來源：平行機器人
整理：李肖遙
我們都知道衛星信號在室內會被嚴重影響，從而導致GPS或是北斗無法定位。所以在室內定位主要采用無線通訊、基站定位、慣導定位等多種技術集成形成一套室內位置定位系統，從而實現對人員、物體等在室內空間中的位置監控。除了通訊網絡的蜂窩定位技術外，常見的室內無線定位技術還有：Wi-Fi、藍牙、紅外線、超寬帶、RFID、ZigBee和超聲波，今天我們就來談談UWB(超寬帶)定位原理。
UWB是什么？
UWB(Ultra Wideband)超寬帶技術是一種全新的、與傳統通信技術有極大差異的通信新技術。它不需要使用傳統通信體制中的載波，而是通過發送和接收具有納秒或納秒級以下的極窄脈沖來傳輸數據，從而具有GHz量級的帶寬。
UWB與傳統的窄帶系統相比有什么區別？
超寬帶系統與傳統的窄帶系統相比，具有穿透力強、功耗低、抗多徑效果好、安全性高、系統復雜度低、能提供精確定位精度等優點。因此，超寬帶技術可以應用于室內靜止或者移動物體以及人的定位跟蹤與導航，且能提供十分精確的定位精度。
UWB的測距原理
雙向飛行時間法（TW-TOF,two way-time of flight）每個模塊從啟動開始即會生成一條獨立的時間戳 。模塊A的發射機在其時間戳上的Ta1時刻發射請求性質的脈沖信號，模塊B在Tb1時刻發射一個響應性質的信號，被模塊A在自己的時間戳Tb2時刻接收。由次可以計算出脈沖信號在兩個模塊之間的飛行時間，從而確定飛行距離S。S=Cx[(Tb2-Ta1)-(Tb1-Ta2)](C為光速)
TOF測距方法屬于雙向測距技術，它主要利用信號在兩個異步收發機（Transceiver）之間飛行時間來測量節點間的距離。因為在視距視線環境下，基于TOF測距方法是隨距離呈線性關系，所以結果會更加精準。我們將發送端發出的數據包和接收回應的時間間記為TTOT,接收端收到數據包和發出回應的時間間隔記為TTAT,那么數據包在空中單向飛行的時間TTOF可以計算為：TTOF=(TTOT-TTAT)/2
然后根據TTOF與電磁波傳播速度的乘積便可計算出兩點間的距離D=CxTTOF
TOF測距方法和兩個關鍵側約束：
1、發送設備和接收設備必須始終同步
2、接收設備提供信號的傳輸時間的長短
為了實現時鐘同步，TOF測距方法采用了時鐘偏移量來解決時鐘同步問題。但由于TOF測距方法的時間依賴于本地和遠程節點，測距精度容易受兩端節點中時鐘偏移量的影響。為了減少此類錯誤的影響，這里采用反向測量方法，即遠程節點發送數據包，本地節點接收數據包，并自動響應，通過平均在正向和反向所得的平均值，減少對任何時鐘偏移量的影響,從而減少測距誤差。
UWB的定位原理
知道了UWB的測距原理，再來了解UWB的室內定位原理就很容易了。UWB的室內定位功能和衛星原理很相似，就是通過室內布置4個已知坐標的定位基站，需要定位的人員或設備攜帶定位標簽，標簽按照一定的頻率發傻脈沖，不斷和4個已知位置的基站進行測距，通過一定的精確算法定出標簽的位置！
遮擋對UWB室內定位的影響
遮擋主要指室內定位UWB基站和定位標簽之間存在障礙物，阻礙了信號直接被互相接收，從而影響定位。
遮擋對UWB定位的影響主要分以下幾種情形：
1、實體墻：一堵實體墻的這種遮擋將使得UWB信號衰減60-70%定位精度誤差上升30厘米左右，兩睹或者兩睹以上的實體墻遮擋，將使得UWB無法定位。
2、鋼板：鋼鐵對UWB脈沖信號吸收很嚴重，將使得UWB無法定位。
3、玻璃：玻璃遮擋對UWB定位精度沒太大影響。
4、木板或紙板：一般厚度10厘米左右的木板或紙板對UWB定位精度沒太大影響。
5、電線桿或樹木：電線桿或者樹木遮擋時需要看他們之間距離基站或者標簽的距離，和基站和標簽的相對距離比較是否很小，比如，基站和定位標簽距離50米，電線桿或者樹木正好在兩者中間，25米處，這種遮擋就無大的影響，如離基站或者標簽距離很近小于1米，影響就很大。
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