UWB 测距：它是如何工作的？分步指南！

 

您的工业项目是否需要精确追踪，而旧的无线系统往往会失败？通过这份全面的分步指南，掌握 UWB 测距机制变得简单。精确的距离测量是任何工程师都向往的技能。随着我们探索强大的 UWB 测距技术的本质，真正的结果和精确的追踪将从这里开始。

 

为什么 UWB 测距对精度至关重要？

思为无线 工程师在繁忙的自动化仓库中使用 UWB 设备。

UWB 测距对于精确追踪绝对至关重要，因为旧技术在具有挑战性的环境中往往变得无用。这些过时的系统缺乏 UWB 测距为您复杂项目提供的工业级精度。来自 思为无线 的超宽带测距解决方案提供了您可以信赖的精湛工艺。我们的 UWB 测距模块在其他模块漂移时仍能正常工作，因为它采用 UWB 频率范围来减轻干扰。

您可以依靠 UWB 测距获得一致的结果，因为 UWB 定位超出了 WiFi 的保护范围。您是否曾在拥挤的仓库环境中因信号反射而苦恼？因此，超宽带是适合您项目的技术。

 

 

UWB 测距机制是如何工作的？

为了充分利用 UWB 技术，您需要彻底了解核心协议。该系统的工作原理是发送纳秒级的脉冲并测量时间以获得传播距离。此过程确保了系统内的极高精度，同时连续的后台 UWB 测距正在进行。

 

IEEE 802.15.4-2020

您需要确保您的设备符合 IEEE 802.15.4-2020 标准。该协议定义了物理层并确保多个 UWB 定位设备之间的互操作性。它有效地支持 UWB 安全测距等功能，以便您使用 TDoA 等技术。

正如 IEEE 标准协会所述，“该标准提供了高精度的测距和定位能力。”思为无线 模型遵守这些标准和稳健的协议，以造福于您。它允许您在设置中拥有非常好的双向测距 UWB 性能。合规性的保证是 UWB 测距协议稳定实施的保证。

 

DS-TWR

为了获得更好的精度，您应该使用 DS-TWR，即双边双向测距 (Double-Sided Two-Way Ranging)。这种方法消除了时钟漂移的问题，并显著改进了单次 UWB 双向测距。它涉及两个设备之间的消息交换以提高 UWB 测距精度。它让您执行非常高效的 UWB 测距工作流程。这对于您应用中 3.1 到 10.6 GHz 之间的频率非常出色。

 

飞行时间 

为了测量距离，您依赖于飞行时间 原理，其中测量基于信号速度。您计算 UWB 测距脉冲的时间，这在 3.1 到 10.6 GHz 的 UWB 频率下是有效的。您可以实时获取精确的 UWB 定位数据以满足您的追踪需求。脉冲的短距离提供了极佳的时间分辨率，让您可以测量到 10 厘米的间隔。这是 UWB 测距的核心，也是它如此有效的原因。

 

信号传播 

当脉冲以光速在空气中传播时，问题较少。超宽带脉冲的多径干扰不是问题，因此您可以保持稳定的 UWB 范围。UWB 测距模块过滤反射信号，以便您清晰地获得直接路径信号。这种可靠性优于您可能面临的 UWB 与蓝牙范围限制。我曾花几天时间排除工厂设置的故障，因为多径干扰破坏了我们的蓝牙追踪。

 

时钟同步 

为了实现精确的距离测量，您需要精确的时钟同步来有效地同步您的设备。像 DS-TWR 这样的 UWB 测距技术在减轻可能发生的同步误差方面是有效的。您必须确保 UWB 测距芯片正确打上时间戳，以随时间保持高 UWB 测距精度。您的 UWB 定位系统在您的所有操作中保持完美对齐和安全。

