超宽带脉冲信号的一种频域采样和接收方法

UWB超宽带什么是UWB超宽带？UWB（Ultra-WideBand）超宽带是一种通过在超宽频带范围内传输数据的无线通信技术。

它基于短脉冲信号，能够在极短的时间内传输大量数据。

UWB超宽带技术在无线通信领域具有广泛应用，包括室内定位、物体追踪、雷达和无线传感器网络等。

UWB超宽带的特点1.宽频带范围： UWB超宽带技术的一项主要特点是其宽频带范围。

通常，UWB的频带范围从几百兆赫兹（MHz）到几千兆赫兹（GHz），因此能够支持高速数据传输和较长的传输距离。

2.低功率： UWB超宽带技术在传输数据时使用低功率，这使得它可以在不干扰其他无线设备的情况下工作。

3.高精度定位： UWB超宽带技术可以实现高精度的室内定位。

由于UWB信号能够穿透墙壁和障碍物，因此可以在室内环境中实现准确的物体定位。

4.抗多径干扰：多径干扰是指由于信号在传播过程中碰撞、反射和折射等原因导致信号传输路径的多样性。

UWB超宽带技术通过使用信号的多径特性来抵消多径干扰，提高信号传输的可靠性。

UWB超宽带的应用1. 室内定位UWB超宽带技术在室内定位方面具有特殊优势。

通过将UWB设备部署在建筑物内部，可以实现对人员和物体的高精度定位。

这在商场、医院和仓库等场所可以提供实时的位置信息，便于管理和安全监控。

2. 物体追踪利用UWB超宽带技术，可以实现对物体的追踪。

通过将UWB标签附着在物体上，可以准确追踪其位置和运动轨迹。

这在物流管理、仓库管理和供应链领域具有广泛应用。

3. 雷达应用UWB超宽带技术在雷达领域也得到了广泛应用。

与传统雷达相比，UWB雷达具有更高的分辨率和更好的目标检测能力。

它可以在不同的天气和环境条件下提供高质量的目标识别和跟踪。

4. 无线传感器网络UWB超宽带技术在无线传感器网络中起到重要作用。

通过使用UWB传感器，可以实现对环境参数（如温度、湿度和压力等）进行高精度和实时的测量。

这在工业自动化、环境监测和智能家居等领域有着广泛的应用前景。

UWB的定位原理与应用1. UWB技术概述UWB（Ultra-wideband）是一种无线通信技术，其特点是传输频带宽度非常大，可以覆盖从几百兆赫兹到几十吉赫兹的频段。

UWB技术由于其高精度、低功耗、高抗干扰性等特点，在室内定位、物品追踪、智能交通等领域应用广泛。

2. UWB定位原理UWB定位主要通过测量信号的到达时间、到达角度与多径传播等参数来确定目标物体的位置。

其基本原理如下：•传输：发送方通过将数据信号通过超宽带脉冲进行调制，将信号以非常窄、非常短的脉冲形式发送出去。

•接收：接收方接收到发送方的信号，并通过时间差测量等方法分析信号，获取到达时间、到达角度等信息。

•多路径衰减：由于UWB信号在传播过程中会遇到反射、衍射等现象，因此会形成多条传播路径。

通过对多路径信号进行分解和处理，可以实现对目标物体的精确定位。

3. UWB定位方法UWB定位可以通过多种方法实现，以下是常见的几种方法：3.1. TOA（Time of Arrival）TOA方法是通过测量信号从发送器到接收器的时间来确定目标物体的位置。

具体步骤如下：1.发送端发送校准信号。

2.接收端接收到校准信号，并记录接收时间。

3.计算校准信号的传播时间差。

4.根据传播时间差及速度，计算目标物体的位置。

3.2. TDOA（Time Difference of Arrival）TDOA方法是通过测量信号到达不同接收器的时间差来确定目标物体的位置。

具体步骤如下：1.发送端发送校准信号。

2.不同接收器接收到校准信号，并记录接收时间。

3.计算每个接收器之间的时间差。

4.根据时间差及速度，计算目标物体的位置。

3.3. AOA（Angle of Arrival）AOA方法是通过测量信号到达接收器的角度来确定目标物体的位置。

具体步骤如下：1.发送端发送校准信号。

2.接收器接收到校准信号，并记录接收到信号的角度。

3.根据接收到信号的角度及发送器与接收器之间的距离，计算目标物体的位置。

uwb 跟随原理UWB跟随原理概述Ultra-Wideband（超宽带，简称UWB）是一种无线通信技术，它利用大带宽传输信号，并借助时延测量技术实现高精度的距离测量。

