UWB Tracking
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。
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。
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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瞭解詳情
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。
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。
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。
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。
UWB定位精度和標籤容量
1：定位精度
我們的UW超音波寬頻與IMU相互校準（10Hz） 有效減少多徑效應帶來的衰減 ，加入 了機器學習算法 ，定位精度：實測99.73% 複雜環境靜態1厘米； 動態高達2厘米，一般10厘米 。
2：標籤容量
每個UWB系統的定位標籤，反覆發出脈衝數據包，這個數據包是由一串超寬頻脈衝組成的。由於這些標籤是不同時發送，和每個標籤發送的時間極短，持續不斷的數據包碰撞機率是很小的，所以，在同一地區可以處理幾百個到幾千個定位標籤。
UWB定位基地台布置原則
一：精確的三維定位每隔50-100米步驟一個定位基地台，使得任意時刻，都有四個基地台，能接收到標籤發出的脈衝。
二：一維定位就是測距應用，適合用於隧道，礦井對定位精度不高場景，精度在0.3米左右。
三、透過使用UWB的測距功能，可以擴展如下的一些應用，測距精度在10厘米左右
遮擋對UWB影響的幾點說明
遮擋主要指UWB定位基地台，和定位標籤之間存在障礙物，阻礙了信號直接被互相接收，從而影響定位。
遮擋對UWB定位的影響，主要分以下幾種情形：
1：實體牆；一睹實體牆的這種遮擋，將使得UWB信號衰減60-70%定位精度誤差上升30厘米左右，兩堵或者兩堵以上的實體牆遮擋，將使得UWB無法定位。
2：鋼板；鋼鐵對UWB脈衝信號吸收很嚴重，將使得UWB無法定位。
3：玻璃；玻璃遮擋對UWB定位精度沒太大影響。
4：木板或紙板；一般厚度10厘米左右的木板或紙板，對UWB定位精度沒太大影響。
5：電線桿或樹木，電線桿或者樹木遮擋時，需要看他們之間距離基地台或者標籤的距離，和基地台和標籤的相對距離比較是否很小，比如，基地台和定位標籤距離50米，電線桿或者樹木正好在兩者中間，25米處，這種遮擋就無多大的影響，如離基地台或者標籤距離很近小於1米，影響就很大。
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