超寬帶技術(shù) (UWB) 是最佳定位跟蹤技術(shù)，因?yàn)槌瑢拵Ъ夹g(shù) (UWB) 的設(shè)計(jì)的初衷就是實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)距估計(jì)，同時(shí)進(jìn)行雙向通信。所以 UWB 是當(dāng)今最好、最先進(jìn)的定位技術(shù)。今天就帶大家深入的了解一下UWB技術(shù)的工作原理吧。

為什么說(shuō) UWB 最適合室內(nèi)定位跟蹤？

UWB 的固有特性意味著，它可以實(shí)現(xiàn)比其他技術(shù)更精確的室內(nèi)定位和距離測(cè)量。 如圖1所示，UWB 脈沖（中間和右側(cè)圖）只有 2 納秒 (ns) 寬，因此不受反射信號(hào)（多路徑）干擾和噪聲的影響。UWB 射頻 (RF) 脈沖邊緣清晰，因此在存在日常環(huán)境中常見(jiàn)的信號(hào)反射和多路徑效應(yīng)的情況下仍能精確測(cè)定到達(dá)時(shí)間和距離。

圖1 將 UWB 作為解決方案時(shí)，反射信號(hào)（灰色）不會(huì)影響直接信號(hào)（藍(lán)色）。IR-UWB 信號(hào)（中間和右側(cè)）的上升和下降時(shí)間（邊沿）比標(biāo)準(zhǔn)窄帶信號(hào)（左側(cè)）更短，因此可以精確地測(cè)量信號(hào)的到達(dá)時(shí)間。這也有助于 UWB 信號(hào)在存在噪聲和多徑效應(yīng)的情況下保持其完整性和結(jié)構(gòu)。 即使在噪聲條件下，如圖1（右側(cè)）所示，2ns 寬的脈沖無(wú)線電 UWB 脈沖的到達(dá)時(shí)間幾乎未受影響。相比之下，如圖 2 所示，窄帶信號(hào)受到噪聲的影響比較明顯。

圖2 我們已使用窄帶無(wú)線電技術(shù)對(duì)基于 ToF 的方法進(jìn)行了試驗(yàn)。如圖 3所示，窄帶信號(hào)對(duì)多路徑非常敏感，因?yàn)榉瓷湫盘?hào)（深灰色）可與直達(dá)經(jīng)信號(hào)（淺灰色）進(jìn)行具有破壞性的結(jié)合，從而在接收機(jī)端生成最終信號(hào)（藍(lán)色）。這會(huì)影響信號(hào)超越閾值（用于測(cè)量 ToA）的時(shí)間，從而降低精度。

圖3 UWB 的精度優(yōu)勢(shì)非常明顯。UWB 完全能夠以 5 至 10 厘米的精度測(cè)量距離和位置。相比之下，藍(lán)牙、Wi-Fi 以及其他窄帶無(wú)線電標(biāo)準(zhǔn)只能實(shí)現(xiàn)米級(jí)精度。此外，由于 UWB 無(wú)線電脈沖極短，多徑效應(yīng)下，直達(dá)徑信號(hào)不會(huì)與多徑信號(hào)重疊，因此不會(huì)損壞信號(hào)完整性和強(qiáng)度。 這表明，UWB 具有以下特性：

超精準(zhǔn)，提供厘米級(jí)精度，比 BLE 和 Wi-Fi 精確 100 倍

超可靠，在存在多徑反射的情況下能夠保持信號(hào)完整性

UWB 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)比較和選擇

UWB 利用 ToF 的概念，這是一種通過(guò)將信號(hào)的 ToF 乘以光速來(lái)測(cè)量?jī)蓚€(gè)無(wú)線電收發(fā)器之間距離的方法?；谶@個(gè)基本原理，可根據(jù)目標(biāo)應(yīng)用的需求以不同的方式實(shí)現(xiàn) UWB 定位技術(shù)。 最佳拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要由應(yīng)用決定。這也就是說(shuō)，設(shè)計(jì)工程師首先要將應(yīng)用和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)匹配。 對(duì)于每種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，分別最適合哪種應(yīng)用？這些用例主要側(cè)重于三個(gè)不同的領(lǐng)域：感應(yīng)式門(mén)禁、定位服務(wù)和設(shè)備對(duì)設(shè)備（點(diǎn)對(duì)點(diǎn)）應(yīng)用。圖4 詳細(xì)介紹了 TWR、TDoA、反向 TDoA 和 PDoA 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的最佳應(yīng)用。

圖4 怎么樣通過(guò)上面的介紹，您對(duì)超寬帶技術(shù) (UWB)的工作原理是不是有了很深入的了解呢？

編輯：黃飛

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