UWB跟随原理是指利用UWB技术实现物体的跟随和定位，通过测量物体与基站之间的时延，计算出物体与基站之间的距离，从而实现物体的精确定位和跟随。

UWB跟随原理的基本原理UWB跟随原理的实现主要涉及到两个方面：UWB通信和时延测量。

首先，UWB通信技术利用大带宽的特点，可以传输短脉冲信号，这些信号在时域上非常短暂，频域上占据很宽的带宽。

UWB通信系统由一个或多个基站和被跟随物体组成，基站发送短脉冲信号，被跟随物体接收并回传给基站。

其次，时延测量技术是UWB跟随原理的核心。

基站发送的短脉冲信号在传播过程中会经历多径效应，即信号会经过不同路径到达接收端，这些路径的传播时延不同。

被跟随物体接收到信号后，利用时延测量技术可以测量出信号传播的时延，进而计算出被跟随物体与基站之间的距离。

UWB跟随原理的具体实现UWB跟随原理的具体实现包括以下几个步骤：1. 基站发送短脉冲信号：基站发送短脉冲信号，信号的宽度可以达到纳秒级别，带宽可以达到几百兆赫兹或更大。

2. 被跟随物体接收信号：被跟随物体接收基站发送的信号，并回传给基站。

3. 时延测量：基站接收到被跟随物体回传的信号后，利用时延测量技术测量信号的传播时延。

时延测量技术可以基于时间差测量或相位差测量，通过测量信号的到达时间差或相位差，计算出信号的传播时延。

4. 距离计算：根据信号的传播时延，可以计算出被跟随物体与基站之间的距离。

距离计算可以基于光速或传播速度来实现，一般采用光速作为计算基准。

5. 物体跟随与定位：通过连续测量被跟随物体与基站之间的距离，可以实现物体的跟随和定位。

通过不断更新距离信息，可以实现对物体的精确跟随和定位。

UWB跟随原理的应用领域UWB跟随原理在室内定位、智能交通、无人驾驶、物联网等领域有着广泛的应用。

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一、超宽带的起源超宽带（Ultra-Wideband，UWB）技术作为一种无线通信技术，起源于20世纪60年代，并在随后的几十年中经历了多次重要的发展和变革。

下面将从UWB技术的初步探索、标准化进程以及商业应用三个方面，详细论述超宽带的起源。

（一）UWB技术的初步探索1、脉冲无线电的早期研究在20世纪60年代初期，科学家们开始了对脉冲无线电（ImpulseRadio，IR）的早期研究，这是UWB技术的前身。

脉冲无线电使用极短时间的脉冲信号进行通信，这些脉冲信号的带宽非常宽，远远超过了传统窄带通信系统的带宽。

这一时期的研究主要集中在脉冲信号的产生、传输和接收技术上。

2、时域和频域特性研究在研究过程中，科学家们发现脉冲无线电信号在时域上具有极短的持续时间，而在频域上则表现出极宽的带宽。

这种独特的时域和频域特性使得UWB技术能够实现高速、低功耗和精确定位的无线通信。

（二）UWB技术的标准化进程1、FCC对UWB技术的认可20世纪90年代，随着无线通信技术的快速发展，美国联邦通信委员会（FCC）开始关注UWB技术。

在评估了UWB技术的潜力和优势后，FCC于2002年发布了关于UWB技术的规则和建议，正式认可了UWB技术作为一种合法的无线通信技术。

这一举动为UWB技术的商业化应用奠定了基础。

2、国际标准化组织的参与随着UWB技术的不断发展，国际标准化组织（如IEEE、ITU等）也开始参与到UWB技术的标准化工作中。

这些组织制定了UWB技术的相关标准和规范，推动了UWB技术的全球范围内的发展和应用。

（三）UWB技术的商业应用1、高精度定位服务UWB技术的高精度定位能力使其在室内定位、智能家居、工业自动化等领域得到了广泛应用。

例如，利用UWB技术可以实现厘米级的室内定位精度，为用户提供精确的导航和位置服务。

对于超宽带雷达其分辨率与带宽的关系如下：，’ＡＲ＝二２曰当Ｂ＝４００舭时，ｚｋＲ＝３７．５ｃｍ当Ｂ＝３６００舰时。

ＡＲ＝４．１７ｃｍ４）强穿透能力超宽带引信发射信号的超宽频带使之具有对树叶、土地、混凝土、水面等介质的强穿透能力，可探测丛林、地下和水中的目标，可用于地雷、鱼雷和丛林作战的近炸引信，也可用来探测地雷。