技术参数	UWB 测距 (DS-TWR)	UWB 定位 (TDoA)	低功耗蓝牙 (BLE)	窄带 Wi-Fi (RTT)
IEEE 标准合规性	IEEE 802.15.4-2020	IEEE 802.15.4-2015/z	IEEE 802.15.1 (BLE 5.x)	IEEE 802.11mc
测距机制	双边双向测距 (ToF)	到达时间差 (TDoA)	RSSI / 到达角 (AoA)	往返时间 (RTT)
测距精度	±10 cm (视距)	10 - 30 cm (视系统而定)	1 m - 5 m (视 RSSI 而定)	1 m - 2 m
频率带宽	>500 MHz (超宽带)	>500 MHz (超宽带)	2 MHz (窄带)	20 MHz / 40 MHz
多径免疫力	高 (纳秒脉冲)	高 (直接路径分辨率)	低 (信号衰落/反射)	中 (OFDM)
时钟同步	漂移补偿 (异步)	关键 (需要纳秒级同步)	宽松同步	数据包级同步
数据传输速率	6.8 Mbps / 850 kbps	6.8 Mbps / 27 Mbps	1 Mbps / 2 Mbps (BLE 5.0)	>100 Mbps
最大范围 (空旷空间)	1.5 km (高功率/LNA)	视网格而定 (典型 <100 m)	<100 m (Class 2)	<150 m

技术对比矩阵：UWB 测距机制 vs. 传统协议！

 

 

实施 UWB 测距的分步指南！

 

如果您计划周全，将 UWB 测距模块添加到您的系统中将毫无困难。首先，您必须定义您的系统架构并仔细决定您的 UWB 定位角色。思为无线 通过为您提供便利的预配置分支使这变得容易得多。在我们的帮助下，您将毫无困难地实现长 UWB 最大范围。

主从模式

您必须将设备配置为主从单元，其中模块是发起者 (Initiator) 或响应者 (Responder)。您在软件上定义 UWB 测距角色，主设备开始双向测距 UWB 会话。每个主设备最多可以轮询 5 个从设备以有效地收集数据。这种拓扑结构将允许您构建 UWB 定位网络以获得更好的流程。

基站安装 

您必须预先规划您的基站安装以维持良好的 UWB 范围。将基站安装在最高点，以便 UWB 测距芯片的障碍物最少。这将允许您达到系统的 UWB 长距离潜力。您将确保拥有无遮挡的视线以获得最佳结果。这将允许您在工业设置中超越 AirTag UWB 范围。

标签校准 

在执行测量时，标签校准允许精确度，因为它补偿了各种天线延迟。您确保 UWB 测距精度稳定在 10cm，这对于 Apple UWB 范围的可靠性至关重要。您单独校准每个 UWB 测距模块以确保尽可能最佳的性能。这将调整您当前设置中可能存在的任何特定于硬件的偏移。您的 UWB 测距数据变得高度可靠，您可以信任 UWB 最大范围测量值。

UART 接口

您可以轻松通过 UART 接口连接，因为模块输出 TTL 数据以供查看。不需要复杂的 RF 编程，这简化了与 UWB 测距 Android 主机的集成。该接口旨在为您简化和流线化 UWB 定位数据的检索。这允许您进一步简化 UWB 测距芯片集成的开发。

6.8Mbps 速率

为了速度和效率，您可以利用 6.8Mbps 的速率。这种高 RF 速率对于快速 UWB 测距和传输 1023 字节的数据包至关重要。您可以有效地处理超宽带测距数据，而系统没有任何滞后。这种速度对于需要快速更新的 UWB 长距离应用至关重要。

 

对比 UWB 测距精度与标准蓝牙！

思为无线 UWB 和蓝牙设备在实验室中对比测距精度。

 

 

UWB 测距技术无疑更优越，因为蓝牙信号强度仅足以用于近距离探测。UWB 测距可以告诉您手机是否垂直放置在距您 10 厘米的地方。蓝牙信号强度甚至无法接近这种工业需求的精度水平。

10cm 精度

思为无线 已经超越了竞争对手，因为他们的模块实施了专有算法以实现精度。如果您尝试使用标准 ESP32 UWB 测距设置来做这件事，您将无法达到此精度。这种精度是使 UWB 定位真正可靠的原因。

RSSI 不稳定性

蓝牙信号强度没有波动意味着您的项目没有 RSSI 不稳定性问题。UWB 测距使用基于时间的计算而不是基于强度的估计，因此您的测量将是稳定的。正因为如此，您的测量将比蓝牙距离测量可靠得多。当温度波动时，您当前的传感器多久漂移一次？

相位差

UWB 信号可以使用相位差有效地确定信号的不同属性。这允许您改进 UWB 测距协议并构建更好的定位系统。由于此功能，有更新更好的定位系统可供您使用。

到达角 

由于脉冲提供了清晰度，因此可以更精确地计算到达角。目标的检测既自信又准确，这有助于 Apple UWB 范围的实施。这使得您的 UWB 测距模块能够在任何环境中快速定位标签。

