UWB技术定位原理详解
UWB技术定位原理详解
UWB（Ultra Wide Band）技术作为一种新兴的无线通信技术，近年来在室内定位、物联网等领域展现出巨大的应用潜力。本文将详细介绍UWB技术的定位原理，帮助读者更好地理解这一前沿技术。
什么是UWB？
UWB（Ultra Wide Band）是一种无载波通信技术，UWB不使用载波，而是使用短的能量脉冲序列，并通过正交频分调制或直接排序将脉冲扩展到一个频率范围内。
美国联邦通信委员会（FCC）规定，UWB信号的相对宽度（即信号带宽与中心频率之比）不小于0.2或者绝对带宽不小于500MHz，并且适用指定的3.1~10.6GHz频段的信号。
UWB的信号传输原理
UWB技术不需要产生连续的高频载波，仅仅需要产生一个时间短至nS级以下的脉冲，便可通过天线进行发送。需要传送信息可通过改变脉冲的幅度、时间、相位进行加载，进而实现信息传输。
UWB的定位原理
UWB定位主要采用三种方法：TOF定位、TDOA定位和AoA定位。
TOF定位（飞行时间法）
TOF定位是基于测距的方式，标签和每个需要定位的基站发起测距，测距完成后进行位置计算。
ToF为飞行时间测距法，通过测量脉冲信号从出发到返回的时间，乘以传播速度（脉冲信号在空气中的传播速度为定值v=30万KM/秒），得到往返一次的距离，除以2即为UWB定位标签到定位基站间的距离。
UWB定位基站的坐标已知，测得标签到基站距离后，通过三点定位法画3个圆，交点即为UWB定位标签的位置。
TDOA定位（到达时间差）
TDoA定位是一种利用时间差进行计算的方法。精准的绝对时间相对较难测量，通过比较信号到达各个UWB定位基站的时间差，计算出信号到各个定位基站的距离差，就能作出以定位基站为焦点，距离差为长轴的双曲线，三组双曲线的交点就是定位标签的位置。
具体过程如下：
- Master（主）基站发送sync（同步）报文，Slaver（从）基站接收并做同步处理。
- Tag（标签）发送poll报文，基站接收并记录时间戳。
- AP1：记录的poll到达时间为T1；
- AP2：记录的poll到达时间为T2；
- AP3：记录的poll到达时间为T3；
- 由于AP1、AP2、AP3时间是同步的，所以：
- DT1=T1-T2，AP1与AP3之间的时间差DR1=C*（T1-T2），画双曲线1；
- DT2=T1-T3，AP1与AP2之间的时间差DR1=C*（T1-T3），画双曲线2；
- 双曲线的交点即为tag的位置。
AoA定位（到达角技术）
AoA 定位一般是基于相位差的方式计算出到达角度，一般不单独使用，由于AoA 涉及到角度分辨率的问题，若单纯AoA 定位，若离基站越远，定位精度就越差。
AoA 可以配合ToF测距时下定位，此模式下，单基站就可以完成定位。也可以两个基站通过AoA 实现定位。