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。
$ Z' v( {7 K7 F1 h+ w8 k1.背景及相关技术

7 e2 r; L& A3 z6 ?. F, }3 B, u% N) B! nUWB（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。
# l% k; c" s( Y  n3 U7 N
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

# B+ [* L' [6 K& O) x9 K数据传输速率：110 kbit/s，850 kbit/s和6.8 Mbit/s；

! G+ H) u* x/ f6 B3 Q. n" x$ n6频段：从3.5 GHz至6.5 GHz
' ~0 m  S/ Y' j% K  N# J) r
& [. G& s9 U9 P  L$ K2 W1 Q  N6 M/ H发射功率：-14 dBm/-10 dBm

+ p8 _4 R( }$ K( N发射功率密度:<-41.3dBm / MHz  
/ g$ P( T: h" D0 @# r
" o7 N" Q: ~! Q% K支持数据包大小:1023字节

$ U+ L5 m+ D: H调制方式：BPM（二相调制）与BPSK（二进制相位调制）

FDMA：6通道

& `. J$ R! F4 W; }  O+ {2 |3 d- t2 WCDMA：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：
2 j$ f& U) i# Y9 j) H& P
7 i) t2 M% o7 _% V% u! t8 G; MDW1000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
0 A5 P2 ]  s* P3 M1 }" O$ x
Channel_Config[8]={
9 @/ [/ y1 W& |+ k" _
/*模式1*/

                       2,             //选择通道

2 t* I2 v$ ~. l! n' E6 a! ^                       DW1000_PRF_16M,   //脉冲频率
, l, ]2 N/ F: l
6 b3 O8 R7 U7 n5 {0 c/ u- T                       DW1000_BR_110K,   //波特率
5 I. t" i% H& g. R) V
- p+ P/ i0 T  u                       3,            //前导码

                       DW1000_PLEN_1024, //前导码数据长度

) u8 f; j# x2 H0 g' X                       DW1000_PAC32,     //指定PAC前导长度

                       1,      //非标SFD

/ t5 G" [' @& |                       (1025 + 64 - 32) //SFD超时

3 V1 ?) y6 I+ n1 N$ d& @1 g                   }
. f' X; H1 X1 i  X7 s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。
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2 j9 Q( h3 H) X7 l- T5 H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。
9 i( R6 X7 ^, q! W
$ }8 H6 m8 R( R9 w8 X- j. n9 @
9 a9 a/ m2 V0 u1 j% @# D
  q* P6 |4 c! c' `' _. l    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）；
+ x" d2 E9 y& K! y( }: O
/ C+ L8 z( m8 I  Mb.关中断(若开启了外部中断)；
; g8 H* s7 H/ h" V- S: j: n
2 z0 W3 v# e/ k& \1 pc.复位；
2 J& @* G! T& E2 @1 R! ^) [
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）；

& \6 z+ L9 A8 O- F. {6 Qe.指定角色（Tag/Anchor）
1 c4 z* S& B2 p, a! X
# ]& b- ^( O3 N' \1 r% H3 A$ a: \) W1 nf.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；
; e; |) t( ^( W5 o
' v4 r2 C! L' k+ ^6 Yi. 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）:
8 V; j" p( c# K, B* |! S1 `
  @& i0 G; F$ {3 L" p* m( [
- Y1 K: ~' ~) w0 }) }

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: N4 `1 p# W4 Z8 C* ^谢谢分享，楼主辛苦~！+
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