宽频谱 

您可以有效地实施宽频谱，因为超宽带跨越 500 MHz 的频率范围。这有助于抵御窄带干扰并保证高超宽带测距性能。正如 Qorvo 所述，“超宽带 (UWB) 技术实现了安全、精确的微定位服务。”

 

高性能 UWB 系统的基本组件！

为了取得成功，高性能至关重要，而其核心是芯片。思为无线 集成了坚固的组件，为您保证最佳的 UWB 测距性能。

 

 

DW3000 芯片: 您利用强大的 DW3000 芯片，它驱动模块性能。您实现在 3.1 到 10.6 GHz 的 UWB 频率范围内运行的低功耗 UWB 测距能力。您达到了 UWB 定位的预期标准，这对于 UWB 的用途是必须的。

PCB 天线: 您拥有支持宽 UWB 频率范围的专用 PCB 天线。该设计直接影响 UWB 测距精度并确保模块的稳定传输。它很小，因此能够通过 UWB 测距模块适应。

TCXO 振荡器: 您依赖 TCXO 振荡器进行计时，因为它稳定了芯片时钟。您将 UWB 测距的漂移误差降至最低，并确保 UWB 最大范围的一致温度。此组件对于理解 UWB 的范围至关重要。

射频放大器: 您添加了一个用于距离的射频放大器以增强 UWB 长距离信号。您将 UWB 测距扩展到一公里，并克服了 UWB 与蓝牙的范围限制。这对于距离是因素的户外 UWB 定位很重要。

ESD 保护: 您必须包括 ESD 保护电路以保护敏感的 UWB 测距芯片。您防止静电损坏 UWB 测距模块并确保可靠的超宽带运行。您保护您的 UWB 测距投资，这对于工业 UWB 定位至关重要。

 

利用高功率模块实现 1 公里距离！

当高功率模块释放潜力时，UWB 测距可以达到令人难以置信的距离。思为无线 为此目的提供 UWB3000F27，以显著扩大您的 UWB 定位区域。

 

500mW 输出

通过 500mW 输出，您显著增强和放大 UWB 测距模块信号。这种功率定义了超宽带性能，并实现了优越的 UWB 最大范围水平。

27dBm 功率

以 27dBm 水平的功率传输为您保证了 UWB 长距离连接。这超越了标准 UWB 双向测距障碍，同时维持强大可靠的信号。

LNA 集成

您受益于板载 LNA 集成，因为它提高了模块的灵敏度。这平衡了 UWB 长距离链路，并提供了比平均水平更清晰的 UWB 测距协议。

空旷空间

您在空旷空间体验最大 1.5 公里的 UWB 长距离。这意味着您已最大限度地减少障碍物，这允许您测试 UWB 测距模块的极限。

长距离

您为物流追踪 UWB 长距离部署并确保 UWB 安全测距。您对 UWB 测距模块功能的认识随着使用而增长。在一个采矿项目中，我们发现标准窄带信号根本无法穿透重型机械。

 

常见问题解答！

UWB 传感器的距离分辨率是多少？

距离分辨率为 10cm，因为 UWB 测距在设计上非常精确。在当今大多数 UWB 测距技术中，10cm 的精度被视为标准。

UWB 能与窄带 Wifi 信号共存吗？

是的，UWB 测距可以共存，因为 UWB 频率范围非常宽。超宽带即使在拥挤的信号环境中产生的干扰也非常小。

UWB 模块的睡眠电流是多少？

睡眠电流低于 1uA，因此 UWB 测距模块非常节能。这与用于超宽带的 UWB 测距芯片的电池使用兼容。

UWB 在哪些频率信道上运行？

信道 5 用于 6489.6 MHz，UWB 测距也使用信道 9。UWB 频率范围受到 UWB 测距协议的限制和定义。

支持的最大数据包长度是多少？

通过 UWB 测距模块处理的数据允许 1023 字节的数据包大小。UWB 测距协议专为大有效载荷和有利的数据传输而设计。

 

更高的精度是操作功能的改变者，而更大的功率实现了更长的范围。UWB 测距是需要安全和效率的工业应用值得信赖的技术。我们已实施措施以获得更大的操作成功。访问 思为无线 以获取有关我们强大产品的更多信息，以及如何立即提高您的操作能力。

 

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