．什麼是 UWB 室內定位技術

UWB Tracking

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來源：北斗应用

超寬頻：英文翻譯(Ultra Wideband, UWB)技術的歷史可以追溯到上個世紀50年代

超寬頻技術是一種全新的通信技術，與傳統通信技術，有極大的差異。它不需要使用傳統通信體制中的載波，而是透過發送和接收，具有納秒或納秒級以下的極窄脈衝，來傳輸數據，從而具有GHz量級的頻寬。

超寬頻系統與傳統的窄頻系統相比，具有穿透力強、功耗低、抗多徑效果好、安全性高、系統複雜度低、能提供精確定位精度等優點。

因此，超寬頻技術可以應用於，室內靜止或者行動物體，以及人的定位跟蹤與導航，且能提供十分精確的定位精度。

2002年4月，美國聯邦通信委員會(FCC)發布了，民用UWB設備使用頻譜和功率的初步規定。

規定中將相對頻寬大於0.2，或在傳輸的任何時刻，頻寬大於500MHz的通信系統稱為UWB系統。

FCC對UWB系統，所使用的頻譜範圍規定為 3.1-10.6GHz，發射機的有效各向同性發射功率，不得高於 -41.3dBm/MHz。

超寬頻無線電中的資訊載體，為脈衝無線電（IR，Impulse Radio）。脈衝無線電是指採用衝激脈衝（超短脈衝）作為資訊載體的無線電技術。這種技術的特點是，透過對非常窄（往往小於1ns）的脈衝信號進行調製，以獲得非常寬的頻寬來傳輸數據。

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UWB技術原理：

1、說到UWB定位原理必須先從UWB的測距原理說起

雙向飛行時間法(TW-TOF，two way-time of flight )每個模組從啟動開始，即會生成一條獨立的時間戳。

模組A的發射機，在其時間戳上的Ta1，發射請求性質的脈衝信號，模組B接收機在其時間戳上的Tb1，接收到該信號。對信號加以一定的處理手段後，模組B在Tb2時刻發射一個響應性質的信號，被模組A在自己的時間戳Ta2時刻接收。

由此可以計算出，脈衝信號在兩個模組之間的飛行時間，從而確定飛行距離。

2、再來接著更詳細的把測距原理說清楚

TOF測距方法屬於雙向測距技術，它主要利用信號在兩個異步收發機(Transceiver)之間，往返的飛行時間，來測量節點間的距離。因為在視距視線環境下，基於TOF測距方法，是隨距離呈線性關係，所以結果會更加精準。

我們將發送端發出數據包，和接收回應的時間間隔記為TTOT，接收端收到數據包和發出回應的時間間隔記為TTAT。那麼數據包在空中的單向飛行時間，TTOF可以計算為：

3、然後根據TTOF與電磁波傳播速度的乘積，便可算出兩點間距離。d = c × TTOF

TOF 測距方法有兩個關鍵的約束：

1、發送設備和接收設備必須始終同步；

2、接收設備提供信號的傳輸時間的長短。為了實現時鐘同步，TOF 測距方法採用了時鐘偏移量來解決時鐘同步問題。

但由於TOF測距方法的時間，依賴於本地和遠端節點，測距精度容易受兩端節點中，時鐘偏移量的影響。

為了減少此類錯誤的影響，這裡採用反向測量方法，即遠端節點發送數據包，本地節點接收數據包，並自動響應，透過平均在正向和反向，多次測量的平均值，減少對任何時鐘偏移量的影響，從而減少測距誤差。

UWB測距技術的主要誤差來源：

非視距傳播

視距傳播是得到準確的信號特徵測量值的必要條件，當兩個點之間，不存在直接傳播路徑時，只有信號的反射和衍射成分能夠到達接收端，此時第一個到達的脈衝的時間，不能代表真實值，存在非視距誤差。

UWB定位技術原理

前面詳細介紹了UWB的測距原理，掌握了測距原理之後，再來說定位原理就簡單了。其實UWB的定位原理和衛星導航定位原理很相似。

如下圖1，天上的衛星坐標為已知，地上的接收設備，同時接收到四個衛星的信號，就能確定自己的位置座標（平面和高程座標）。UWB的定位原理，就是透過在室內布置4個已知座標的定位基地台，需要定位的人員或者設備攜帶定位標籤，標籤按照一定的頻率發射脈衝，不斷和四個已知位置的基地台進行測距，透過一定的算法，精確的計算出定位標籤的位置。