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UWB定位技术浅析

一、概念

超宽带无线通信技术U（WB）是一种无载波通信技术，UWB不使用载波，而是使用短的能

量脉冲序列，通过正交频分调制或直接排序将脉冲扩展到一个频率范围内。

传统通信方式使用的是连续波信号，即本地振荡器产生连续的高频载波，需要传送信息

通过例如调幅，调频等方式加载于载波之上，通过天线进行发送。现在的无线广播，4G通信,

WIFI等都是采用该方式进行无线通信。下图是一个使用调幅方式传递语音信号的连续波信号

产生示意图。

图1连续波调幅信号

而IR-UWB信号，不需要产生连续的高频载波，仅仅需要产生一个时间短至nS级以下的脉

冲，便可通过天线进行发送。需要传送信息可以通过改变脉冲的幅度，时间，相位进行加载,

进而实现信息传输。下图是使用相位调制方式传输二进制归零码的IR-UWB信号产生示意图。

图21R-UWB调相信号

从频域上看，连续波信号将能量集中于一个窄频率内，而UWB信号带宽很大，同时在每个

频点上功率很低，如图3所示。

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IR-UWB信号频谱

图3信号频谱对比图

在无线定位中，使用TR-UWB信号相对于窄带信号的主要优势为，TR-UWB信号能准确分立

无线传输中的首达信号和多径反射信号，而窄带信号不具备该能力。

主要有三种应用：成像、通信与测量和车载雷达系统，再宏观一点，可以分为定位、通

信和成像三种场景。

通信：因为大带宽，所以UWB一度被认为是USB数据传输的无线替代方案，蓝牙的问题是

传输速度太慢。UWB还常用于军用必威体育官网网址通信，这主要也是因为UYB脉冲的能量很低，很容易低

于噪声门限，不容易被其它无线电系统监听到。

UWB通过在较宽的频谱上传送极低功率的信号，能实现数百Mbit/s至2Gbit/s的数据传输

速率。而且具有穿透力强、功耗低、抗干扰效果好、安全性高、空间容量大、能精确定位等

诸多优点，可以说是个超级“潜力股”，很有可能在将来成为家庭主用的无线传输技术。

成像：UWB系统的带宽很宽，目前UWB穿墙雷达是很广泛的应用，具体做法是利用窄脉冲

传过墙壁，获得墙对面的回波，可以得到成，成误差很低。

根据通信委员会的规范，UWB的工作频带为3.110.6GHz,系统TOdB带宽与系统中心频率

之比大于20%或系统带宽至少为500MHz。LWB信号的发生可通过发射时间极短（如2ns）的窄脉

冲（如二次高斯脉冲）通过微分或混频等上变频方式调制到UWB工作频段实现。

室内定位之所以具有普遍适用性，与定位技术繁多是密不可分的。常见的室内定位技术

有超声波技术、红外线定位技术、蓝牙定位技术、WiFi定位技术、UWB（超宽带）定位技术、

ZigBee定位技术、射频技术、惯性导航技术、地磁定位技术、视觉定位等。

不同行业对定位精度的需求有所不同，所以使用的定位技术也不尽相同。其中，智能制

造、智能建设、养老医疗、公共安全、物流运输等行业使用最多的就是UWB定位技术。

哪-TDOA定位原理：

该技术采用TDOA（到达时间差原理），利用LNB技术测得定位标签相对于两个不同定位基

站之间无线电信号传播的时间差，从而得出定位标签相对于四组定位基站假（设1#、2#为第

一组，2#、3#为第二组，3#、4#为第三组，4#、1#为第四组）的距离差：

式中di,12~di,14为UWB技术测得的定位卡相对于四组定位基站的距离差。基本原理如下

图所示:

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图4UWB-TDOA定位原理

通过联接下式方程即可解算出定位卡的三维坐标：

4.12=