「Серия знаний」 Подробное исследование преимуществ технологии точного определения дальности и позиционирования UWB650

Модуль UWB650 — это новый продукт компании NiceRF, обеспечивающий двустороннюю дальность и трехточечное плоское позиционирование. Модуль UWB650 разработан на основе UWB3000F27 и оснащен микроконтроллером , что позволяет пользователям использовать его напрямую без какой-либо настройки.

В соответствии со стандартом IEEE 802.15.4-2020 технология UWB и ее протокол связи предлагают высокоточные решения беспроводной связи с низким энергопотреблением и малой задержкой, обеспечивая точные, энергоэффективные и быстрые беспроводные соединения.

Он поддерживает канал UWB 5 (6489,6 МГц), который обеспечивает отличное проникновение сигнала и стабильность передачи, что делает его пригодным для высокоточного позиционирования и надежной передачи данных.

Скорость передачи данных по воздуху

Скорость передачи данных по воздуху: поддерживает скорости передачи данных по воздуху 6,8 Мбит/с и 850 Кбит/с, предлагая гибкий выбор между высокоскоростной передачей данных и низкоскоростной связью с низким энергопотреблением, что позволяет удовлетворить различные сценарии применения.

Скорость передачи : Связь осуществляется в полудуплексном режиме со скоростью передачи 1000 пакетов данных в секунду, каждый с максимальной емкостью 1010 байт. Отправка и получение данных чередуются, что делает этот метод передачи подходящим для приложений с высокими требованиями к размеру пакета данных и скорости передачи, обеспечивая эффективный обмен данными при разумных условиях полосы пропускания.  

Поддержка передачи данных: он поддерживает технологию шифрования AES-128 для обеспечения безопасности передачи данных. Когда шифрование включено, максимальная емкость каждого пакета данных уменьшается до 99 байт, чтобы обеспечить эффективную и безопасную передачу данных при шифровании. Этот метод шифрования эффективно предотвращает кражу и фальсификацию данных. 

Высокоскоростная последовательная связь

Скорость последовательной связи может достигать 115200 бит/с, обеспечивая высокоскоростную передачу данных. Он удовлетворяет коммуникационным потребностям большинства последовательных устройств, обеспечивая стабильность и эффективность при передаче данных.

Гибкое управление коммуникациями

Управление осуществляется через идентификаторы групп и идентификаторы устройств. Каждому модулю присвоен уникальный идентификатор устройства, и он принадлежит к определенному идентификатору группы. Модуль может идентифицировать другие модули в той же группе через идентификатор группы, обеспечивая возможность индивидуальной или широковещательной связи.

Индивидуальная связь: при индивидуальной связи данные передаются только между конкретным отправителем и получателем, обеспечивая безопасность и эффективность направленной связи. 

Широковещательная связь: в режиме широковещательной связи данные передаются всем модулям в одной группе, обеспечивая синхронизированную многоточечную связь . Этот гибкий метод связи подходит для различных сложных сетевых топологий, поддерживает совместную работу и обмен данными между несколькими устройствами. 

Функция ранжирования

Конфигурация «главный-подчиненный» (от одного ведущего до пяти ведомых): один ведущий может одновременно измерять расстояние до пяти ведомых устройств. Такая настройка позволяет главному устройству эффективно управлять и рассчитывать расстояния до нескольких подчиненных устройств. 

Принцип определения диапазона: DS-TWR (двустороннее двустороннее определение диапазона )  измеряет время прохождения сигналов туда и обратно между главным и подчиненным устройствами, чтобы точно рассчитать расстояние. Ведущий отправляет сигнал, ведомый отвечает, а ведущий вычисляет фактическое расстояние, измеряя время прохождения сигнала туда и обратно. Этот метод обеспечивает высокоточное определение дальности, что делает его пригодным для приложений позиционирования и отслеживания.

Метод трехточечного планарного позиционирования: путем измерения расстояний между целью и тремя известными опорными точками точное позиционирование рассчитывается с использованием принципов триангуляции.

Расстояние измерения: поддерживает максимальное расстояние связи в 1 километр, при этом каждый процесс определения местоположения занимает примерно 25 миллисекунд .

Функция позиционирования

Базовые станции и теги: поддержка сопряжения одного тега с тремя базовыми станциями, управление до тридцати тегов. Все метки могут взаимодействовать с этими тремя базовыми станциями. 

Дополнительные возможности

Система поддерживает обновления через последовательный порт и позволяет настраивать различные параметры в соответствии с конкретными потребностями.

Сравнение решений по позиционированию

Существует несколько распространенных методов позиционирования, используемых при позиционировании UWB: разница во времени прибытия (TDOA), время полета (TOF) и угол прибытия (AOA). Первые два метода обычно можно использовать независимо, тогда как AOA обычно сочетается с TOF или TDOA для комплексного позиционирования.

Позиционирование TOA (время прибытия) является важнейшим методом в технологии UWB. Он рассчитывает расстояние, измеряя время, необходимое беспроводному сигналу для прохождения от передатчика к приемнику, тем самым обеспечивая позиционирование. TOA обеспечивает очень высокую точность позиционирования и высокую помехоустойчивость. 

TDOA (Time Difference of Arrival) — метод позиционирования, основанный на разнице времен прибытия сигналов. Система требует точной синхронизации времени с чрезвычайно высокой точностью. Это предъявляет очень высокие требования к оборудованию, увеличивая сложность обслуживания и установки сети, что, в свою очередь, увеличивает затраты.

Позиционирование AOA (угол прихода) обычно рассчитывает угол прихода на основе разности фаз сигналов. Обычно он не используется самостоятельно. Поскольку AOA предполагает угловое разрешение, чем дальше расстояние от базовой станции, тем ниже точность позиционирования, если AOA используется отдельно.

Позиционирование TOF (время полета) основано на определении дальности, при котором метка инициирует измерения расстояния до каждой базовой станции, которую необходимо обнаружить. После завершения процесса определения местоположения производится расчет позиции.