DW1000分享資料

DN1139

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。