烟、雾、云层、灰尘，下雨对超宽带引信影响很小如图１、２所示。

同时，可采用低波段超宽带引信探测隐蔽在树林、植被中的目标，与窄带无线电引信不同的是采用低波段超宽带，不但具备了低波段无限电信号的穿透性，而且具有了高的分辨率。

同时，可探测覆盖（如伪装网中）在介质里面的目标。

而对窄带无线电引信，它没法区分分层目标。

２图１超宽带信号在雾中的损耗随频率的变化曲线图２超宽带信号在雨中的损耗随频率的变化曲线图３超宽带信号穿透植被示意图５）低功耗超宽带引信发射的窄脉冲幅度较低，宽度极窄，其脉冲重复频率通常为１～２兆赫，所以其占空比也比较低，也就是说在每个重复周期内，引信只在很小的一个时间间隔里发射幅度较低的窄脉冲信号，故平均功率很小，功耗很低。

６）小体积现代电子技术的发展使超宽带引信可以只用少量普通电子元器件组成。

其天线尺寸在合理要求其中心频率和带宽情况下可以做得很小，能够做得与常规弹药共形。

７）低成本由于超宽带引信只用少量电子元器件，天线也可采用较简单的结构形成，所以其成本较低，完全有可能做到不高于传统的无线电引信的生产成本。

８）识别能力强普通无线电引信发射的正弦波高频信号照射目标后，其回波仍是正弦波，只是其幅度、频率和相位发生了变化。

但冲激引信发射的窄脉冲照射目标后，其回波为目标的冲激响应，包含了目标的丰富信息，可以利用这个冲激响应对目标进行识别。

现在已发展了多种基于目标冲激响应进行目标识别的理论和算法，为进一步发展具有目标识别能力的高性能冲激引信提供了良好的基础。

９、具有很强的互相抗干扰能力由于采用超宽带编码、相关接收技术，多个无线电引信可同时工作，而互不影响，这在导弹子弹等应用中是必须的。

一、超宽带（UWB）定位方法简介超宽带是一种短距离的无线通信技术，但是同时它也可以应用在室内定位当中，跟蓝牙和WIFI定位方法不同，位置信息并不是基于信号强度（RSSI）进行计算，而是通过无线信号的飞行时间（ToF）计算的。

信号飞行的速度是光速（固定值），所以只要知道飞行时间就可以计算出两个设备的距离。

超宽带技术分为两种定位方法：到达时间差（TDoA）和飞行时间测距（ToF）。

超宽带设备分为两种角色：标签Tag和基站Anchor；例如在人员定位场景，每个人会佩戴有一个标签，基站会分布在被定位区域的多个位置。

图 1-1 定位系统示意图1.1 飞行时间测距（ToF）标签和基站之间会通过无线收发至少3次交互之后，可以得到标签和基站之间的距离信息。

以下图中最常用的3消息双向测距方法为例，标签和基站的测距流程如下图所看到，标签可以看做设备A（Device A），基站可以看做设备B（Device B），设备A主动发起第一次测距消息，设备B响应，得到4个时间戳，设备A等待Treply2之后再发起，设备B接收，再得到2个时间戳。

因此可以得到如下四个时间差：~ Tround1~ Treply1~ Tround2~ Treply2飞行时间计算方法，可以使用如下公式计算：最后乘以光速就可以得到设备A和B之间的距离。

图1-2是得到各个基站的距离之后，标签定位的过程。

标签和各个基站无线信号的交互如下图所示：图 1-2 标签与各个基站测距TOF流程图图1-3是根据到各个基站的测距信息，以基站为中心画圆，就可以得到一个交点，交点就是标签的位置。

