什么是UWB技术
 
超宽带（Ultra Wide Band，UWB）技术是一种无线载波通信技术，它不采用正弦载波，而是利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，因此其所占的频谱范围很宽。
 
UWB测距主要依托于TOF测距方法，属于双向测距技术，UWB模块测距是通过UWB信号在两个模块之间来回传播所用的时间乘以光速的方式实现的，具体计算公式如下图所示：
 
 
距离=TOF*C(光速)
 
UWB模块图片如下图所示
 
 
 
UWB模块测距精度：华星智控UWB模块测距精度为10厘米。
 
 
UWB模块测距距离有多远？
 
 
华星智控UWB模块测距距离在条件比较好的环境中可以做到500-700米。
 
UWB测距和激光测距比较的优势和缺点分析。
 
 
UWB测距相比激光测距技术其测距精度不受粉尘、雨、雪、雾等恶劣环境影响，激光测距需要反光板，反光板上如有粉尘会影响测距效果需要经常维护擦拭，而UWB测距安装好后，后期不用维护。
 
从精度上来说激光测距的精度是毫米级而UWB测距的精度是厘米级，激光测距精度比UWB测距要高。
 
UWB测距可以用于哪些应用领域？
 
uwb测距可以用于两个静止或者运动目标的动态测距，可以用于天车，斗轮机、投料车等定位。
 
 

UWB定位技术的理论精度可以做到毫米级甚至微米，但是在实际场景中部署UWB定位系统，定位精度却千差万别，目前UWB定位系统涉及的算法主要包括TOF、TDOA等，从UWB定位算法、UWB基站的部署、实际的定位场景中等几个方面来剖析下影响UWB定位精度的8个主要的原因。
 1、UWB基站的部署方式和数量对定位精度的影响
 UWB基站的部署方式对定位精度的影响。在实际的定位坐标的解算过程中，UWB基站的数量增多意味着冗余信息的增多，丰富的冗余信息可以进一步地减小定位误差。
 但是UWB定位精度并不会随着UWB基站的增加而不断增大，当UWB基站增加到一定数量后，继续增加UWB基站对定位精度的提高并不大。并且UWB基站数量的增加意味着定位硬件部署成本的加大。因此怎样在UWB基站数量和定位精度之间找到平衡，从而合理布设UWB基站是研究UWB基站布设对定位精度影响的重点。
 2、UWB基站坐标误差对定位精度的影响
 在实际定位场景中，比如人员佩戴的UWB标签的坐标是相对于UWB基站的坐标而言的，如果UWB基站的坐标本身就有错误，那通过UWB定位引擎解算得出的定位数据必然会有误差。
 3、时钟同步误差导致UWB定位精度有误差
 TOA定位算法需要目标节点与参考节点之间精确的时间同步，TDOA定位算法需要参考节点（UWB基站）之间精确的时钟同步。因此，非精确的时间同步将导致UWB定位系统产生误差。
 但由于UWB基站标签等硬件的局限性，完全精确的时钟同步是不可能的。每一个UWB基站的时钟都会有略微的差距，如果差距在1ns就会有30厘米的定位误差，所以如果UWB定位系统中所有基站的都可以做时间同步，就进一步提升UWB定位的精度。
 4、多路径效应对UWB信号传播的影响也会导致定位精度有误差
 超宽带UWB定位信号在传播过程中，会受到周围环境如墙壁、玻璃和桌面等室内物品的反射和折射的影响，产生多路径效应。信号在延迟、幅值和相位等方面的变化，从而产生能量衰减，信噪比下降，导致首达信号并非直达信号，引起测距误差，UWB定位精度也随之下降。
 比如采用TOA估计算法中，经常用匹配滤波器输出最大值的时刻或相关最大值的时刻作为估计值。由于多路径的存在，使相关峰值的位置有了漂移，从而估计值与实际值之间存在很大误差。
 5、多址干扰对定位精度的影响
 在多个用户环境下，其他用户的UWB信号会干扰目标信号，从而降低了估计的准确性。减小这种干扰的一种方法就是把来自不同用户的信号从时间上分开，也即对不同节点使用不同的时隙进行传输。
 6、人体遮挡对UWB定位精度的影响
 人体的主要成分是水，水对UWB无线脉冲信号具有较强的吸收作用，导致UWB信号强度衰减，测距信息存在偏差，影响最终的定位精度。
 7、NLOS非视距信号传播对定位精度的影响
 视距传播(LOS)是保证信号测量结果准确的首要、必要的前提条件，当移动定位目标和UWB基站之间不能满足条件时，UWB信号的传播只能在折射和衍射等非视距条件下完成，达到接收终端。此时第一个到达的脉冲的时间并不代表TOA的真实值，脉冲的方向也不是AOA的真实值，这样就会造成一定的定位误差。
 8、UWB穿透遮挡物信号减弱对UWB定位精度的影响
 UWB信号穿透普通的砖墙时，信号值会减弱将近一半左右。因穿透墙体引起的信号传输时间的变化也会影响定位精度。

