超寬帶(UWB技術)是一種基于IEEE802.15.4a和802.15.4z標準的無線電技術，它能夠非常準確地測量無線電信號的飛行時間，從而實現厘米精度的距離/位置測量。不同于藍牙、WiFi等其他定位技術，UWB射頻信號與生俱來的物理特性使得UWB技術從一開始就被明確定義：實現實時、超精確、超可靠的定位和通信。

在現有的UWB定位系統中，存在多種基于測距的定位方法，每種定位方法都對應著多種不同的解算定位的算法。本文將通過以下幾個方面告訴你UWB是如何工作的？

1. UWB定位的本質是獲取距離或者與距離相關的變量信息，反向解算出標簽的位置。

   跟藍牙和WIFI定位方法不同，UWB技術位置信息并不是基于信號強度（RSSI）進行計算，而是通過精確無線信號的發送時刻、接收時刻，并通過算法計算的。UWB無線定位系統要實現精確定位，首先要獲取與位置相關的變量信息，建立相應的數學模型，然后根據這些變量和參數以及數學模型來解算目標的坐標。

   UWB技術具有超高的時間分辨率，保證了UWB可以準確的獲得待定位目標的時間和角度信息，信號飛行的速度是光速（固定值），所以只要知道飛行時間就可以計算出兩個設備的距離，結合角度信息利用三角定位等幾何定位方法求得待定位目標的位置信息。
   2.UWB技術主要分為兩種定位方法：TOF和TDOA

   在UWB技術中應用最廣泛的是飛行時間測距法（TOF）和到達時間差法（TDOA）。從定位方式來看均屬于多點定位，即確定標簽與多個已知坐標點的相對位置關系定位。
   3.科普/大話UWB技術之TOF

   飛行時間法（Time of flight，TOF）是一種雙向測距技術，它通過測量UWB信號在基站與標簽之間往返的飛行時間來計算距離。根據數學關系，一點到已知點的距離為常數，那么這點一定在以已知點為圓心，以該常數為半徑的圓上。有兩個已知點，就有兩個交點。以三個已知點和距離作三個圓，他們交于同一個點，該點就是標簽的位置。

   　　移動標簽首先向定位基站發送測距請求，基站收到測距請求進行處理，經過一小段時間處理后向移動標簽回復確認信息，分別記錄 UWB 信號發送和接收的時間間隔，例如我們將發送端發出信號和接收回應的時間間隔記為TTOT，接收端收到數據包和發出回應的時間間隔記為TTAT。那么信號在空中的單向飛行時間TTOF可以計算為：

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   然后根據TTOF與電磁波傳播速度的乘積便可算出標簽到基站之間的距離。d = c × TTOF

   根據到各個基站的測距信息，以各個基站為中心畫圓，就可以得到一個交點，交點就是標簽的位置。

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但TOF測距方法的時間取決于時鐘精度，時鐘偏移會帶來誤差。為了減少時鐘偏移量造成的測距誤差，通常采用正反兩個方向的測量方法，即遠端基站發送測距信息，標簽接收測距信息并回復，然后再由標簽發起測距信息，遠端基站回復，通過求取飛行時間平均值，減少兩者之間的時間偏移，從而提高測距精度。 但是正因如此就造成了TOF功耗大大提高，續航時間行對較短。就像一臺長時間保持高強度作業的電腦，工作時間長，耗損大，相對的壽命也會縮短。

4.科普/大話UWB技術之TDOA

到達時間差（Time Difference of Arrival，TDOA）是一種利用到達時間差進行定位的方法又稱為雙曲線定位。標簽卡對外發送一次UWB信號，在標簽定位距離內的所有基站都會收到無線信號，如果有兩個已知坐標點的基站收到信號，標簽和基站的距離間隔不同，因此這兩個收到信號的時間節點是不一樣的，根據數學關系，到已知兩點為常數的點，一定處于以這兩點為焦點的雙曲線上。那么有四個已知點（四個定位基站）就會有四條雙曲線，四條雙曲線交于一點就是標簽的位置。

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TDOA定位原理：

利用多個基站接收到信號的時間差來確定移動目標的位置。假設測得標簽到第n個基站接收到標簽所發出的UWB信號的時刻分別為ti（i=1,2,3,4、、、n），且假設標簽到第N個基站的距離為ri（i=1,2,3,4、、、n）

在基站之間完全同步的情況下，得出定位標簽相對于四組定位基站（假設1#、2#為第一組，2#、3#為第二組，3#、4#為第三組，4#、1#為第四組）的距離差：

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式中di,12~di,14為UWB技術測得的定位卡相對于四組定位基站的距離差。

使用TDOA的技術，其核心問題在于解決基站間的同步問題，若基站間不同步，上述公式將不成立。

得到標簽卡到各個基站的距離差之后，可以畫雙曲線，上述所說各個雙曲線的交點就是標簽的位置。

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假設空間布有 N 個基站，同時利用多個TDOA 測量值可以構成關于標簽位置的雙曲線方程組，求解此方程組即可得到標簽坐標。

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?? 使用TDOA技術不需要定位標簽與定位基站之間進行往復通信，只需要定位標簽發射一次UWB信號，工作時長縮短了，功耗也就大大降低了，故能做到更高的定位動態和定位容量。

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