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

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
( B1 I6 a- o0 I) W9 |
% d& U  R! d- m4 `, n+ [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：

5 g+ \4 n# p' }+ L2 U/ V单电源电压:2.8 V至3.6 V
6 K$ J  [5 M, e7 e  |' J
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

  B, m0 _9 x& V; R发射功率：-14 dBm/-10 dBm
, o( o4 o$ [  T- ?2 u) E$ ?3 v5 n
发射功率密度:<-41.3dBm / MHz  

' U2 d# v; R4 u& N8 \支持数据包大小:1023字节

  [: n/ q& a5 x$ D$ \5 r6 @调制方式：BPM（二相调制）与BPSK（二进制相位调制）

FDMA：6通道
  Z* C1 a1 J( a
CDMA：12种不同的信道编码
9 W& G/ t! o3 w* r( m! b
工业级温度范围：-40°C至+ 85°C
# S: x4 B% M6 Z
读数据手册的摘录及心得：

  f4 `. E' N# \( e+ |/ jDW1000需接外部38.4MHz的晶振，支持SPI通信。
$ E# w" B! ^# F$ ~* {! v! W( r  t9 t
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
" }; H# J1 z1 D5 V
Channel_Config[8]={
- Q) ^% H* _1 M/ o" M
/*模式1*/

& N7 |  S; M, }/ o" Q, G1 t* Q                       2,             //选择通道
) i2 k6 Y/ Y4 a1 d: D8 X! O
! W6 _1 s: S0 h$ Q8 P/ h5 B$ D                       DW1000_PRF_16M,   //脉冲频率

& L1 y' l" q7 t% X                       DW1000_BR_110K,   //波特率

                       3,            //前导码

                       DW1000_PLEN_1024, //前导码数据长度
: j* C, K. Y' R. R
                       DW1000_PAC32,     //指定PAC前导长度
. ^7 |, k* m) ?, D$ P
) }' L& D2 ]9 T2 ^                       1,      //非标SFD
! B! S9 Q$ S# G3 u) I! {: A
                       (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。
' N6 [; {! x. f/ N( r8 q
$ {% x* s7 H* ?) g* r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。
# ?; ]* M4 d: U/ {5 n9 R( J
* T2 u- m0 ]) s
5 g  x6 j- W! o
    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
8 X# H6 ?$ c" N" u" ^
1 E+ X* M9 C  f2 i9 ?（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）；
- T0 K, _0 K8 E9 D% w' N- E
, q) c7 g* f% g1 q* C& w. B( Nb.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）
, [: G5 G( Q& Y/ w! S) @! L4 V
g.使能芯片寄存器操作；
* F$ o. d  w" W( w$ y7 I
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）。
# w+ M8 `" j! X/ n( ^
（2）双向测距TWR流程（如图）:
9 N0 T8 a, r! J5 F" J
* B. o$ s6 w) F/ V! w+ M, j
  [$ A5 u1 Q5 M! p

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谢谢分享，楼主辛苦~！+
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