   我们都知道卫星信号在室内会被严重的影响，从而导致GPS或是北斗无法发定位。所以在室内定位主要采用无线通讯、基站定位、惯导定位等多种技术集成形成一套室内位置定位体系，从而实现人员、物体等在室内空间中的位置监控。除通讯网络的蜂窝定位技术外，常见的室内无线定位技术还有：Wi-Fi、蓝牙、红外线、超宽带、RFID、ZigBee和超声波，今天我们来谈谈UWB-Ultra Wideband(超宽带)室内测距及定位原理。
 
 
 
UWB是什么？
 
超宽带技术是一种全新的、与传统通信技术有极大差异的通信新技术。它不需要使用传统通信体制中的载波，而是通过发送和接收具有纳秒或纳秒级以下的极窄脉冲来传输数据，从而具有GHz量级的带宽。
 
 
 
UWB与传统的窄带系统相比有什么区别？
 
 超宽带系统与传统的窄带系统相比，具有穿透力强、功耗低、抗多径效果好、安全性高、系统复杂度低、能提供精确定位精度等优点。因此，超宽带技术可以应用于室内静止或者移动物体以及人的定位跟踪与导航，且能提供十分精确的定位精度。
 
 
 
UWB的测距原理
 
双向飞行时间法（TW-TOF,two way-time of flight）每个模块从启动开始即会生成一条独立的时间戳 。模块A的发射机在其时间戳上的Ta1发射请求性质的脉冲信号，模块B在Tb2时刻发射一个响应性质的信号，被模块A在自己的时间戳Ta2时刻接收。有次可以计算出脉冲信号在两个模块之间的飞行时间，从而确定飞行距离S。S=Cx[(Ta2-Ta1)-(Tb2-Tb1)](C为光速) 
 
 
 
 
 
 
 
TOF测距方法属于双向测距技术，它主要利用信号在两个异步收发机（Transceiver）之间飞行时间来测量节点间的距离。因为在视距视线环境下，基于TOF测距方法是随距离呈线性关系，所以结果会更加精准。我们将发送端发出的数据包和接收回应的时间间记为TTOT,接收端收到数据包和发出回应的时间间隔记为TTAT,那么数据包在空中单向飞行的时间TTOF可以计算为：TTOF=(TTOT-TTAT)/2
 
                                                                              
 
 
 
然后根据TTOF与电磁波传播速度的成绩便可计算出两点间的距离D=CxTTOF
 
TOF测距方法和两个关键侧约束：
 
1、发送设备和接收设备必须始终同步
 
2、接收设备提供信号的传输时间的长短
 
为了实现始终同步，TOF测距方法采用了始终偏移量啦解决始终同步问题，单由于TOF测距方法的时间以来与本地的远程几点，侧距精度容易受两端节点中的始终偏移量的影响。为了减少此类错误的影响，这里采用反向测量方法，即远程节点发送数据包，本地节点接收数据包，并自动响应。通过平均正向和反向多次测量的平均值，减少对任何始终偏移量的影响，从而减少测距误差。
 
 
 
 
 
 
UWB的定位原理
 
知道了UWB的测距原理，再来了解UWB的室内定位原理就很容易了。UWB的室内定位功能和卫星原理很相似，就是通过室内布置4个已知坐标的定位基站，需要定位的人员胡总恶化时设备携带定位标签，标签按照一定的频率发射脉冲，不断和4个已知位置的基站进行测距，通过一定的精确算法定出标签的位置！ 
 
 
 
更多关于UWB室内定位和UWB测距，咨询：0755-83408210    传送门：UWB模块SKU603应用于室内测距
 
 
 
 
 
 
原文参考：http://www.skylab.com.cn/newsview-158.html
 
希望对你有帮助。
 
 

 
 
关注、星标公众号，直达精彩内容
 

 
来源：平行机器人
 
整理：李肖遥
 
我们都知道卫星信号在室内会被严重影响，从而导致GPS或是北斗无法定位。所以在室内定位主要采用无线通讯、基站定位、惯导定位等多种技术集成形成一套室内位置定位系统，从而实现对人员、物体等在室内空间中的位置监控。除了通讯网络的蜂窝定位技术外，常见的室内无线定位技术还有：Wi-Fi、蓝牙、红外线、超宽带、RFID、ZigBee和超声波，今天我们就来谈谈UWB(超宽带)定位原理。
 
