UWB测距模块无线通信自组网测距

UWB 定位技术具有高精度定位特性,经常用作室内定位场景,UWB测距模块可以实现模块和模块之间的精准测距,可以实现1对1,1对多或者多对多的测距应用模式。测距模块通信距离可到300米,测距精度可到10~30厘米。

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)









美国联邦通信委员会FCC从相对带宽和绝对带宽来对UWB信号进行定义:相对带宽大于20%或者绝对带宽大于500MHz的信号是超宽带信号,并设定了其频谱范围为3.1~10.GHZ。
按照移动台是否与参考基站有时钟同步关系,TOA的测距方式可以分为两种:单程测距(One Way Ranging,OWR)和双程测距(Two Way Ranging,TWR)。
(1)单程测距方式
如果待定位节点与参考基站间有着共同的时钟,那么我们采用单程测距来计算两者之间的距离值。如图下图所示,假设节点A在时刻 T0将包含时间标识的信息包传递给接收节点 B,接收节点在T1时刻收到该信号,则两个节点的距离为c(T1-T0),其中c为电磁波的传播速度。

(2)双程测距方式
如果参考基站与待定位节点间没有共同的时钟,那么我们使用双程测距来完成,利用收发双方往返的时间差来求解距离。如图下所示,发射端A在T0时刻发射超宽带信号,在T1时刻接收到该信号。由此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d,见式(3):

要获得良好的定位精度,必须实现定位节点与参考基站间完全的时间同步其作用就是使收发双方的时间步调相同。但在实际中,由于存在多路径环境的影响,信号在传输的过程中存在噪声的干扰,导致它很难实现待定位点与参考基站之间严格的时间同步,往往存在随机时延。相交的往往不是一个点,而是一个区域,需要采用辅助的定位算法来进行目标位置的计算。这样就使得我们对高精度时间获取非常昂贵,即使非常微小的时间差值都可能会导致百米的距离误差。虽然双程测距能够避免待定位节点和参考基站之间的时间差值,但是信号需要在定位点和参考基站之间往返两次,这就累加了信号传播过程中的误差,降低了定位的精度。所以,基于TOA 的定位方法在实际当中并不经常使用。
