脈沖超寬帶定位單元設(shè)計(jì)及應(yīng)用測(cè)試

韋子輝，馮正和，王志峰，孫少欣

(1.保定天河電子技術(shù)有限公司博士后科研工作站，河北保定071051; 2.清華大學(xué)電子工程系博士后科研流動(dòng)站，北京100084;3.河北大學(xué)質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督學(xué)院，河北保定071002)

脈沖超寬帶定位單元設(shè)計(jì)及應(yīng)用測(cè)試

韋子輝1，3，馮正和2，王志峰1，孫少欣3

(1.保定天河電子技術(shù)有限公司博士后科研工作站，河北保定071051; 2.清華大學(xué)電子工程系博士后科研流動(dòng)站，北京100084;3.河北大學(xué)質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督學(xué)院，河北保定071002)

脈沖超寬帶技術(shù)(Impulse Radio-UltraWideband，IR-UWB)具有傳輸速率高、測(cè)距精度高、抗多徑干擾能力強(qiáng)、功耗低的優(yōu)點(diǎn)。采用IR-UWB技術(shù)可有效解決現(xiàn)有定位系統(tǒng)定位精度差、定位精度不穩(wěn)定的缺點(diǎn)。應(yīng)用IR-UWB技術(shù)設(shè)計(jì)射頻定位系統(tǒng)通信節(jié)點(diǎn)，采用雙向雙邊測(cè)距算法(Symmetric Double-Sided Two-Way Ranging，SDS-TWR)保證測(cè)距精度，在室內(nèi)環(huán)境對(duì)測(cè)距誤差進(jìn)行了測(cè)試，并采用到達(dá)時(shí)間(Time of Arrive，ToA)定位算法設(shè)計(jì)定位單元，測(cè)試結(jié)果表明IR-UWB定位技術(shù)在室內(nèi)可達(dá)到分米級(jí)定位精度。

脈沖超寬帶;精確測(cè)距;TOA;多徑干擾

定位技術(shù)在人員定位追蹤、資產(chǎn)管理、醫(yī)療監(jiān)護(hù)等領(lǐng)域存在著巨大的市場(chǎng)需求，射頻定位技術(shù)作為最具潛力的定位技術(shù)方案，近年來得到了廣泛關(guān)注。但現(xiàn)有射頻定位系統(tǒng)多是基于接收信號(hào)強(qiáng)度指示方法(Received Signal Strength Indication，RSSI)定位技術(shù)。ZigBee，WiFi是采用RSSI典型定位系統(tǒng)［1］。其中基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的ZigBee最高可實(shí)現(xiàn)3～5 m精度定位，這類定位技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的主要問題是接收信號(hào)強(qiáng)度易受干擾、測(cè)距精度隨距離增加而顯著下降以及定位精度不穩(wěn)定。

為解決無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的定位精度問題，2002年11月，IEEE開始醞釀建立低速無線個(gè)人局域網(wǎng)(Wireless Personal Area Network，WPAN)物理層標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.15.4a，其目的是提供比IEEE802.15.4更高測(cè)距精度及定位能力［2］。IEEE于2007年形成了一個(gè)融合多家提案的基本綱要。在這份綱要中，明確定位應(yīng)用兩個(gè)可選的物理層:于2.4 GHz免授權(quán)頻段的線性調(diào)頻擴(kuò)頻技術(shù)(Chirp Spread Spectrum，CSS)和工作于3.1～ 10.6 GHz頻段的IR-UWB技術(shù)。對(duì)于測(cè)距精度的具體解決方法是放棄RSSI定位技術(shù)，采用信號(hào)飛行時(shí)間測(cè)距方法。信號(hào)飛行時(shí)間測(cè)距具有測(cè)距精度高、測(cè)距精度穩(wěn)定、測(cè)距精度不隨距離增加而降低、不易受外界環(huán)境干擾的優(yōu)點(diǎn)。IEEE又于2011年提出IEEE802.15.4—2011標(biāo)準(zhǔn)，定位應(yīng)用仍只有CSS和IR-UWB兩個(gè)可選物理層［3］，其中IR-UWB相對(duì)于CSS技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)更高定位精度，最高可實(shí)現(xiàn)10 cm定位精度，但目前IR-UWB定位系統(tǒng)被少數(shù)國外廠家壟斷，定價(jià)較高，例如英國Ubisense公司一個(gè)定位單元售價(jià)超過10萬元，這大大限制了IR-UWB定位技術(shù)的推廣應(yīng)用。

