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标题: 超宽带UWB高精度定位技术 [打印本页]
作者: 1047521767    时间: 2021-10-16 10:49
标题: 超宽带UWB高精度定位技术
      初次接触超宽带（UWB）无线通信技术，先了解和认识一下。准备做机器人室内定位，没拿到模块之前，先啃英文数据手册，好像还没有中文版本的，做个笔记。定位考虑过ZigBee和BLE，最后还是选择了UWB技术，抗干扰性能更强，定位精度高（±10cm），低成本、低功耗，数据传输速度快，UWB能在10米左右的范围内实现数百Mbit/s至数Gbit/s的数据传输速率,可达到6.8Mb/s。
9 l8 ^1 S' j9 F1 z7 d; [0 V5 s1.背景及相关技术& `. J# f& U, ~2 q; i! h& F2 Q7 U
: A) ~8 }! L* J1 N: `& T) K
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。* Z9 z7 }5 a: J+ K% q9 k
" n) z+ L8 [% `9 c6 q+ g& f
2.芯片选择  W% [' g6 w0 b6 J% d

9 C( f+ i' z8 v6 u$ b: t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：6 ]  E: D2 x; r

4 g; P) m8 j. A' N" t- ~单电源电压:2.8 V至3.6 V5 z( n& ?& `  f" |0 F; c/ k

! V+ j4 z; m. C% n' Q  n/ j数据传输速率：110 kbit/s，850 kbit/s和6.8 Mbit/s；
3 a9 q  `5 d" U4 h/ Z" T% j9 [( R, K7 I, p+ Q
6频段：从3.5 GHz至6.5 GHz
$ y# E% B' G! S2 L  }& T/ G4 g! k3 W; p  w+ s8 w! E: c* Z, p
发射功率：-14 dBm/-10 dBm; F, F8 E( n3 y) f! L: _- H
3 i+ ?3 n- i" e7 {  s3 R
发射功率密度:<-41.3dBm / MHz  : N& r1 ^" h7 |

8 v# a( W) z& A6 J  B支持数据包大小:1023字节
4 z! t6 r$ a- `; A4 D; I; t
8 A: E- h0 J7 o% @调制方式：BPM（二相调制）与BPSK（二进制相位调制）/ q* C  o1 `1 L) h0 F

. V' b& ^" p4 Y2 M/ n3 gFDMA：6通道/ f4 L  K5 W' }' j) g& `
; Z* I4 e: y% X1 Z/ ?' y  h2 W
CDMA：12种不同的信道编码
: F; A  j. m, }/ b/ a3 h7 K# D/ P3 O1 N! `3 Y! `! Z
工业级温度范围：-40°C至+ 85°C
+ _3 J4 H( u9 h9 l7 h3 P- l6 A
  R" W: ~, t5 D7 p" `# l读数据手册的摘录及心得：! V3 v. E" F/ o6 h/ H/ [
  u% Y' ~: E6 {  y" [- k3 E+ {. q
DW1000需接外部38.4MHz的晶振，支持SPI通信。( }& j, a  b; k

, v) M$ B1 J' h5 k0 P' Q5 ^& b0 `引脚说明：
8 [' C. F3 f1 b) V, Z) q5 N! l8 Z* Z2 \, S0 Q) O, m) c
DW1000有8个通道需要配置，最大接收带宽为900MHz，编程会用到。
8 y' y1 b$ E* U/ E- S9 V, f/ h( c& B( O
比如：模式13 [, J" [+ e% |( m5 n# D0 N
* s% g) \$ J" k
Channel_Config[8]={
  m1 H- ^* X! U) o" Q
1 q* T7 s" M8 e/*模式1*/5 |2 n2 v+ ]; k6 e. q3 _4 _

  Y1 P2 K/ n; ^4 r# k' E                       2,             //选择通道8 Y; c* b4 S# D3 E: p7 n& V- ]

5 L" w  t3 c! l* i; q                       DW1000_PRF_16M,   //脉冲频率" h) c4 ^( x- t- f& @$ j

: I2 E: \  s, X* F6 d# ^) B                       DW1000_BR_110K,   //波特率
. f9 z, u- S8 O0 J! }0 L
+ P7 r: @5 e. x( l                       3,            //前导码
* u( G8 ]/ S3 a
/ z) r7 `2 C4 u/ ?% _8 ~                       DW1000_PLEN_1024, //前导码数据长度
. T3 D: m8 f2 R1 k+ D) n  b1 @. U* b- _- n
                       DW1000_PAC32,     //指定PAC前导长度1 g2 U! B6 c- O: ^1 t: }, P3 R

9 r1 @# x; P" u                       1,      //非标SFD, J% |8 h2 g: b
* H7 x0 c$ M/ f( M
                       (1025 + 64 - 32) //SFD超时( f2 P! s5 s0 s/ R! I) F

8 ?# ~+ s2 H) O, d, R                   }
0 X3 P! U2 q1 G支持的波特率为：
6 t7 n4 `  X1 h0 x0 A( H+ X7 E0 q4 q; s0 X# q# y
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。
. t$ M% |! f# e4 l; s0 Y' i
7 A$ F: ~% [* [( R: R/ U2 i' x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。
; c6 {/ H0 j0 A6 \+ F0 C/ X; w1 F% L* M8 H0 Q- \( d

3 X$ U) @; m. V, }; z
; P, S+ j8 v, Q1 }    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。8 y* O$ R: u" F+ S' G

1 j; F* |8 O; w3.软件流程+ Z1 b7 O8 s9 V. N
( J. ^* H" y0 E1 S' z' Z
（1）使能DW1000软件操作流程：) A4 _" e9 h$ y8 z& f

" `9 u; t4 _$ t) N/ Y, ba.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）；- H: P7 A6 {( s5 j* h9 K

4 X2 R' O2 |) \% ~b.关中断(若开启了外部中断)；& V) \" h3 o% q6 N
; H1 f8 R+ n5 f5 t3 k
c.复位；7 T5 M+ M$ e- |2 f

% S% a+ F- U1 N) L% c7 td.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）；. p" ]: `3 U7 {/ U. T4 |

* g  q2 v; w* p0 s" V4 o+ `e.指定角色（Tag/Anchor）' {- Q2 d! a5 _+ j' X- }
8 i) I% D9 h) t  u4 D  W; s
f.配置信道参数（通道数、频率、数据速率、引导码、PAC、SFD等）
6 T7 X% U9 d# q0 b! x4 v+ m
! z% j: H* l0 D' wg.使能芯片寄存器操作；
0 k% E" z( q+ U* c, p/ l3 W' p
" M6 _5 D! b4 I/ {6 s. ?5 E) Eh.使能中断；% Z' `, Z# T. i" {' R

' Q: I. o. f  T! y" C- g7 X2 g3 Di. Tag/Anchor发送（Poll message）接收（Response message）消息帧，记录时间戳（timestamp）。$ a' t& w4 ]& Y4 g, y$ R9 b# {

! Q' ]0 Q/ X  ]% }3 y' y1 D0 w3 L（2）双向测距TWR流程（如图）:
' R0 I. N; S: \: \% B7 D1 a* ^
, T. x( d" j5 U# u& Y! m7 F1 |" f! P6 ^7 I! p* _

$ v0 S# Y9 Z. [) ~8 Z/ O, U* q  H

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作者: 1051373629    时间: 2022-4-17 19:42
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谢谢分享，楼主辛苦~！+
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