超宽带UWB高精度定位技术

1.背景及相关技术

UWB（Ultra Wide Band，超宽带）是一种以极低功率在短距离内高速传输数据的无线通信技术，UWB具有抗干扰性能强、传输速率高、带宽极宽、消耗电能小、发送功率小等诸多优势，主要应用于室内通信、家庭网络、位置测定、雷达检测等领域。系统容量大发送功率非常小，其电磁波辐射对人体的影响也会很小，应用面就广。

2.芯片选择

选择DecaWave公司的DW1000芯片。符合IEEE802.15.4-2011超宽带标准。按照数据手册上应该最小误差在10厘米以内。DW1000的最远传输距离为450米（直视距离，非直视距离为45米）。芯片功耗低，可双向测距和定位，可作为目前室内定位（还有说法是地下定位也可以）技术RFID及WiFi的补充。参数如下：

单电源电压:2.8 V至3.6 V

数据传输速率：110 kbit/s，850 kbit/s和6.8 Mbit/s；

6频段：从3.5 GHz至6.5 GHz

发射功率：-14 dBm/-10 dBm

发射功率密度:<-41.3dBm / MHz  

支持数据包大小:1023字节

调制方式：BPM（二相调制）与BPSK（二进制相位调制）

FDMA：6通道

CDMA：12种不同的信道编码

工业级温度范围：-40°C至+ 85°C

读数据手册的摘录及心得：

DW1000需接外部38.4MHz的晶振，支持SPI通信。

引脚说明：

DW1000有8个通道需要配置，最大接收带宽为900MHz，编程会用到。

比如：模式1

Channel_Config[8]={

/*模式1*/

                       2,             //选择通道

                       DW1000_PRF_16M,   //脉冲频率

                       DW1000_BR_110K,   //波特率

                       3,            //前导码

                       DW1000_PLEN_1024, //前导码数据长度

                       DW1000_PAC32,     //指定PAC前导长度

                       1,      //非标SFD

                       (1025 + 64 - 32) //SFD超时

                   }

支持的波特率为：

DW1000有两个频率合成器，本地时钟即外部和系统时钟。带宽设置有两种模式：500MHz和900MHz。由相关寄存器设置特定的带宽模式。带宽设置的增加范围大了，相应功耗也就增加。因此该TX脉冲宽度允许传输的带宽应该合理控制。DW1000寄存器是不可编程的，需要写相关值来控制。

看完数据手册，接下来就好好啃两百多页的英文用户手册，看看SPI读写操作和各个寄存器值的读写操作。大概有四十多个寄存器。DW1000对于寄存器的操作十分严格，尤其是时间同步控制。两种定位方法：到达时间差（TDOA）和双向测距（TOF）定位。时间控制不合适会导致定位误差。

    湿度大也会衰减发射信号的强度，影响距离，比如阴雨天时，收音机的信号就明显差很多。因为无线电波的传播介质发生了变化，介质的性质（介电常数）发生变化，电磁波波速就会产生变化。

3.软件流程

（1）使能DW1000软件操作流程：

a.设备初始化（时钟初始化、GPIO初始化、中断优先级配置、串口及SPI初始化等）；

b.关中断(若开启了外部中断)；

c.复位；

d.读取芯片32位ID号（如果读取设备寄存器成功，返回设备号0xDECA0130，说明硬件初始化正常）；

e.指定角色（Tag/Anchor）

f.配置信道参数（通道数、频率、数据速率、引导码、PAC、SFD等）

g.使能芯片寄存器操作；

h.使能中断；

i. Tag/Anchor发送（Poll message）接收（Response message）消息帧，记录时间戳（timestamp）。

（2）双向测距TWR流程（如图）:

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最后

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