本文基于IEEE802.15.4—2011標(biāo)準(zhǔn)中的IR-UWB技術(shù)開發(fā)高精度射頻定位系統(tǒng)，采用Decawave公司的DW1000芯片設(shè)計(jì)射頻定位系統(tǒng)通信節(jié)點(diǎn)，應(yīng)用SDSTWR實(shí)現(xiàn)測(cè)距。測(cè)試結(jié)果顯示在視線傳輸(Line of Sight，LoS)條件下可實(shí)現(xiàn)10 cm測(cè)距精度。IR-UWB技術(shù)的突出優(yōu)點(diǎn)為多徑誤差小，在室內(nèi)設(shè)置遮擋物對(duì)多徑誤差進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果顯示在非視線傳輸(Not Line of Sight，NLoS)條件下可實(shí)現(xiàn)30 cm左右的測(cè)距精度，在測(cè)距精度和抗多徑干擾能力兩方面均優(yōu)于CSS技術(shù)，比RSSI測(cè)距精度高出一個(gè)數(shù)量級(jí)。最后采用ToA定位算法設(shè)計(jì)定位單元，測(cè)試結(jié)果表明該系統(tǒng)在室內(nèi)環(huán)境可達(dá)到分米級(jí)定位精度。

另外本文設(shè)計(jì)的IR-UWB通信節(jié)點(diǎn)最高傳輸速率達(dá)到6.8 Mbit/s，也可應(yīng)用于數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域。組建家庭娛樂網(wǎng)絡(luò)，可以被內(nèi)置在電視、DVD、機(jī)頂盒、音響以及投影儀等家庭娛樂設(shè)備上，用來傳輸高品質(zhì)的多媒體數(shù)據(jù)。

1 信號(hào)飛行時(shí)間測(cè)距原理

在信號(hào)飛行時(shí)間測(cè)距中，影響測(cè)距精度的一個(gè)重要因素是信號(hào)發(fā)射到達(dá)時(shí)間估計(jì)的精確度，根據(jù)克拉美·勞下界計(jì)算公式，該精確度與信號(hào)帶寬成正比，因此IR-UWB應(yīng)用于信號(hào)飛行時(shí)間測(cè)距相比傳統(tǒng)窄帶信號(hào)可獲得更高時(shí)間測(cè)量精度。另一方面基于時(shí)間測(cè)量定位技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的主要問題是測(cè)量精度易受多徑干擾影響，而IR-UWB信號(hào)在時(shí)域是時(shí)間極短的高斯脈沖，通常是ns數(shù)量級(jí)，在多徑環(huán)境下多徑反射信號(hào)和直射信號(hào)在時(shí)間軸上是可分離的，相對(duì)于窄帶信號(hào)具有更好的多徑分辨能力［4］。因此IR-UWB在基于時(shí)間測(cè)量的測(cè)距及定位應(yīng)用中具有傳統(tǒng)窄帶信號(hào)無可比擬的優(yōu)勢(shì)。

在信號(hào)飛行時(shí)間測(cè)距中時(shí)鐘抖動(dòng)對(duì)測(cè)距的影響也不可忽視，1 ns的時(shí)間測(cè)量誤差，即可造成30 cm的測(cè)距誤差，而晶振漂移造成的時(shí)鐘抖動(dòng)不可避免。為減小測(cè)量誤差，在IEEE802.15.4a標(biāo)準(zhǔn)中建議采用SDS-TWR算法濾除時(shí)鐘抖動(dòng)提高測(cè)距精度［5］。

雙邊測(cè)距(TwoWay Ranging，TWR)過程如圖1所示。

圖1 SDS-TWR測(cè)距示意圖

節(jié)點(diǎn)A發(fā)送測(cè)距信號(hào)1并檢測(cè)發(fā)送時(shí)間τAS，節(jié)點(diǎn)B接收到測(cè)距信號(hào)并測(cè)量信號(hào)到達(dá)時(shí)間τBR。由于節(jié)點(diǎn)A， B之間沒有時(shí)鐘同步，無法得到測(cè)距信號(hào)傳輸時(shí)間tp。采用雙邊測(cè)距后，節(jié)點(diǎn)B延時(shí)tReplyB后發(fā)送測(cè)距信號(hào)2，節(jié)點(diǎn)A接收信號(hào)2并檢測(cè)信號(hào)到達(dá)時(shí)間τAR。則可以得到

