超宽带UWB：高精度绝对追踪

UWB（超宽带）概念在1960年就被提出。1973年，第一个UWB系统的专利被授予。从UWB出现到20世纪90年代之前，UWB技术主要用于军事上的雷达系统。民用阶段，UWB行业内的厂商此前都在做B端，目前的典型应用包括工厂、仓储、隧道、司法等各种垂直行业的人员或物资高精度定位。

UWB没有载波的通信系统,UWB是一个非传统的通信系统，它不采用正弦载波，而是利用纳秒级的非正弦波窄脉冲为信息载体传输数据。
UWB的带宽极宽与极低功率传输，其频谱范围(3.1GHz—10.6GHz),UWB系统使用间歇的脉冲来发送数据，脉冲持续时间很短，一般在0.20~1.5ns之间，有很低的占空比，系统耗电很低，在高速通信时系统的耗电量仅为几百微瓦至几十毫瓦。

UWB通过在较宽的频谱上传送极低功率的信号，能在10米左右的范围内实现数百Mbit/s至数Gbit/s的数据传输速率，速率较高。 并且UWB抗干扰性能强，其采用跳时扩频信号，系统具有较大的处理增益，在发射时将微弱的无线电脉冲信号分散在宽阔的频带中，输出功率甚至低于普通设备产生的噪声。

关于UWB测距原理，双向飞行时间法（TW-TOF,two way-time of flight）主要利用信号在两个异步收发机（Transceiver）之间飞行时间来测量节点间的距离。每个模块从启动开始即会生成一条独立的时间戳。模块A的发射机在其时间戳上的Ta1发射请求性质的脉冲信号，模块B在Tb2时刻发射一个响应性质的信号，被模块A在自己的时间戳Ta2时刻接收。由此可以计算出脉冲信号在两个模块之间的飞行时间，从而确定飞行距离S。但是单纯的TOF算法有一个比较严格的约束：发送设备和接收设备必须始终同步。这是一个比较棘手的问题，但是一种Double-sidedTwo-way Ranging的算法巧妙的避开了这个问题，它既利用了TOF测距的优良特点，同时又极大的去除了TOF的同步问题，从而为TOF的实用化扫清了道路。

定位算法中比较成熟的有：TOA（到达时间）、TDOA（到达时间差）、AOA（到达角度或称为DOA估计）定位技术和这三种技术的混合技术。 然而事情都具有两面性，TOA定位对传播中产生的误差比较敏感，这些误差来自于传播中的反射、多径传播、非视距传播和噪声等干扰，会造成各圆无法相交或相交处不是一个点而是一个区域。同时TOA定位要求移动终端和基站之间在时间上要准确同步，1ns的同步误差将会给定位带来大约0．3米的不确定性。 TDOA定位不必要进行基站和移动终端之间的同步，而只需要基站之间进行同步。因为基站的位置是固定的，基站之间进行同步与基站和移动终端之间进行同步要容易实现得多。它通过测量出两个不同基站与移动终端的传输时延差来进行定位。假设移动终端的位置与基站1和基站2的距离差为R21=R2-R1，则移动终端的位置必定在以两个基站为焦点，与两个焦点的距离差恒为R21的双曲线上。
再通过另一组移动终端与基站1基站3或基站2基站3的TDOA，可以得到另一组双曲线，两组双曲线将最多产生两个交点，再根据先验知识(如半径范围等)判断出移动终端的位置。

AOA的优点是所需要的基站比较少，最少只要两个基站就可以进行定位AOA的缺点是当移动终端和基站的距离比较远的时候，即使有微小的定位角度的误差，都会造成比较大的定位距离的偏差。因此AOA定位多见于中、短距离的定位。 混合定位技术就是混合使用上述的两种或三种定位技术，比如TOA-TDOA、 TOA-AOA、TDOA-AOA等，通过检测并提取相关的定位参数，用于定位解算。混合定位技术可以运用多种定位参数实现定位，综合不同定位技术的特点，在各 种定位技术的特性中取长补短，让最终的定位性能得到优化。 

UWB领域并没有网络层及以上的行业标准虽然同样是采用DW1000点点taptap安卓的系统，但不同厂家产品是完全不兼容的。定位算法也有很多种，适用不同的场景，并没有一个开源的算法给大家用。往往需要厂家做大量的算法研究工作，并结合各种场景做大量迭代。

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