解析UWB测距模块：原理、构成、特点、应用与常见产品

时间： 2024-11-21 来源：天工测控官网

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UWB测距模块是基于超宽带无线通信技术的高精度测距设备，本文天工测控来给大家介绍其飞行时间法、到达时差法等工作原理，天线、RF电路等构成部件，高精度、高抗干扰等性能特点，室内定位、无人驾驶等应用领域和SKU625、SKU620、SKU603等常见产品。

UWB测距模块是一种基于超宽带无线通信技术的高精度测距设备，以下是关于它的详细介绍：

工作原理

飞行时间法（TOF）：通过测量UWB信号从发射端到接收端的飞行时间来计算距离。由于光速是已知的，根据信号传播的时间乘以光速，就能得出两个模块之间的距离。例如，当发射端发出一个UWB脉冲信号，接收端接收到该信号时记录下时间，两者时间差即为信号飞行时间。

到达时差法（TDOA）：利用多个基站接收信号的时间差来确定标签的位置。多个基站同时接收来自同一标签的UWB信号，由于标签到不同基站的距离不同，信号到达各基站的时间也不同，通过测量这些时间差，可以计算出标签相对于基站的位置。

主要构成部件

天线：负责发射和接收UWB信号，其性能直接影响信号的传输质量和距离。

RF电路：对UWB信号进行射频处理，包括调制、解调、放大等操作，确保信号的准确传输和接收。

电源管理电路：为模块提供稳定的电源，同时管理模块的功耗，以满足不同工作模式下的电力需求。

时钟电路：产生精确的时钟信号，为模块的各个部分提供同步时钟，保证信号处理和数据传输的准确性。

处理单元：负责对接收的信号进行处理和分析，根据测量的时间或时间差等数据，计算出距离或位置信息，并与其他设备进行通信和数据交互。

性能特点

高精度：能够实现厘米级甚至毫米级的测距精度，远远高于传统的定位技术，如蓝牙、Wi-Fi等，可满足对定位精度要求极高的应用场景需求。

高抗干扰性：UWB信号的频谱范围宽，且信号功率谱密度低，使其具有很强的抗干扰能力，在复杂的电磁环境中，如存在多径效应、信号遮挡等情况下，仍能保持稳定的测距性能。

低功耗：UWB信号采用短脉冲传输数据，在短时间内消耗较少的能量，因此模块整体功耗较低，适合采用电池供电的设备，可延长设备的使用时间。

高实时性：数据传输速率高，能够快速地获取和更新距离信息，实现实时定位和跟踪，对于需要快速响应的应用，如无人驾驶、工业自动化等具有重要意义。

非视距传输：与其他一些定位技术不同，UWB测距模块在非视距环境下仍能保持一定的测距精度，即使信号在传输过程中受到障碍物的遮挡，也可以通过多径传播等方式实现定位，提高了其在复杂环境中的适用性。

应用领域

室内定位：在商场、医院、博物馆等大型公共场所，可用于人员和物品的精确定位与导航，为用户提供更加便捷的服务，同时也有助于提升场所的安全管理水平。

无人驾驶：为无人驾驶汽车提供高精度的定位信息，使其能够准确感知周围环境，实现精准的路径规划和自主避障，提高无人驾驶的安全性和可靠性。

工业自动化：用于机器人导航、物料搬运和生产线监控等，通过实时获取设备和物料的位置信息，实现自动化生产过程的精确控制和优化，提高生产效率和质量。

智能家居：可实现对家庭成员和家居设备的定位与跟踪，为智能家居系统提供更加智能化的控制和服务，如根据人员位置自动调节空调温度、灯光亮度等。

安防监控：在安防领域，可用于人员入侵检测、周界防范等，通过设置电子围栏等功能，当有人员进入或离开指定区域时，及时发出警报，提高安防监控的效率和准确性。

医疗健康：在医院中，可用于患者监护、医护人员定位和医疗设备管理等，方便医护人员快速找到患者和设备，提高医疗服务的质量和效率。

常见的UWB测距模块产品

SKU625：尺寸小巧，为28x19x2.5mm，便于集成到各种设备中。其UWB数据传输速率有850kbps、6.8Mbps、27.2Mbps和54.4Mbps等多种选择，定位精度小于±5cm，能满足高精度定位需求，适用于对体积和精度要求较高的应用场景，如小型可穿戴设备、智能标签等。

SKU620：基于DecawaveDW1000超宽带芯片开发，支持IEEE802.15.4-2011UWB协议。该模块采用Nordic蓝牙4.2芯片nRF52832作为主控IC，在静态下测距精度高达10-30cm，可视范围内测距距离可达500米以上，数据传输速率为6.8Mbps。此外，它还具备两级PA大功率解决方案，输入电压范围3.4-5V，支持可充电锂电池，且模块整体采用3边邮票孔设计，开放了较多的IO口，方便客户进行二次开发，可应用于一维测距UWB基站、TWR定位基站、UWB测距标签及TWR定位标签等场景。

SKU603：集成了Decawave的DW1000超宽带UWB收发器IC和GD32F130G8U6MCU，将天线、所有RF电路、电源管理和时钟电路集成在一个模块中，并集成了一个三轴线性加速度计，可用于双向测距或TDOA定位系统，定位精度可达10厘米，数据传输速率为6.8Mbps，适用于各种需要精确实时定位的系统以及位置感知无线传感器网络。

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