考慮晶振偏差的影響，則測(cè)量結(jié)果應(yīng)為

式中:eA，eB分別為節(jié)點(diǎn)A，B晶振偏差造成的測(cè)量誤差。

將(τAR-τAS)=2tp+tReplyB和(τBS-τBR)=tReplyB代入式(2)得

由于tReplyB遠(yuǎn)大于tp，則上式簡化成

通過式(4)可以看出TWR通過晶振偏差eA，eB的差分運(yùn)算，濾除晶振偏差影響，可大大減小測(cè)距誤差，并可以在此基礎(chǔ)上采用SDS-TWR進(jìn)一步提高測(cè)距精度。如圖1中所示，節(jié)點(diǎn)A收到節(jié)點(diǎn)B的回復(fù)信號(hào)2后，延時(shí)tReplyA時(shí)間后，回復(fù)信號(hào)3，則可完成兩次雙邊測(cè)距，即SDS-TWR測(cè)距，測(cè)距結(jié)果計(jì)算公式為

同樣考慮晶振偏差，根據(jù)式(4)，式(5)得到

由于tReplyB遠(yuǎn)大于(tReplyA-tReplyB)，對(duì)比式(4)和式(6)，可得SDS-TWR相對(duì)于TWR可實(shí)現(xiàn)更高測(cè)距精度，這使得通信節(jié)點(diǎn)在不采用高精度晶振的情況下，仍可獲得較高的時(shí)間測(cè)量精度。采用SDS-TWR測(cè)距雖然可以保證測(cè)距精度，但需要信號(hào)的多次往返來完成一次測(cè)距，實(shí)際應(yīng)用中存在測(cè)距時(shí)間長、功耗大的問題。

目前支持SDS-TWR測(cè)距方式的射頻芯片主要有:德國Nanotron公司推出的NA5TR1芯片，采用CSS通信技術(shù)，最大帶寬80 MHz;愛爾蘭Decawave公司2013年最新推出的DW1000芯片，采用IR-UWB技術(shù)，信號(hào)最大帶寬1 300 MHz。

2 通信節(jié)點(diǎn)硬件電路設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)高定位精度，通信節(jié)點(diǎn)采用Decawave公司推出的DW1000射頻芯片，典型帶寬500 MHz。支持6個(gè)信道，頻率范圍3.5～6.5 GHz，采用脈沖位置調(diào)制(Pulse Position Modulation，PPM)和二進(jìn)制相移鍵控(Binary Phase Shift Keying，BPSK)調(diào)制方式，發(fā)射功率-35～-62 dBm/MHz可調(diào)，最大測(cè)距距離290 m，可實(shí)現(xiàn)10 cm測(cè)距精度，最大通信速率為6.8 Mbit/s。

DW1000芯片內(nèi)部集成63.897 6 GHz采樣時(shí)鐘，計(jì)時(shí)分辨率為15.65 f/s(幀/秒)，保證了測(cè)距過程中的時(shí)間測(cè)量精度。發(fā)送數(shù)據(jù)幀格式參照 IEEE802.15.4—2011標(biāo)準(zhǔn)，包括前導(dǎo)碼(Preamble Code，PC)、數(shù)據(jù)幀分隔符(Start of Frame Delimiter，SFD)、數(shù)據(jù)幀頭(Physical Layer Header，PHR)、數(shù)據(jù)區(qū)部分。芯片在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，可以記錄發(fā)送數(shù)據(jù)中PHR首字符發(fā)出時(shí)的時(shí)鐘計(jì)數(shù)，同樣接收時(shí)也可以測(cè)量記錄接收數(shù)據(jù)PHR首字符到達(dá)的采樣時(shí)鐘計(jì)數(shù)。另外可以采用延時(shí)發(fā)送機(jī)制，根據(jù)當(dāng)前時(shí)鐘計(jì)數(shù)，設(shè)定延時(shí)時(shí)間，可以精確計(jì)算將要發(fā)送數(shù)據(jù)PHR首字符發(fā)出時(shí)的時(shí)鐘計(jì)數(shù)，并可將該時(shí)鐘計(jì)數(shù)值加入到數(shù)據(jù)包中，發(fā)送給接收方。這些功能保證了DW1000可以實(shí)現(xiàn)圖1中的SDS-TWR測(cè)距。

