「知識(shí)篇」UWB精確測(cè)距與定位技術(shù)優(yōu)勢(shì)的詳細(xì)探討

UWB650模塊是思為無線新發(fā)布的一款雙邊雙向測(cè)距，三點(diǎn)平面定位模塊，WB650模塊是在UWB3000F27基礎(chǔ)上研發(fā)，并搭載單片機(jī)，用戶無需配置可直接使用。

遵循IEEE 802.15.4-2020標(biāo)準(zhǔn)的UWB技術(shù)及其通信協(xié)議，提供高精度、低功耗和低延遲的無線通信解決方案，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)、節(jié)能和快速的無線連接。

支持UWB通道 5（6489.6MHz），該信道具有良好的信號(hào)穿透性和傳輸穩(wěn)定性，適用于高精度定位和可靠的數(shù)據(jù)通信應(yīng)用。

空中速率傳輸

空中數(shù)據(jù)速率：支持6.8Mbps和850Kbps的空中數(shù)據(jù)速率，提供高速數(shù)據(jù)傳輸和低速低功耗通信的靈活選擇，滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。

傳輸速率：采用半雙工模式進(jìn)行通信，傳輸速率為每秒1000個(gè)數(shù)據(jù)分包，每個(gè)分包的最大容量為1010字節(jié)。發(fā)送和接收數(shù)據(jù)需要交替進(jìn)行，這種傳輸方式適用于對(duì)數(shù)據(jù)包大小和傳輸速率有較高要求的應(yīng)用，能夠在合理的帶寬條件下實(shí)現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)交換。

數(shù)傳支持：支持AES-128加密技術(shù)，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?。在啟用加密功能后，每個(gè)數(shù)據(jù)包的最大容量減少到99字節(jié)，以保證在加密狀態(tài)下的高效、安全數(shù)據(jù)傳輸。這種加密方式能夠有效防止數(shù)據(jù)竊取和篡改。

高速串口通信

串口通信速率最高可達(dá)115200，支持高速數(shù)據(jù)傳輸，能夠滿足大多數(shù)串口設(shè)備的通信需求，確保數(shù)據(jù)在傳輸過程中的穩(wěn)定性和高效性。

通信靈活管理：

通過分組ID和設(shè)備ID進(jìn)行管理，每個(gè)模塊都分配有唯一的設(shè)備ID，同時(shí)屬于特定的分組ID。模塊可以通過分組ID識(shí)別同一組內(nèi)的其他模塊，實(shí)現(xiàn)一對(duì)一或廣播通信。

一對(duì)一通信：一對(duì)一通信時(shí)，數(shù)據(jù)僅在特定的發(fā)送端和接收端之間傳輸，確保定向通信的安全性和效率。

廣播通信：而在廣播通信模式下，數(shù)據(jù)將被發(fā)送到同一分組內(nèi)的所有模塊，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)同步通信。這種靈活的通信方式適用于各種復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，支持多設(shè)備間的協(xié)同工作和數(shù)據(jù)共享。

測(cè)距功能

分主機(jī)（一個(gè)主機(jī)對(duì)五個(gè)從機(jī)）：其中一個(gè)主機(jī)可以同時(shí)對(duì)最多五個(gè)從機(jī)進(jìn)行距離測(cè)量。這種配置使得主機(jī)能夠有效地管理和計(jì)算與多個(gè)從機(jī)之間的距離

測(cè)距原理：DS-TWR（雙邊雙向測(cè)距)通過主機(jī)和從機(jī)之間的雙向信號(hào)傳輸，測(cè)量信號(hào)的往返時(shí)間來精確計(jì)算距離。主機(jī)發(fā)送信號(hào)，從機(jī)回應(yīng)，主機(jī)通過測(cè)量信號(hào)往返時(shí)間來計(jì)算實(shí)際距離。這種方法提供高精度測(cè)距，適用于定位和跟蹤。

三點(diǎn)平面定位法：通過測(cè)量目標(biāo)與三個(gè)已知位置點(diǎn)的距離，利用三角測(cè)量原理進(jìn)行精確定位計(jì)算。

測(cè)距距離：支持最長(zhǎng)1公里的通信距離，每次測(cè)距大約需要25毫秒

定位功能

分基站和標(biāo)簽：支持一個(gè)標(biāo)簽與三個(gè)基站配對(duì)，最多可以管理三十個(gè)標(biāo)簽，所有標(biāo)簽均可與這三個(gè)基站進(jìn)行通信。

其他功能

系統(tǒng)支持通過串口進(jìn)行升級(jí)，并允許配置各種參數(shù)，以便根據(jù)具體需求調(diào)整設(shè)置。

定位方案對(duì)比

UWB定位常用的定位方法主要主要有幾種，通過到達(dá)時(shí)間差定位法TDOA、飛行時(shí)間測(cè)距法TOF、到達(dá)角度定位法AOA，前面兩種一般可以單獨(dú)使用，后面的AOA一般是和TOF或者TDOA進(jìn)行融合定位。

TOA定位是UWB技術(shù)中的一種重要定位方式，它通過測(cè)量無線信號(hào)從發(fā)射器到接收器的傳播時(shí)間來計(jì)算距離，從而實(shí)現(xiàn)定位，TOA可以提供非常高的定位精度同時(shí)具有較好的抗干擾能力。

TDOA是基于到達(dá)時(shí)間差定位，系統(tǒng)中需要有精確時(shí)間同步功能，同步精度非常高。對(duì)硬件的要求也是極高的，增加了網(wǎng)絡(luò)維護(hù)的復(fù)雜度，也增加了施工的復(fù)雜度，成本升高。

AOA定位一般是基于相位差的方式計(jì)算出到達(dá)角度，一般不單獨(dú)使用，由于AOA涉及到角度分辨率的問題，若單AOA定位，若離基站越遠(yuǎn)，定位精度就越差。

TOF定位是基于測(cè)距的方式，標(biāo)簽和每個(gè)需要定位的基站發(fā)起測(cè)距，測(cè)距完成后進(jìn)行位置計(jì)算。