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uwb定位技術(shù)的原理及定位方法

發(fā)布時(shí)間 :

2021-08-09

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uwb定位技術(shù)即超寬帶技術(shù),它是一種無(wú)載波通信技術(shù),利用納秒級(jí)的非正弦波窄脈沖傳輸數(shù)據(jù),因此其所占的頻譜范圍很寬。傳統(tǒng)的定位技術(shù)是根據(jù)信號(hào)強(qiáng)弱來(lái)判別物體位置,信號(hào)強(qiáng)弱受外界 影響較大,因此定位出的物體位置與實(shí)際位置的誤差也較大,定位精度不高,而 uwb 定位采用了寬帶脈沖通訊技術(shù),具備極強(qiáng)的抗干擾能力,使定位誤差減小。uwb定位技術(shù)的出現(xiàn)填補(bǔ)了高精度定位領(lǐng)域的空白,它具有對(duì)信道衰落不敏感、發(fā)射信號(hào)功率譜密度低、低截獲能力、系統(tǒng)復(fù)雜度低、能提供厘米級(jí)的定 位精度等優(yōu)點(diǎn)。

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目前,uwb定位常用的定位方法主要三種,通過(guò)到達(dá)時(shí)間差定位法TDOA、飛行時(shí)間測(cè)距法TOF、到達(dá)角度定位法AOA,前面兩種一般可以單獨(dú)使用,后面的AOA一般是和TOF或者TDOA進(jìn)行融合定位。

TDOA定位

TDOA是基于到達(dá)時(shí)間差定位,系統(tǒng)中需要有精確時(shí)間同步功能。

時(shí)間同步有兩種,一種是通過(guò)有線做時(shí)間同步,有線時(shí)間同步可以控制在0.1ns以內(nèi),同步精度非常高,但由于采用中心網(wǎng)絡(luò)的方式,要么采用級(jí)聯(lián)的方式,但增加了網(wǎng)絡(luò)維護(hù)的復(fù)雜度,也增加了施工的復(fù)雜度,成本升高。并且,系統(tǒng)中還有一個(gè)專用的有線時(shí)間同步器,價(jià)格昂貴;另一種是通過(guò)無(wú)線做時(shí)間同步,采用無(wú)線同步一般可以達(dá)到0.25ns,精度稍遜于有線時(shí)間同步,但其系統(tǒng)相對(duì)來(lái)說(shuō)更為簡(jiǎn)單,定位基站只需要供電,數(shù)據(jù)回傳可以采用WIFI的方式,有效降低了成本。

基站時(shí)間同步之后,標(biāo)簽發(fā)送一個(gè)廣播報(bào)文,基站收到之后,標(biāo)記接收到此報(bào)文的時(shí)間戳,將內(nèi)容發(fā)送到計(jì)算服務(wù)器,計(jì)算服務(wù)器更加其他基站的定位報(bào)文的時(shí)間戳,計(jì)算出被定位目標(biāo)的位置。

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TOF定位

TOF定位是基于測(cè)距的方式,標(biāo)簽和每個(gè)需要定位的基站發(fā)起測(cè)距,測(cè)距完成后進(jìn)行位置計(jì)算。

零維模式下,只需要和一個(gè)基站測(cè)距即可;一維模式下,至少需要和一個(gè)基站測(cè)距;二維模式下,至少要和三個(gè)或以上基站測(cè)距,特殊模式下可以和兩個(gè)基站測(cè)距;三維需要和四個(gè)基站進(jìn)行測(cè)距。

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AOA定位

AOA定位一般是基于相位差的方式計(jì)算出到達(dá)角度,一般不單獨(dú)使用,由于AOA涉及到角度分辨率的問(wèn)題,若單AOA定位,若離基站越遠(yuǎn),定位精度就越差。AOA可以配合TOF測(cè)距時(shí)下定位,此模式下,單基站就可以完成定位。

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