UWB定位技术简介（uwb 定位应用）

一、UWB技术原理与特点 UWB（ultra wide band）是应用于无线通信领域的一种低功耗的无线电技术，采用纳秒级或亚纳秒级的脉冲实现无线通信 美国联邦通信委员会（FCC）规定，UWB信号的相对带宽（ 即信号带宽与中心频率之比）不小于0.2 或者绝对带宽不小于500 ＭＨz， 并且适用指定的 3.1~10.6 GHz频段的信号， UWB 系统发射机的有效各向同性辐射功率不超过 -41.25 dBM/MHz。

如图所示，窄带通信，带宽1MHz，功率谱密度很高；宽带通信，带宽为20MHz；而超宽带通信的带宽范围是500MHz~几GHz，所以它的功率谱密度很低 相关的协议标准见IEEE 802.15.4a-2007、IEEE 802.15.4-2011（低速传感器网络）、IEEE 802.15.4z和IEEE 802.15.3（高速短距离数据传输）。

UWB技术的特点有：通信带宽极宽，适合短距离高速通信（连续波超宽带）； UWB 系统的传输速率也可以在短距离上达到几百 Mbit/s，传输速率高，UWB系统单位面积的传输速率约为 1000kbps/m，空间容量大；

时间分辨率高，便于精确获取到达时间信息，对多径抗干扰能力较强，适用于高精度定位系统； 发射功率谱密度很低，降低信号的截获概率； UWB 系统采用跳时扩频，已知发送端扩频码时，接收机才能解出发射数据，安全性高；

不需要调制和变频，体积小，系统的结构简单，成本低，功耗小；低功耗，低辐射，具有相当的穿透能力，适合大多数室内应用。二、定位技术对比 下面是几种常见的室内定位技术对比

另外，在搜索相关UWB定位的专利，我们可以发现2014-2017年相关专利数量开始增加，并在2018-2020年达到顶峰，可以说UWB定位产业现在非常火爆 当然，C-V2X定位技术仍在研究发展中，据3GPP R17计划，预期定位精度将达到0.3米，这方面内容笔者也将持续关注。

三、定位技术原理 首先介绍一下传统的卫星定位原理：

天上的卫星坐标已知，在用户附近安装 GPS 接收设备，该接收设备同时接收到四个卫星的信号，计算得出用户高精度的瞬时位置接收机的时钟与卫星的时钟不同步时，引入卫星与用户的时钟误差△t，需要多接收第四颗卫星的信号来消除时钟误差 △t 的影响。

计算公式如下：

那么，对于UWB定位而言，室内二维空间定位需要 3 个及以上基站，室内三维空间定位需要 4 个及以上基站，定位基站需要布置在50-100m 内，保证任何区域都能有四个定位基站接收到定位标签发射的信号（基站也不能在同一个平面内）。

四、常见定位方法 常见的定位方法有TOF（time of flight）、AOA（angle of arrival）、RSSI（Received Signal Strength Indication）、TOA（time of arrival）、TDOA（time difference of arrival）。

下面是几种方法的对比，对于UWB定位，TOA和TDOA是最常见的方法

4.1 TOF

4.2 AOA

4.3 RSSI

4.4 TOA

4.5 TDOA

五、总结与展望 定位技术在日常生活中的比重越来越大，自动驾驶、室内导航对于定位技术的精度要求也逐渐严苛，尤其是在卫星信号弱的区域如何进行定位，是当前的研究重点，伪卫星、UWB、sidelink等技术正在成本、精度和覆盖范围等方面各有千秋，未来技术将如何发展，哪项技术将成为主流，值得探讨。