系统中的位置，一般使用球面相交法，通过输入终端离基站的距离，计算出精确的位置信息。
二、TOF测距方式TOF即 time of flight飞行时间，直译为飞行时间测距法。这个方法最大的特点就是实现起来简单，最大的缺点就是精度低，既然是高精度定位，那么使用这种方法就不太合适了。 以上测距方式理论上是说得过去的，但是其中存在几个影响测距精度的因素：
1.当设备B在T2时刻收到POLL后需要等待一个固定的时间Tdelay然后在T3时刻发出RESPONSE数据包，那么，问题出现了，我们在此处讲的Tdelay是一个绝对时间单位，比如3000us，但是A,B设备都有自己的时钟源，并且要命的是时钟源的存在自我偏差，俗称PPM，比如：我们想Tdelay=3000us但是由于时钟源的偏差问题，导致真实时间过去了3000.5us，可是在设备A端进行计算的时候还是按照3000us的Tdelay进行计算，那么，因为时钟源的偏差引入的0.5us的时间就被错误的当成是数据飞行的时间了。这样导致的结果就是，两设备A,B的真实距离为1m，结果测试得到的距离为2.5m。2.再一个，Tdelay必须要事先双方约定好。不能有丝毫的差异，这对于设备B来说有些苛刻，因为有时候设备B可能在Tdelay时间内无法将数据从芯片取出分析然后将要返回的RESPONSE数据包送入芯片内，并让芯片在T3时刻发送出去。出现这样的情况将会导致测试失败。
三、TW_TOF测距方式基于上述TOF的缺陷，引入了TW_TOF这种测距方式，用于消除TOF的不良影响。
四、DecaWave公司的DW1000芯片资料 关于人在隧道工作时都需要准确的精确度确定精准的位置。DecaWave公司的DW1000芯片，对定位上的精确度更是再适合不过了。符合IEEE802.15.4-2011超宽带标准。按照数据手册上应该最小误差在10cm以内。DW1000的最远传输距离为450米（直视距离，非直视距离为45米）。芯片功耗低，可双向测距和定位，可作为室内定位。 单电源电压:2.8 V至3.6 V数据传输速率：110kbit/s，850kbit/s和6.8Mbit/s；6频段：从3.5GHz至6.5GHz发射功率：-14dBm/-10dBm发射功率密度:<-41.3dBm/MHz 支持数据包大小:1023字节调制方式：BPM（二相调制）与BPSK（二进制相位调制）FDMA：6通道CDMA：12种不同的信道编码工业级温度范围：-40°C至 85°C读数据手册的摘录及心得：DW1000需接外部38.4MHz的晶振，支持SPI通信。 引脚说明：DW1000有8个通道需要配置，最大接收带宽为900MHz，编程会用到。
比如：模式1
Channel_Config[8]={ 2, //选择通道 DW1000_PRF_16M, //脉冲频率 DW1000_BR_110K, //波特率 3, //前导码 DW1000_PLEN_1024, //前导码数据长度 DW1000_PAC32, //指定PAC前导长度 1, //非标SFD (1025 64 - 32) //SFD超时}支持的波特率为：DW1000有两个频率合成器，本地时钟即外部和系统时钟。带宽设置有两种模式：500MHz和900MHz。由相关寄存器设置特定的带宽模式。带宽设置的增加范围大了，相应功耗也就增加。因此该TX脉冲宽度允许传输的带宽应该合理控制。DW1000寄存器是不可编程的，需要写相关值来控制。 SPI读写操作和各个寄存器值的读写操作，大概有四十多个寄存器。DW1000对于寄存器的操作十分严格，尤其是时间同步控制。两种定位方法：到达时间差（TDOA）和双向测距（TOF）定位。时间控制不合适会导致定位误差。 湿度大也会衰减发射信号的强度，影响距离，比如阴雨天时，收音机的信号就明显差很多。因为无线电波的传播介质发生了变化，介质的性质（介电常数）发生变化，电磁波波速就会产生变化。 3.软件流程使能DW1000软件操作流程：a.设备初始化（时钟初始化、GPIO初始化、中断优先级配置、串口及SPI初始化等）；b.关中断(若开启了外部中断)；c.复位；d.读取芯片32位ID号（如果读取设备寄存器成功，返回设备号0xDECA0130，说明硬件初始化正常）；e.指定角色（Tag/Anchor）f.配置信道参数（通道数、频率、数据速率、引导码、PAC、SFD等）g.使能芯片寄存器操作；h.使能中断；i. Tag/Anchor发送（Poll message）接收（Response message）消息帧，记录时间戳（timestamp）。版权归原作者所有，如有侵权，请联系删除。‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ END ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧关注我的微信公众号，回复“加群”按规则加入技术交流群。
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