DW1000芯片定位技术解析

Posted 2021-11-27 dongnengshiji

     近些年来随着物联网和机器人技术的大发展，精确定位技术的热度也随之攀升。目前精确定位的技术有很多，如基于wifi、RFID、zigbee、超声波、UWB等技术都可以实现精准定位。由于技术的不同，精度也不尽相同，造假也不同。本文将讲述基于超宽带技术的定位系统的技术实现框架和流程，由于本文主要参考DECAWAVE公司出品的DW1000芯片相关技术问题，因此对DW1000芯片实现产品化具有推动作用。

     

     系统框架

     技术DW1000芯片的定位技术主要包括锚站、标签、应用服务器和数据库

     

      锚站：锚站与标签进行无线通信，接收来自标签的接入请求信息、位置更新POLL信息、位置更新FINAL信息，并对接入信息和POLL信息进行响应。同时将位置更新FINAL信息回传给解算服务器；从锚站与主锚站进行通信进行信息交互；

      标签：标签与锚站进行无线通信，发送接入请求信息、位置更新POLL信息、位置更新FIANL信息给锚站，并在FINAL信息中加入标签电量等信息，同时对POLL响应信息进行响应，反馈为位置更新FINAL信息。

     应用服务器：该服务器接收来自主锚站的含标签ID的位置更新信息，根据相关参数，如距离、速度等，计算出位置信息，并连同解析的标签电量信息写入数据库。其中电量更新频率可以按设定的周期来更新；同时提供在导入的地图上进行标签跟踪，路径回访等功能。

      数据库服务器：该服务器供解算服务器、锚站、标签等数据写入功能。

关键技术

TS分配技术：多址技术
DW1000的芯片提供两种多址方式TDMA和CDMA方式，本文着重分析TDMA模式。TDMA模式下，DW1000支持频分1/2/3/4/5/7共6个通道，但实际操作过程中6个通道由于存在频率干扰，致使不可同时应用。单通道下，根据处理机制不同，可将空口时间片进行切割形成时隙 TS，每个时隙分给一个固定的标签使用，如图所示。如果时隙是共享模式，在标签进入休眠状态，该时隙进行资源释放，可供其他标签使用；若在独享模式下，不论标签是否进入休眠，该时隙也将不分配给其他用户；仅当标签硬件在系统中进行销毁时，时隙资源方可回收。

 

 

TOF(time of flight）位置更新流程设计
     

     如图3 所示，该原理图中信息交互点较少，主要集中在空口信息交互。本节针对空口交互流程进行分析，包含接入初始化，位置更新等。本文针对decawave厂家未给出异常处理流程，提出了异常处理流程，从而完成系统性的完善和优化。
     初始化流程：标签加电后，系统进入锚站搜索流程，发起初始化信息Blink，等待锚站回应，锚站回应Ranging Init息，标签按照Response 消息进行初始配置，如时隙、唤醒周期等。此后，标签进入位置更新流程。

   

 

     位置更新流程：在该状态下标签已拥有自己专属的通信时隙，以two-way ranging模式为例，位置更新流程为如下。首先标签发起POLL信息给临近的三个锚站，并记录初始时间ti（第i次更新）三个锚站收到POLL信息并在规定的时隙内反馈给标签（记录trelay通常是系统常数），标签收到反馈消息，并记录每个锚站通信的时间差tj（第j个锚站），时间差鱼无线电波传输速率乘积即为标签与锚站的距离。标签将三个距离信息打包回传给主锚站，主锚站回传给后台数据库，解算模块利用距离信息计算出本次标签位置更新信息，并写入数据库，完成位置更新。

   

    
    标签POLL消息发起的时间为标签时刻Tt0，i，发起的地点为（x,y,z）。当第i个锚站（xi，yi，zi）收到POLL消息为Ta0，i，锚站处理后发送Response信息给标签时刻为Tal，i，标签收到锚站Response信息时刻为Ttl，i。定义Trelay为锚站处理常数：Trelay=Tal，i-Ta0，i。

 

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