近些年來(lái)隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)和機器人技術(shù)的大發(fā)展,精確定位技術(shù)的熱度也隨之攀升。目前精確定位的技術(shù)有很多,如基于wifi、RFID、zigbee、超聲波、UWB等技術(shù)都可以實(shí)現精準定位。由于技術(shù)的不同,精度也不盡相同,造假也不同。本文將講述基于超寬帶技術(shù)的定位系統的技術(shù)實(shí)現框架和流程,由于本文主要參考DECAWAVE公司出品的DW1000芯片相關(guān)技術(shù)問(wèn)題,因此對DW1000芯片實(shí)現產(chǎn)品化具有推動(dòng)作用。
系統框架 技術(shù)DW1000芯片的定位技術(shù)主要包括錨站、標簽、應用服務(wù)器和數據庫 錨站:錨站與標簽進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通信,接收來(lái)自標簽的接入請求信息、位置更新POLL信息、位置更新FINAL信息,并對接入信息和POLL信息進(jìn)行響應。同時(shí)將位置更新FINAL信息回傳給解算服務(wù)器;從錨站與主錨站進(jìn)行通信進(jìn)行信息交互; 標簽:標簽與錨站進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通信,發(fā)送接入請求信息、位置更新POLL信息、位置更新FIANL信息給錨站,并在FINAL信息中加入標簽電量等信息,同時(shí)對POLL響應信息進(jìn)行響應,反饋為位置更新FINAL信息。 應用服務(wù)器:該服務(wù)器接收來(lái)自主錨站的含標簽ID的位置更新信息,根據相關(guān)參數,如距離、速度等,計算出位置信息,并連同解析的標簽電量信息寫(xiě)入數據庫。其中電量更新頻率可以按設定的周期來(lái)更新;同時(shí)提供在導入的地圖上進(jìn)行標簽跟蹤,路徑回訪(fǎng)等功能。 數據庫服務(wù)器:該服務(wù)器供解算服務(wù)器、錨站、標簽等數據寫(xiě)入功能。
關(guān)鍵技術(shù)
TS分配技術(shù):多址技術(shù)
DW1000的芯片提供兩種多址方式TDMA和CDMA方式,本文著(zhù)重分析TDMA模式。TDMA模式下,DW1000支持頻分1/2/3/4/5/7共6個(gè)通道,但實(shí)際操作過(guò)程中6個(gè)通道由于存在頻率干擾,致使不可同時(shí)應用。單通道下,根據處理機制不同,可將空口時(shí)間片進(jìn)行切割形成時(shí)隙 TS,每個(gè)時(shí)隙分給一個(gè)固定的標簽使用,如圖所示。如果時(shí)隙是共享模式,在標簽進(jìn)入休眠狀態(tài),該時(shí)隙進(jìn)行資源釋放,可供其他標簽使用;若在獨享模式下,不論標簽是否進(jìn)入休眠,該時(shí)隙也將不分配給其他用戶(hù);僅當標簽硬件在系統中進(jìn)行銷(xiāo)毀時(shí),時(shí)隙資源方可回收。
TOF(time of flight)位置更新流程設計
如圖3 所示,該原理圖中信息交互點(diǎn)較少,主要集中在空口信息交互。本節針對空口交互流程進(jìn)行分析,包含接入初始化,位置更新等。本文針對decawave廠(chǎng)家未給出異常處理流程,提出了異常處理流程,從而完成系統性的完善和優(yōu)化。
初始化流程:標簽加電后,系統進(jìn)入錨站搜索流程,發(fā)起初始化信息Blink,等待錨站回應,錨站回應Ranging Init息,標簽按照Response 消息進(jìn)行初始配置,如時(shí)隙、喚醒周期等。此后,標簽進(jìn)入位置更新流程。
位置更新流程:在該狀態(tài)下標簽已擁有自己專(zhuān)屬的通信時(shí)隙,以two-way ranging模式為例,位置更新流程為如下。首先標簽發(fā)起POLL信息給臨近的三個(gè)錨站,并記錄初始時(shí)間ti(第i次更新)三個(gè)錨站收到POLL信息并在規定的時(shí)隙內反饋給標簽(記錄trelay通常是系統常數),標簽收到反饋消息,并記錄每個(gè)錨站通信的時(shí)間差tj(第j個(gè)錨站),時(shí)間差魚(yú)無(wú)線(xiàn)電波傳輸速率乘積即為標簽與錨站的距離。標簽將三個(gè)距離信息打包回傳給主錨站,主錨站回傳給后臺數據庫,解算模塊利用距離信息計算出本次標簽位置更新信息,并寫(xiě)入數據庫,完成位置更新。
標簽POLL消息發(fā)起的時(shí)間為標簽時(shí)刻Tt0,i,發(fā)起的地點(diǎn)為(x,y,z)。當第i個(gè)錨站(xi,yi,zi)收到POLL消息為T(mén)a0,i,錨站處理后發(fā)送Response信息給標簽時(shí)刻為T(mén)al,i,標簽收到錨站Response信息時(shí)刻為T(mén)tl,i。定義Trelay為錨站處理常數:Trelay=Tal,i-Ta0,i。
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