[导读]本文主要介绍UWB的定位算法。根据上一篇的介绍,UWB的定位算法可以分为三类:基于接收信号的强度(RSS,ReceivedSignalStrength)、基于到达角度(AngleofArrival)、基于到达时间(TOA,TimeofArrival)。不管是什么方式,其技术实现大...
本文主要介绍UWB的定位算法。
根据上一篇的介绍,UWB的定位算法可以分为三类:基于接收信号的强度(RSS,Received Signal Strength)、基于到达角度(Angle of Arrival)、基于到达时间(TOA,Time of Arrival)。不管是什么方式,其技术实现大致是一样的:都是通过测量接收信号中的某些特征值,比如信号强度、角度、时间等,再采用相关算法来实现对目标的定位。下面分别介绍这三类算法:RSS的原理是通过坐标位置已知的探测器测量待测目标所在位置的信号强度,由于信号强度与信号衰减满足一定的关系,可以利用它来估算出待测目标到当前测量探测器的距离。其定位原理与TOA相同,只是获取距离的方法不一样,对于RSS,其测量的距离和衰减之间的关系依赖于信道特性,所以具有一个精确的传输模型是可靠估计距离的前提。然而未知环境下,其信号的传输模型未知,因而其定位误差通常较大。AOA定位是通过基站A和基站B的接收天线或天线阵列,分别测量出A、B与目标之间的角度值,该角度使接收机到移动台组成一条射线,该角度称为方位角,该射线称为方位线。使用两个或两个以上的AOA方位线,即可得出多条射线的交点,该交点几位待测目标的估计位置。
TOA定位法是通过获得N个位置已知的基站和待测目标之间的直线距离(测量两点之间的距离,主要有两种方法,一种是测量两点之间的传播时间(也就是TOF),另一种是测量到达信号的场强变化(也就是RSS)),根据几何原理实现定位。为了实现对待测目标的定位,在无先验知识的情况下,需要基站的数量至少为三个,以三个基站的位置坐标为圆心,他们分别与待测目标之间的距离为半径画圆,在无NLOS误差的情况下,待测目标必然在三个圆的交点上。
TOF的实现方式是需要目标和基站之间进行两次TOA估算,并减去中间处理时间得到目标和基站之间的往返时间。其定位原理和TOA相同,有点在于需要两个节点之间有共同的时钟。因为他是通过测量一个节点收发信息的往返时间来估计两点之间的距离。
由于TOF在实际应用中有各种各样的问题,比如由于设备B时钟源的自我偏差PPM会导致每次Tdelay的不一致性等等。因此TOF也有很多变种,比如RTOF(也叫TW-TOF或者DS-TWR)这种不需要同步的方式,也有TDOA这种需要系统有精确的时间同步功能。
TW-TOF是TOF(也叫SS-TWR)的一种扩展测距方法,记录了两个往返的时间戳,最后得到飞行时间,虽然增加了响应的时间,但会降低测距误差。双边双向测距根据发送消息个数不同,分为两种方法:
-
4消息方式(4 messages)
-
3消息方式(3 messages)
双边双向测距4消息方式分为两次测距,设备A主动发起第一次测距消息,设备B响应,得到4个时间戳;然后过了一段时间,设备B主动发起测距,设备A响应,同样得到4个不同的时间戳。
双边双向测距3消息方式相比较于4消息方式,省掉了第二次测距的发起动作,当设备A收到数据之后,立刻返回数据,最终也可以得到四个时间差。
得到四个时间戳就可以根据下面的公式进行计算了:
TDOA是基于到达时间差定位,系统中需要有精确时间同步功能。时间同步有两种:
一种是通过有线做时间同步,同步精度非常高,能控制到0.1ns,但由于采用有线,所有设备要么采用中心网络的方式,要么采用级联的方式,但增加了网络维护的复杂度,也增加了施工的复杂度,成本较高。并且,系统中还有一个专用的有线时间同步器,价格比较贵。
另一种是通过无线做时间同步,采用无线同步一般可以达到0.25ns,精度稍逊于有线时间同步,但其UWB定位系统相对来说更为简单,定位基站只需要供电,数据回传可以采用WiFi的方式,有效降低了成本。
TDOA定位不必要进行基站和移动终端之间的同步,而只需要基站之间进行同步。因为基站的位置是固定的,基站之间进行同步与基站和移动终端之间进行同步要容易实现得多。这使得TDOA定位比TOA定位要更加容易实现,所以TDOA定位的应用非常广泛。
TDOA定位在二维定位中需要使用4个定位基站。基站时间同步之后,标签发送一个广播报文,基站收到之后,标记接收到此报文的时间戳,并将内容发送到计算服务器,计算服务器根据其他基站的定位报文的时间戳,计算出被定位目标的位置。
通过测量标签到每两个基站之间的距离差,距离差等于常量即可绘制出双曲线,而曲线交点即可确定标签坐标。该方法实现过程中,标签只需要广播一次UWB信号即可,因此有利于标签的功耗及标签并发数量。
以上就是针对UWB定位算法的简单介绍。
本站声明: 本文章由作者或相关机构授权发布,目的在于传递更多信息,并不代表本站赞同其观点,本站亦不保证或承诺内容真实性等。需要转载请联系该专栏作者,如若文章内容侵犯您的权益,请及时联系本站删除。
2024年3月14日 – 专注于引入新品的全球电子元器件和工业自动化产品授权代理商贸泽电子 (Mouser Electronics) 即日起开售Laird Connectivity的Sera NX040超宽带 (UWB)...
