UWB定位原理

UWB定位原理

随着科技的发展与进步，全球卫星定位系统（GPS）已经可以在室外提供稳定、精确的定位导航服务，但在室内或者有障碍物遮挡情况下,GPS因其信号穿透能力较差而无法实现精确的室内定位服务，因此室内定位成为定位导航领域里的“最后一公里"问题。再加上近年来短距离无线通信和移动网络技术的迅速发展催生了市场对高精度室内定位的强烈需求，所以，如何实现稳定、可靠的室内定位逐渐成为行业内关注的热点。

为解决室内定位这一难题，国内外研究人员尝试了红外传播技术、WLAN技术、超声波技术射频识别技术（RFID）、蓝牙技术、Zig一 Bee技术等。但受限于作用距离、交互性能、定位精度、抗干扰能力、功耗以及成本等条件，这些室内定位技术都没能广泛推广应用开来。超宽带（UWB）技术是一种无载波通信技术，其具有的抗干扰能力能强、安全性好、穿透能力强、传输速率高、系统容量大以及功耗非常低等优点使其为室内定位技术提供了另一种可能。

如图1所示，华星智控最小UWB定位系统主要由标签节点（Tag）、定位基站（anchor）和服务器（含定位软件）组成，其中标签节点由被定位者携带其位置是未知的，定位基站与服务器相连，定位基站的位置固定且已知。定位基站每隔一定时间服务器发送其检测到的标签节点定位信号，服务器收到信号后经过处理通过定位算法就可以得出标签节点的位置。按照测量参数的不同，UWB的定位方法可以分为接收信号强度法（RSSI)、到达角度法（AOA）、到达时间法（TOF）和到达时间差法（TDOA）等。

下面介绍下TDOA的算法

TDOA定位算法是利用不同参考节点接收到的同一标签节点的定位信号的时间差来计算标签节点到不同参考节点的距离差d, 由此可以得出参考节点间的双曲线，双曲线的交点即为标签节点的位置如图2所示。

图中Re照= 1、2、3）为位置固定且已知的参考节点，x（x，y）为位置待测标签节点，设Refi坐标分别为气，YD，根据参考节点传回的时间差At建立距离方程组：

因为各参考节点的位置信息是书籍的，故解（3-2）式即可得到待测节点的位置信息，这种方法是基于TOA算法的改进，但其对各参考节点的时间要求严格同步，为提高定位精度也可先利用不同参考节点收到的信号进行相关运算来获取TDOA值，再进行定位计算。