摘 要

本设计主要分为UWB技术相关内容的综述、UWB技术定位原理的分析、基于UWB定位技术的跟随小车的硬件原理图设计以及软件算法的设计等几个部分。

本论文主要研究了UWB定位技术相较于传统的定位技术在室内具有哪些优势、UWB自动跟随小车的在室内环境下的优点以及如何设计基于UWB定位技术的跟随小车系统。

研究结果表明相较于传统的定位跟随小车，基于UWB定位技术的跟随小车在室内能够拥有更高的定位精度，而且抗干扰的能力比传统的智能跟随小车也有所提升，这使得基于UWB的跟随小车在未来中能够在室内智能跟随领域获得更好的使用，同时也能够在市场上占有一席之地。

本文的特色在于在原定的跟随系统上还额外增加了一些实用性功能，比如电源电源检测功能以及红外遥控控制功能，这使得系统在实际使用当中更加的灵活。

关键字：UWB定位技术;智能跟随小车;定位精度

Abstract

This design is divided into the summary of UWB technology-related content, the analysis of UWB technology positioning principle, the hardware schematic design based on UWB positioning technology, and the design of software algorithms.

This paper mainly studies what advantages UWB positioning technology has in the interior compared with traditional positioning technology, the advantages of UWB automatically following the car in the indoor environment, and how to design the follow car system based on UWB positioning technology.

The results show that compared with the traditional location following car, the tracking car based on UWB positioning technology can have a higher indoor positioning accuracy, and the anti-interference ability is also improved compared with the traditional intelligent following car, which makes the following car based on UWB can be better used in the field of Indoor Intelligent following in the future, and also can occupy a market share Seats.

This article features the addition of some practical features, such as power supply detection and infrared remote control, to the original follow-up system, which makes the system more flexible in actual use.

Key Words: UWB technology； intelligent follow car；positioning accuracy

目录

1.绪论 1

1.1UWB技术的背景 1

1.2UWB技术的现状 1

1.3UWB技术的优点 2

2.UWB定位的原理 4

2.2定位算法 4

2.2.1 RSSI定位 4

2.2.2 AOA定位 5

2.2.3 TOA定位 5

2.2.4 TDOA定位 7

2.2.5 TOF定位 8

3硬件设计 10

3.1 UWB信号收发模块 10

3.2主控模块 11

3.3电机模块 12

3.4电源及电压检测模块 13

3.5液晶显示模块 14

3.6红外遥控以及按键模块 15

3.7本章小结 16

4软件设计 17

4.1核心算法 17

4.2电机脉冲控制算法 19

4.3红外线控制算法 19

4.4 LCD液晶显示控制算法 19

4.5 UWB信号接收控制算法 20

4.6 UWB定位算法仿真 20

5总结与展望 22

5.1 工作总结 22

5.2工作展望 22

参考文献 24

致谢 26

1.绪论

1.1UWB技术的背景

在最近的这段时间里，人们越来越关注UWB技术在实际中的运用，可以预见，超宽带定位技术将会成为社会中的一个重要的通信技术。UWB技术占用着3.1GHz~10.6GHz频带来实现自己在室内通信的功能，社会也开始探讨UWB作为区域网基础技术的可行性，在未来，UWB技术将会在无线通信、雷达定位及精确定位等各种方面有着广阔的应用市场^[1]。

上个世纪六十年代，人们首次发明了uwb技术，并将其用于雷达应用，随后，因为UWB具有超高的数据传输速度，其速度可以高达480Mbps，所以被运用在各种的复用技术上，但是却没有竞争的过WiFi技术，因为当时人们对UWB技术还不够了解，所以它的低容量导致了它没有被社会广泛的使用，只被运用在一些特殊的领域，然而，在它的安全功能被加强之后，又因为它能够测量信号的飞行时间，而且还能够对信号的到达角进行测量，所以一度使得UWB成为了一种独特的安全精密测距和感应技术。

一般的传统无线技术和我们现在新兴的uwb技术有着很大的不同，脉冲无线电是使uwb正常工作的基本条件。uwb之所以在某些情况下被称为IR-UWB，是因为一连串脉冲在宽频带上的使用。有宽带自然也有窄带，窄带上进行正弦波调制的技术就是我们熟知的WiFi以及蓝牙等。

UWB技术能取得如今的成就，正是因为它具备了其他通信技术所不具备的优势，那就是UWB信号特别容易被识别出来，即使环境非常的嘈杂，也不会对信号的识别有太大的影响，而之所以会这样，是因为UWB的信号跟尖峰一样又陡又窄，辨识度高。不过这件事对于UWB信号简单，但对于那些依存在窄带的通信系统而言却是非常困难和耗时的事情^[2]。

同样，我们所熟悉的哪些传统通信技术往往聚集在2.4GHz的频段上工作，这就会导致信号的互相干扰，但UWB信号却不在这一频段上工作，就避免了被其他的信号干扰，不互相干扰，也就意味着可以共存，这也正是UWB开始被人们逐渐提起的原因，它不干扰已有的信号，却能提供已有通信技术所不具备的功能。

1.2UWB技术的现状

随着人们对UWB技术的应用与需求，UWB芯片的开发也越来越多了，人们对于UWB相关的应用平台和设备的研发也越来越感兴趣了，美国的制造商就搞了好多的相关产品来供人们了解和使用UWB技术，有一种技术叫PAL就是利用UWB开发的定位系统，被广泛的使用在美国海军里。这个定位系统能够进行精确的定位，并且拥有很好的抗干扰能力以及安全性，并且使用的定位算法是经过优化的，所以不会有太大的误差。此外，美国的一个公司开发出了一种叫做Driver2的UWB定位芯片，这种芯片将UWB信号的特点很好的发挥了出来，首先它的体积很小，这样芯片占用的空间就小，可以使得硬件设备的体积也变小，然后它的功耗也比较低，续航能力就强，工作待机时间都长，穿透力也很好，信号的传输距离就很远，尤其是它的定位精度也很高，所以这种芯片已经被使用在了生活的很多需要定位技术的领域当中，比如反恐。此外，也有一些其他的企业，比如以色列、日本以及欧洲的企业^[3]。

相比于这些国家来说，我国对于UWB的研发起步就比较晚了。我国的科研人员研究UWB技术的历史是从20世纪末从开始的，然后在21世纪初，我国开始了UWB相关技术的研发项目，并且筛选了一些大学来进行UWB技术的相关研发，这些大学在几年之后成功的完成了项目，成果也已经被国家验收。随后，超宽带数字光纤系统的发布可以算是国人对UWB技术研究的一个重要研发，这个系统解决很多实际的问题，实现了多制式以及多业务的共同接入，在大剧院这种环境下取到了很好的效果。