如圖1所示節(jié)點(diǎn)A在測(cè)距過程中可以測(cè)量信號(hào)1的發(fā)送時(shí)間τAS，信號(hào)2的到達(dá)時(shí)間τAR，并采用延時(shí)發(fā)送計(jì)算信號(hào)3發(fā)送時(shí)間τAf，在發(fā)送的信號(hào)3報(bào)文中加入τAS，τAR，τAf發(fā)送給節(jié)點(diǎn)B，節(jié)點(diǎn)B則可以根據(jù)圖1中的測(cè)量值τBR，τBS，τBF及接收的節(jié)點(diǎn)A報(bào)文中數(shù)據(jù)，根據(jù)式(5)計(jì)算A，B之間距離。另外DW1000測(cè)量的信號(hào)發(fā)出時(shí)間只是信號(hào)發(fā)生電路發(fā)出信號(hào)的時(shí)間，計(jì)算飛行距離時(shí)仍要考慮天線造成的延遲。

控制器采用意法半導(dǎo)體(ST)公司的STM32f105 32 bit ARM微控制器，自帶完整的SPI接口控制器，能夠勝任對(duì)DW1000射頻芯片的控制及數(shù)據(jù)收發(fā)工作。并且集成串口控制器、USB控制器、Ethernet控制器，可用于實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的通信。

3 測(cè)距精度測(cè)試與多徑誤差測(cè)試

相比RSSI測(cè)距，信號(hào)飛行時(shí)間測(cè)距精度更高更穩(wěn)定，能夠很好地抵御環(huán)境干擾，當(dāng)信號(hào)受到干擾時(shí)只會(huì)縮短距離而不會(huì)產(chǎn)生較大測(cè)距誤差。但其測(cè)距精度也受多徑干擾的影響，本文分別在室內(nèi)LoS和NLoS環(huán)境下，對(duì)采用DW1000的通信節(jié)點(diǎn)測(cè)距精度進(jìn)行測(cè)試，并與基于CSS技術(shù)的NA5TR1芯片測(cè)距精度進(jìn)行對(duì)比，測(cè)試時(shí)采用DW1000的通信節(jié)點(diǎn)帶寬設(shè)置為500 MHz，采用NA5TR1的通信節(jié)點(diǎn)帶寬設(shè)置為80 MHz。兩組通信節(jié)點(diǎn)都采用SDS-TWR測(cè)距算法。

3.1 LOS環(huán)境測(cè)距精度測(cè)試

在室內(nèi)LOS環(huán)境下，分別采用DW1000通信節(jié)點(diǎn)和NA5TR1通信節(jié)點(diǎn)，在0.5～10 m多個(gè)距離下的50次重復(fù)測(cè)量，計(jì)算測(cè)距標(biāo)準(zhǔn)差。圖2為測(cè)量結(jié)果，顯示基于IR-UWB技術(shù)的DW1000測(cè)距標(biāo)準(zhǔn)差小于5 cm，而基于CSS技術(shù)的NA5TR1測(cè)距標(biāo)準(zhǔn)差在10～25 cm之間。兩者測(cè)距精度均優(yōu)于RSSI測(cè)距的3～5 m測(cè)距精度，并且500 MHz帶寬IR-UWB技術(shù)相對(duì)于80 MHz帶寬CSS技術(shù)可實(shí)現(xiàn)更高測(cè)距精度。

圖2 LOS條件下測(cè)距標(biāo)準(zhǔn)差對(duì)比

3.2 NLOS環(huán)境多徑誤差測(cè)試

信號(hào)飛行時(shí)間測(cè)距精度主要受多徑干擾影響，尤其在室內(nèi)環(huán)境信號(hào)會(huì)經(jīng)天花板，墻壁反射形成多徑傳輸［6］。為測(cè)試多徑干擾造成的測(cè)量誤差，在室內(nèi)環(huán)境兩通信節(jié)點(diǎn)固定在4 m距離，測(cè)試不同遮擋物對(duì)測(cè)量精度的影響，如圖3中所示，采用IR-UWB技術(shù)50次重復(fù)測(cè)量最大測(cè)距標(biāo)準(zhǔn)差為0.35 m。而采用CSS的通信節(jié)點(diǎn)在相同條件下測(cè)距標(biāo)準(zhǔn)差較大，恒正系統(tǒng)誤差數(shù)值較大，并且測(cè)距結(jié)果受天線方向影響較大，說明CSS技術(shù)在室內(nèi)環(huán)境無法準(zhǔn)確區(qū)分經(jīng)天花板、地面、墻壁反射的多徑信號(hào)與直射信號(hào)，應(yīng)用于室內(nèi)環(huán)境必須考慮多徑干擾的影響，目前CSS技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中多采用雙天線設(shè)計(jì)，通過開關(guān)切換先后采用兩個(gè)天線測(cè)距，取兩次測(cè)距較小值作為測(cè)量結(jié)果，這必然會(huì)增加測(cè)距時(shí)間和功耗［7］，相比較IR-UWB室內(nèi)環(huán)境下受多徑干擾影響不大，更適合于室內(nèi)環(huán)境定位應(yīng)用。