UWB是什么？
 
UWB(Ultra Wideband)超宽带技术是一种全新的、与传统通信技术有极大差异的通信新技术。它不需要使用传统通信体制中的载波，而是通过发送和接收具有纳秒或纳秒级以下的极窄脉冲来传输数据，从而具有GHz量级的带宽。
 
UWB与传统的窄带系统相比有什么区别？
 
超宽带系统与传统的窄带系统相比，具有穿透力强、功耗低、抗多径效果好、安全性高、系统复杂度低、能提供精确定位精度等优点。因此，超宽带技术可以应用于室内静止或者移动物体以及人的定位跟踪与导航，且能提供十分精确的定位精度。
 
UWB的测距原理
 
双向飞行时间法（TW-TOF,two way-time of flight）每个模块从启动开始即会生成一条独立的时间戳 。模块A的发射机在其时间戳上的Ta1时刻发射请求性质的脉冲信号，模块B在Tb1时刻发射一个响应性质的信号，被模块A在自己的时间戳Tb2时刻接收。由次可以计算出脉冲信号在两个模块之间的飞行时间，从而确定飞行距离S。S=Cx[(Tb2-Ta1)-(Tb1-Ta2)](C为光速)
 

 
TOF测距方法属于双向测距技术，它主要利用信号在两个异步收发机（Transceiver）之间飞行时间来测量节点间的距离。因为在视距视线环境下，基于TOF测距方法是随距离呈线性关系，所以结果会更加精准。我们将发送端发出的数据包和接收回应的时间间记为TTOT,接收端收到数据包和发出回应的时间间隔记为TTAT,那么数据包在空中单向飞行的时间TTOF可以计算为：TTOF=(TTOT-TTAT)/2
 

 
然后根据TTOF与电磁波传播速度的乘积便可计算出两点间的距离D=CxTTOF
 
TOF测距方法和两个关键侧约束：
 
1、发送设备和接收设备必须始终同步
 
2、接收设备提供信号的传输时间的长短
 
为了实现时钟同步，TOF测距方法采用了时钟偏移量来解决时钟同步问题。但由于TOF测距方法的时间依赖于本地和远程节点，测距精度容易受两端节点中时钟偏移量的影响。为了减少此类错误的影响，这里采用反向测量方法，即远程节点发送数据包，本地节点接收数据包，并自动响应，通过平均在正向和反向所得的平均值，减少对任何时钟偏移量的影响,从而减少测距误差。
 

 
UWB的定位原理
 
知道了UWB的测距原理，再来了解UWB的室内定位原理就很容易了。UWB的室内定位功能和卫星原理很相似，就是通过室内布置4个已知坐标的定位基站，需要定位的人员或设备携带定位标签，标签按照一定的频率发傻脉冲，不断和4个已知位置的基站进行测距，通过一定的精确算法定出标签的位置！
 

 
遮挡对UWB室内定位的影响
 
遮挡主要指室内定位UWB基站和定位标签之间存在障碍物，阻碍了信号直接被互相接收，从而影响定位。

 

 
遮挡对UWB定位的影响主要分以下几种情形：

 
1、实体墙：一堵实体墙的这种遮挡将使得UWB信号衰减60-70%定位精度误差上升30厘米左右，两睹或者两睹以上的实体墙遮挡，将使得UWB无法定位。
 
2、钢板：钢铁对UWB脉冲信号吸收很严重，将使得UWB无法定位。
 
3、玻璃：玻璃遮挡对UWB定位精度没太大影响。
 
4、木板或纸板：一般厚度10厘米左右的木板或纸板对UWB定位精度没太大影响。
 
5、电线杆或树木：电线杆或者树木遮挡时需要看他们之间距离基站或者标签的距离，和基站和标签的相对距离比较是否很小，比如，基站和定位标签距离50米，电线杆或者树木正好在两者中间，25米处，这种遮挡就无大的影响，如离基站或者标签距离很近小于1米，影响就很大。
 
来源整理于网络素材，版权归原作者所有，如有侵权，请联系删除，谢谢。

 
‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧  END  ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧
关注我的微信公众号，回复“加群”按规则加入技术交流群。

 
欢迎关注我的视频号：
 

 
点击“阅读原文”查看更多分享，欢迎点分享、收藏、点赞、在看。