超宽带UWB高精度定位技术

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      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。
1.背景及相关技术
/ j$ U8 u9 i# I# i% ^
# s" r) A9 O% j: f* T' G/ dUWB（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。

1 Y; z" Z$ b' Q  @* ~3 f0 u. |6 o2.芯片选择

: Y7 L4 o3 y: h3 d6 p9 _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：

+ s1 A$ i! J* U. W单电源电压:2.8 V至3.6 V
2 P( O! E8 k+ j9 q* @4 L
数据传输速率：110 kbit/s，850 kbit/s和6.8 Mbit/s；
  ^; ^/ [7 u7 R0 Q2 f7 r! d+ @5 g
# X0 Z, W5 i2 R3 E( T9 O6频段：从3.5 GHz至6.5 GHz
" d, g" P- u5 K* C9 {7 y! L4 T
发射功率：-14 dBm/-10 dBm
8 R( k( e, ?/ ^$ W; ?! b1 y
发射功率密度:<-41.3dBm / MHz  

' K) k- ~% N! o7 w) u# n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）
, x8 i  {! H4 Z1 T" ~: s& c
$ O. w& }& j  ~4 v4 ]$ r/ H. CFDMA：6通道
- v1 R8 {- r/ J! Q5 R6 v7 v
& p0 A& }) v* d0 q0 w; [CDMA：12种不同的信道编码

( Q# N' `& q2 c% E8 g* T工业级温度范围：-40°C至+ 85°C
( f! E, {6 z1 o" {. N* M2 i
读数据手册的摘录及心得：

# H5 j. s8 Q0 v! S, k9 K- q; V# gDW1000需接外部38.4MHz的晶振，支持SPI通信。
' Z8 W, D  M6 ~
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。
! r5 i" O0 ^; D
: H" e! ]! Y; e6 ?1 u: T比如：模式1
) `! v6 U8 V, W5 ?$ [- ^
9 i: k. h5 ~" q* ~Channel_Config[8]={
8 X: Y" ]' s& Y, z: ~: A
/*模式1*/

                       2,             //选择通道
$ P1 C' `: C# w' I  Z7 T! X
                       DW1000_PRF_16M,   //脉冲频率
- v6 L& O9 C9 N$ h, w+ r0 u" L
: w- f, r6 L2 L/ ?. R2 @9 O/ e                       DW1000_BR_110K,   //波特率
8 R3 n8 @! o3 S6 r2 V
5 o+ j* _9 O. Q6 ^                       3,            //前导码

" N' ~7 {# L% o; X( ~                       DW1000_PLEN_1024, //前导码数据长度

, }; v* N% ?7 Q" f7 ?4 h9 g                       DW1000_PAC32,     //指定PAC前导长度
3 W& T5 x  n- v; q! X2 ?5 I% }9 o. u
6 t1 N! g# {7 q% {/ V; D3 {                       1,      //非标SFD

( l+ F" ^0 t; N# L/ u" A- y                       (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。
+ m8 g# h6 s0 r8 F


) g9 z: l0 Z0 m/ e% J    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。
/ a6 n5 |* ~2 e* Y* G& A
3.软件流程

3 Y4 m3 r& r9 ~( d* Q（1）使能DW1000软件操作流程：

/ L! i, H) C5 T% p$ @$ {$ Ua.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）；
) [5 c' ]4 x6 U* U5 f& K
9 f( U' L1 ~: ~& j( @1 Nb.关中断(若开启了外部中断)；
. E- X0 A( s' t7 }6 w
/ _1 W" O- V9 q8 gc.复位；
+ _+ G0 g5 j1 F! }
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）

; t# V: O) L5 Qf.配置信道参数（通道数、频率、数据速率、引导码、PAC、SFD等）
6 \. d# n# o  Z% J4 x# n( t
g.使能芯片寄存器操作；

5 ?; r7 ~* F0 k# H+ O0 th.使能中断；

/ S4 y& W' ]2 K- s$ Fi. Tag/Anchor发送（Poll message）接收（Response message）消息帧，记录时间戳（timestamp）。

+ T; u2 Y9 Q7 }（2）双向测距TWR流程（如图）:


& R6 I$ X: E4 Z3 H
* W9 n6 I+ ~5 H( M  }; |

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谢谢分享，楼主辛苦~！+
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