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编程问答

Decawave UWB定位原理

發布時間:2024/1/1 编程问答 35 豆豆
生活随笔 收集整理的這篇文章主要介紹了 Decawave UWB定位原理 小編覺得挺不錯的,現在分享給大家,幫大家做個參考.

先來看看UWB 在百科中的定義:

UWB(Ultra Wideband)是一種無載波通信技術,利用納秒至微微秒級的非正弦波窄脈沖傳輸數據。有人稱它為無線電領域的一次革命性進展,認為它將成為未來短距離無線通信的主流技術。 總的來說,UWB在早期被用來應用在近距離高速數據傳輸,近年來國外開始利用其亞納秒級超窄脈沖來做近距離精確室內定位, UWB又名超寬帶。

UWB(Ultra Wideband)無線通信是一種不用載波,而采用時間間隔極短(小于1ns)的脈沖進行通信的方式。

UWB(UltraWideband)是一種無載波通信技術,利用納秒至微微秒級的非正弦波窄脈沖傳輸數據。通過在較寬的頻譜上傳送極低功率的信號,UWB能在10米左右的范圍內實現數百Mbit/s至數Gbit/s的數據傳輸速率。

抗干擾性能強,傳輸速率高,系統容量大發送功率非常小。UWB系統發射功率非常小,通信設備可以用小于1mW的發射功率就能實現通信。低發射功率大大延長系統電源工作時間。而且,發射功率小,其電磁波輻射對人體的影響也會很小,應用面就廣。

在這種優秀條件的背景下,UWB就被應用在了室內的或者室外的小范圍的定位技術上面了,那么UWB如何進行定位呢。這就需要用到一個東西叫做TOF(Time Of Flight)翻譯過來也就是光飛行的時間。

首先定義一下再定位中需要哪些東西,大家都知道GPS需要三個衛星才能對移動設備完成定位,UWB定位中也是一樣,我們需要固定三個UWB板卡,我們稱這三個固定的UWB板卡Anchor,然后稱需要被定位的 處于移動狀態的UWB板卡Tag。

好了這樣,Anchor 到 Tag 之間的就可以通過光的飛行時間來進行測量了,舉個最簡單的例子, 一個Anchor 到一個Tag 的距離,可以直接使用Tag發送一個帶有時間戳的數據包,Anchor接收到數據包之后,如果Anchor和Tag已經經過時間同步的話,Anchor根據本地時間和Tag發送時間包的時間戳的時間做差值,就能知道光飛行了多長時間,這樣就能計算距離了,當然,這樣會有很大的干擾,導致測不準,所以Decawave的工程師使用了另外一種方法:

Decawave測量TOF通過二次握手進行TOF時間的測量,測量原理如下圖:


定位原理:

將三個Anchor設置在同一高度,在確認UWB模塊可以比較準確的測量相對距離后,可以設置Anchor A作為定位坐標原點,將Anchor A與Anchor B連線作為定位坐標系的x軸,垂直底面為z軸,根據右手系可以確定y軸,在建立起定位坐標系后,以Anchor A為圓心,Anchor C到Anchor A相對距離為半徑,畫圓。再以Anchor B為圓心, Anchor C到Anchor B為半徑,畫圓。兩圓會交于兩點,然后設置Anchor C再交點中y軸坐標為正的點,即可以得到Anchor A,B,C在定位坐標系中的位置。


在確定定位坐標系后,可以通過三個Anchor的位置對Tag位置進行定位。Anchor A 為原點和 Anchor ATag距離為半徑可確定一球,Anchor BC同理,兩球相交可得到一圓,該圓與第三個球相交可得到兩點,默認Tag位置為低于Anchor平面。


如果想要不辭啊用先驗知識進行Z軸的定位的話,就需要另外一個Anchor處于不出于之前三個Anchor所在Z軸平面的就可以啦。
另外,不要人為UWB的原理這么簡單就覺得Decawave 不過爾爾哦, 因為UWB定位本身就不是個學術問題而是一個工程問題,比如時間戳怎么打,多機怎么同步,超視距問題等等,Decawave還是很厲害的!


總結

以上是生活随笔為你收集整理的Decawave UWB定位原理的全部內容,希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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