DW1000分享資料

DN1139

近些年來隨著物聯網和機器人技術的大發展，精確定位技術的熱度也隨之攀升。目前精確定位的技術有很多，如基于wifi、RFID、zigbee、超聲波、UWB等技術都可以實現精準定位。由于技術的不同，精度也不盡相同，造假也不同。本文將講述基于超寬帶技術的定位系統的技術實現框架和流程，由于本文主要參考DECAWAVE公司出品的DW1000芯片相關技術問題，因此對DW1000芯片實現產品化具有推動作用。

     系統框架

     技術DW1000芯片的定位技術主要包括錨站、標簽、應用服務器和數據庫

     

      錨站：錨站與標簽進行無線通信，接收來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信息進行響應。同時將位置更新FINAL信息回傳給解算服務器；從錨站與主錨站進行通信進行信息交互；

      標簽：標簽與錨站進行無線通信，發送接入請求信息、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，同時對POLL響應信息進行響應，反饋為位置更新FINAL信息。

     應用服務器：該服務器接收來自主錨站的含標簽ID的位置更新信息，根據相關參數，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入數據庫。其中電量更新頻率可以按設定的周期來更新；同時提供在導入的地圖上進行標簽跟蹤，路徑回訪等功能。

      數據庫服務器：該服務器供解算服務器、錨站、標簽等數據寫入功能。

關鍵技術

TS分配技術：多址技術
DW1000的芯片提供兩種多址方式TDMA和CDMA方式，本文著重分析TDMA模式。TDMA模式下，DW1000支持頻分1/2/3/4/5/7共6個通道，但實際操作過程中6個通道由于存在頻率干擾，致使不可同時應用。單通道下，根據處理機制不同，可將空口時間片進行切割形成時隙 TS，每個時隙分給一個固定的標簽使用，如圖所示。如果時隙是共享模式，在標簽進入休眠狀態，該時隙進行資源釋放，可供其他標簽使用；若在獨享模式下，不論標簽是否進入休眠，該時隙也將不分配給其他用戶；僅當標簽硬件在系統中進行銷毀時，時隙資源方可回收。

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較少，主要集中在空口信息交互。本節針對空口交互流程進行分析，包含接入初始化，位置更新等。本文針對decawave廠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化。
     初始化流程：標簽加電后，系統進入錨站搜索流程，發起初始化信息Blink，等待錨站回應，錨站回應Ranging Init息，標簽按照Response 消息進行初始配置，如時隙、喚醒周期等。此后，標簽進入位置更新流程。

     位置更新流程：在該狀態下標簽已擁有自己專屬的通信時隙，以two-way ranging模式為例，位置更新流程為如下。首先標簽發起POLL信息給臨近的三個錨站，并記錄初始時間ti（第i次更新）三個錨站收到POLL信息并在規定的時隙內反饋給標簽（記錄trelay通常是系統常數），標簽收到反饋消息，并記錄每個錨站通信的時間差tj（第j個錨站），時間差魚無線電波傳輸速率乘積即為標簽與錨站的距離。標簽將三個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，并寫入數據庫，完成位置更新。

   

   
    標簽POLL消息發起的時間為標簽時刻Tt0，i，發起的地點為（x,y,z）。當第i個錨站（xi，yi，zi）收到POLL消息為Ta0，i，錨站處理后發送Response信息給標簽時刻為Tal，i，標簽收到錨站Response信息時刻為Ttl，i。定義Trelay為錨站處理常數：Trelay=Tal，i-Ta0，i。