关键字:
IoT
UWB
蓝牙
当前,汽车制造商不断寻求为消费者提供更佳驾驶体验和高附加价值的新技术,满足汽车的安全、高效、互联等日益提升的要求。在这一背景下,超宽带(UWB)技术获得越来越多的关注。
关键字:
集成电路
封测
UWB
近日NXP在中国再次加大投资力度,建立了“恩智浦中国电气化应用实验室”,该实验室由电池以及电源管理芯片新产品验证和系统应用实验室、门级驱动验证实验室和测功机房、电磁兼容实验室、解决方案展示室四个部分组成,配备了全球最先进...
关键字:
NXP
S32
UWB
电气化
软件定义汽车
长期以来,Qorvo都在RF领域保持着市场领导地位。而在近年来,Qorvo一方面继续在射频技术上进行创新连接方案探索,另一方面强势布局功率解决方案,通过并购获得了电源管理、电机控制和SiC等方面的产品和技术能力。
关键字:
Qorvo
UWB
SiC
清研讯科选择LitePoint IQgig-UWB平台进行UWB室内定位产品的测试 北京2023年2月28日 /美通社/ -- 2月28日,先进无线测试系统解决方案厂商莱特波特(LitePoint)宣布与国内知名的UW...
关键字:
UWB
LITEPOINT
定位技术
AN
在 AV 系统中使用蓝牙和 UWB 等地面无线电技术有助于保护易受伤害的道路使用者。
虽然媒体上有很多关于我们街道上全自动驾驶汽车 (AV) 的曙光的讨论,但我们离这个现实还有很长的路要走。这包括缺乏保护弱势道路使用者...
关键字:
自动驾驶
UWB
在今年的卡塔尔世界杯中,每一个比赛用球中都植入了UWB芯片。UWB芯片已经成为了各种移动设备、汽车和IoT应用的重要选择,可以提供定位、测距和测角的功能。UWB和RISC-V的结合会产生什么样的火花?在第二届滴水湖RIS...
关键字:
UWB
RISC-V
纽瑞芯
清研智行选择LitePoint IQgig-UWB平台进行UWB数字钥匙产品射频性能测试 北京2022年11月1日 /美通社/ -- 无线测试系统解决方案厂商莱特波特(LitePoint)宣布与UWB车用技术的倡导者和...
关键字:
UWB
LITEPOINT
BSP
AN
(全球TMT2022年11月1日讯)无线测试系统解决方案厂商莱特波特(LitePoint)宣布与UWB车用技术企业清研智行合作,利用LitePoint IQgig-UWB平台,验证其UWB数字钥匙产品射频性能测试。...
关键字:
UWB
LITEPOINT
BSP
射频
无线测试系统解决方案厂商莱特波特(LitePoint)宣布与UWB车用技术企业清研智行合作,利用LitePoint IQgig-UWB平台,验证其UWB数字钥匙产品射频性能测试。清研智行开发出完整端到端的车用UWB技术解...
关键字:
UWB
LITEPOINT
射频
雷达
近年来,在苹果等厂商的推动下,UWB(Ultra Wide Band:超宽带)市场迎来了爆发。作为一种有竞争力的通信技术,UWB拥有定位精度高、抗干扰能力强、发送功率小和传输速率高等优势,这些特点也让其在很多领域都具有很...
关键字:
Qorvo
UWB
智慧出行
从电容屏触控芯片,到指纹识别和面部识别芯片,再到TWS蓝牙芯片,苹果无疑是带货界的扛把子,但是自iPhone 11应用的UWB芯片似乎没有想象中的那么火
关键字:
UWB
芯片
半导体
本文来源:物联传媒本文作者:银匠UWB技术很好,但是UWB产品很贵。这是业界人士对于UWB技术的一个初步印象。作为一项最近两年大火的定位技术,UWB被“镁光灯”聚焦乃至放大,它的优点会被更多人的记住,同样,它的缺点也一样...
关键字:
UWB
关注、星标公众号,直达精彩内容文章来源:#Ultra-WidebandForDummies®超宽带技术(UWB)将在全球大规模普及。目前,已有40多个垂直市场部署了UWB,包括工业、企业、汽车和消费类市场。在目前已实现的...
关键字:
UWB
关注、星标公众号,直达精彩内容来源:Qorvo半导体定位技术如何改变世界不管您相信与否,就在20年前,公众还无法轻易获取位置信息!2000年5月,公众开始使用全球定位系统(GPS)的定位和导航功能,例如用于寻找最近的AT...
关键字:
UWB
超宽带
关注、星标公众号,直达精彩内容文章来源:#Ultra-WidebandForDummies®超宽带技术(UWB)将在全球大规模普及。目前,已有40多个垂直市场部署了UWB,包括工业、企业、汽车和消费类市场。在目前已实现的...
关键字:
UWB
超宽带技术(UWB)是最佳定位跟踪技术,因为UWB的设计初衷就是实现高精度测距估计,同时进行双向通信。所以,UWB是当今最好、最先进的定位技术。今天,就带大家深入地了解一下UWB技术的工作原理。1、为什么说UWB最适合室...
关键字:
UWB
UWB市场现状如何?行业里面有哪些新的趋势出现?
关键字:
UWB
本文来源:物联传媒本文作者:银匠UWB的消费市场在最近2年的时间里因为苹果、三星、NXP、小米、OPPO等手机大厂的带动之下,逐渐进入到大众的视野,并且已经陆续发布了相关的产品,让UWB的消费级应用已不再遥不可及。前不久...
关键字:
NFC
UWB
蓝牙