圖3 NLOS條件下測(cè)距標(biāo)準(zhǔn)差對(duì)比

另外需要補(bǔ)充說明的是本文所進(jìn)行的多徑誤差測(cè)試，只能說明在相同條件下500MHz帶寬IR-UWB技術(shù)抗多徑干擾能力明顯優(yōu)于80 MHz帶寬CSS技術(shù)，由于多徑誤差受測(cè)試環(huán)境影響較大，具體多徑誤差數(shù)值僅供參考。

4 定位單元設(shè)計(jì)及精度測(cè)試

ToA定位就是測(cè)量出2個(gè)(或多個(gè))參考節(jié)點(diǎn)與移動(dòng)節(jié)點(diǎn)之間的信號(hào)傳播時(shí)間，從而得到2個(gè)(或多個(gè))移動(dòng)節(jié)點(diǎn)到參考節(jié)點(diǎn)距離的估計(jì)值，以基站為圓心，到移動(dòng)臺(tái)的距離為半徑畫圓，圖4所示多個(gè)圓的交點(diǎn)就是移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的估計(jì)位置，測(cè)量移動(dòng)節(jié)點(diǎn)到固定參考節(jié)點(diǎn)的信號(hào)飛行時(shí)間，得到R1，R2，R3，計(jì)算移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的相對(duì)坐標(biāo)。ToA定位需要移動(dòng)節(jié)點(diǎn)和參考節(jié)點(diǎn)均實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘同步，技術(shù)實(shí)現(xiàn)難度較大，目前多采用SDS-TWR測(cè)距，依次測(cè)量移動(dòng)節(jié)點(diǎn)到多個(gè)參考節(jié)點(diǎn)之間的距離實(shí)現(xiàn)非時(shí)鐘同步的ToA定位。

圖4 ToA定位原理示意圖

采用SDS-TWR測(cè)距的ToA定位主要優(yōu)點(diǎn)是不需要時(shí)鐘同步，缺點(diǎn)是需要移動(dòng)節(jié)點(diǎn)多次發(fā)射接收信號(hào)，定位速度慢，定位系統(tǒng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)容量小，功耗大。

具體求解過程如下，已知A，B，C，D為位置已知的4個(gè)參考節(jié)點(diǎn)，其平面坐標(biāo)分別為(x1，y1)，(x2，y2)，(x3，y3)，(x4，y4)，M點(diǎn)為移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，設(shè)它的平面坐標(biāo)為(x，y)。測(cè)得移動(dòng)節(jié)點(diǎn)到定位基站的坐標(biāo)分別為d1，d2，d3，d，得到如下方程組

式(7)中4個(gè)方程2個(gè)未知數(shù)，該方程組屬于超定方程組，沒有精確解，可通過求解最小二乘解確定移動(dòng)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)。

為驗(yàn)證IR-UWB定位精度，在室內(nèi)16 m×18 m辦公室環(huán)境下，布置4個(gè)參考節(jié)點(diǎn)，高度2 m。移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在LoS條件下選取10個(gè)測(cè)量點(diǎn)，測(cè)得的二維定位標(biāo)準(zhǔn)差如圖5所示，LoS條件下標(biāo)準(zhǔn)差不超過10 cm。NLoS條件下重復(fù)上述測(cè)量過程，選點(diǎn)模擬常見辦公環(huán)境遮擋情況，通常移動(dòng)標(biāo)簽到1～2基站有遮擋物，遮擋物為辦公桌或人體，如圖5中所示，測(cè)量結(jié)果中標(biāo)準(zhǔn)差40 cm。

圖5 室內(nèi)LoS和NLoS條件下定位標(biāo)準(zhǔn)差

5 結(jié)語

IR-UWB術(shù)是目前高精度定位應(yīng)用最佳物理層技術(shù)，本文采用 Decawave公司的 IR-UWB射頻芯片DW1000設(shè)計(jì)定位系統(tǒng)通信節(jié)點(diǎn)，對(duì)測(cè)距及定位精度進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果顯示IR-UWB具有較強(qiáng)抗多徑干擾能力，在室內(nèi)環(huán)境下可實(shí)現(xiàn)分米級(jí)定位精度，并且其高傳輸速率使其在無線多媒體傳輸領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景。相信DW1000芯片的推出會(huì)推動(dòng)IR-UWB技術(shù)的應(yīng)用，打破少數(shù)國外廠商壟斷國內(nèi)高精度定位系統(tǒng)市場(chǎng)的格局。但作為商用定位系統(tǒng)的開發(fā)還需開展以下研究工作:

1)室內(nèi)應(yīng)用影響定位精度的主要因素為多徑干擾，可通過多徑識(shí)別及濾波算法，進(jìn)一步提高NLoS條件下定位精度;

2)基于SDS-TWR測(cè)距的ToA非時(shí)鐘同步定位由于移動(dòng)節(jié)點(diǎn)要求至少與3個(gè)基站完成測(cè)距，定位時(shí)間長，導(dǎo)致定位系統(tǒng)容納移動(dòng)節(jié)點(diǎn)數(shù)量小，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)能耗大。基于時(shí)鐘同步的TDoA定位算法則可解決上述問題，但高精度的時(shí)鐘同步實(shí)現(xiàn)較為困難。

3)定位系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用還需解決參考節(jié)點(diǎn)組網(wǎng)通信協(xié)議、多標(biāo)簽防沖突算法設(shè)計(jì)、標(biāo)簽低功耗設(shè)計(jì)等問題［8］。

［1］彭宇，王丹.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)綜述［J］.電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào)，2011，25(5):389-399.

［2］王振朝，曹永青，韋子輝.基于WSN的射頻定位技術(shù)［J］.河北大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，33(5):554-559.

［3］張中兆，沙學(xué)軍.超寬帶通信系統(tǒng)［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2010.

［4］周祥為，馮金振.UWB無線通信關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用［J］.電視技術(shù)，2007，31(9):51-54.

［5］IEEE 802.15.4 a—2007，IEEE用于無線個(gè)人域網(wǎng)(WPAN)的物理層和媒體接入控制層規(guī)范［S］.2007.

［6］TINGCONG Y，WALSH M，O’FLYNN B.Experimental analysis of transmit-power for IEEE 802.15.4a UWB ranging undermultipath environment［C］//Proc.Signals and Systems Conference(ISSC 2012). Maynooth:IET，2012:1-6.

［7］KANG H，SEO G，LEEW J.Error compensation for CSS—based localization system［C］//Proc.the World Congress on Computer Science and Information Engineering.Los Angeles:IEEE Press，2009:2-9.

［8］GAFFNEY B.Considerations and challenges in real time locating systems design［EB/OL］.［2014-03-22］.www.decawave.com.

Design and Application Test of IR-UWB Positioning Unit

WEIZihui1，3，F(xiàn)ENG Zhenghe2，WANG Zhifeng1，SUN Shaoxin3
(1.PostdoctoralWorkstation，Baoding Galaxy Electronic Technology Co.，Ltd.，Hebei Baoding 071051，China; 2.Postdoctoral Research Institutions，Department of Electronic Engineering，Tsinghua University，Beijing 100084，China; 3.College of Quality and Technical Supervision，Hebei University，Hebei Baoding 071002，China)

With the advantages of fast transmission speed，high precision in ranging，low power consumption，anti-multipath and anti-interference abilities，the Impulse-Radio-Ultra Wideband(IR-UWB)technology is well-suited to improve the poor accuracy of the existing positioning systems.IR-UWB is the key technique in the design of the proposed wireless communication and positioning nodes，which form a ranging and positioning system.Indoor ranging is implemented by the Symmetric Double-Sided Two-Way Ranging(SDS-TWR)technique and the ranging error ismeasured.High indoor positioning accuracy is achieved using the ToA algorithm.

IR-UWB;precise ranging;ToA;multipath interference

TP393

A

?? 薇

2014-04-02

【本文獻(xiàn)信息】韋子輝，馮正和，王志峰，等.脈沖超寬帶定位單元設(shè)計(jì)及應(yīng)用測(cè)試［J］.電視技術(shù)，2014，38(23).

河北省博士后擇優(yōu)項(xiàng)目(B2013003015);河北省省校科技合作開發(fā)支持項(xiàng)目

韋子輝(1977—)，博士后，副教授，主研射頻定位、無線傳感器網(wǎng)絡(luò);

馮正和(1945—)，博士后導(dǎo)師，主研無線通信、RF及微波技術(shù)、電磁場(chǎng)理論與數(shù)值方法、智能天線、時(shí)空信號(hào)處理。