图 1-3 双向测距方法定位流程图1.2 到达时间差（TDoA）到达时间差（TDoA）技术，分为有线同步和无线同步，由于有线同步技术对布线和网络的要求较高，成本比较高，因此一般会采用无线同步技术，本文介绍的到达时间差（TDoA）技术都是基于无线同步。

标签将数据包发送到被基站覆盖的区域内，附近的所有基站都会收到标签的无线信号，但不会返回任何无线信号。

超宽带天线1. 引言超宽带（Ultra-Wideband，简称UWB）技术是一种基于大带宽无线传输的技术，可以实现高速数据传输、精确定位以及物联网应用等多种功能。

而超宽带天线作为UWB系统中至关重要的组成部分，其设计和性能对系统的整体性能有着重要影响。

本文将详细介绍超宽带天线的概念、设计原则以及常见的超宽带天线类型。

2. 超宽带天线概述超宽带天线是一种能够在超宽带频段内工作的天线。

它能够传输大量的数据，且具备透过墙体和障碍物传输数据的能力，因此在无线通信、雷达系统、物联网等领域有着广泛应用。

与传统窄带天线不同，超宽带天线具备以下特点：•带宽宽广：超宽带天线的工作频率范围通常达到几百兆赫兹到几十吉赫兹，因此能够传输更多的信息。

•抗干扰能力强：超宽带技术采用短脉冲信号传输，在频域内具有较好的抗多径干扰能力。

•精确定位能力：超宽带信号能够提供高精度的时延测量，从而实现精确定位功能。

3. 超宽带天线设计原则3.1 带宽匹配超宽带天线的设计需要考虑到其工作频率范围的宽广性。

天线的输入阻抗和辐射模式应当在整个超宽带频段内保持稳定，以保证信号的传输质量和距离。

在设计过程中，可以采用多种技术手段来改善带宽匹配，如使用宽带阻抗转换器、多振子设计等。

3.2 辐射效率超宽带天线的辐射效率对系统性能至关重要。

辐射效率高意味着更好的信号传输质量和更远的传输距离。

辐射效率的提高可以通过合理的设计天线结构、优化天线材料以及减小辐射功率损耗等方式来实现。

3.3 多频段覆盖超宽带天线不仅要满足带宽宽广的要求，还需要能够在不同频段内工作。

因此，设计超宽带天线时需要考虑多频段覆盖的需求。

可以采用多种技术手段，如使用多振子结构、配置可调谐元件等来实现多频段覆盖。

4. 常见的超宽带天线类型4.1 偶极天线偶极天线是最常见的超宽带天线类型之一。

它由两个电极构成，能够在多个频段内较好地匹配和辐射。

偶极天线具有简单的结构和方便的制造工艺，因此被广泛应用于超宽带通信系统中。

超宽带无线通信技术近来，人们可能会注意到，在通信领域出现了一个新的技术词汇——超宽带无线通信，实际上，超宽带无线电的历史渊源，可以追溯到一百年前波波夫、马可尼发明越洋无线电报的时代。

现代意义上的超宽带UWB（UltraWide Band）无线电，又称冲激无线电（Impulse Radio）技术，出现于1960年代，但其应用一直仅限于军事、灾害救援搜索雷达定位及测距等方面。

2002年2月14日，这项无线技术首次获得了美国联邦通信委员会（FCC）的批准用于民用通信，从而引起了世界各国的广泛关注，自1998年起，FCC对超宽带无线设备对原有窄带无线通信系统的干扰及其相互共容的问题开始广泛征求业界意见，在有美国军方和航空界等众多不同意见的情况下，FCC仍开放了UWB技术在短距离无线通信领域的应用许可，这充分说明此项技术所具有的广阔应用前景和巨大的市场诱惑力。

UWB是一种无载波通信技术，它不采用正弦载波，而是利用纳秒至微微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，因此其所占的频谱范围很宽。

一般认为-10dB相对带宽超过25％，或-10dB绝对带宽超过1.5GHz就称为超宽带，后来FCC又将此带宽值修改为500MHz。

由计算信道容量的Shannon公式可知，在信道容量一定的情况下，带宽与信噪比可以互补。

UWB的带宽非常宽，目前FCC开放的频段是3.1-10.6 GHz，故UWB系统发射的功率谱密度可以非常低，甚至低于FCC规定的电磁兼容背景噪声电平（-41.3dBm—FCC Part15），所以短距离UWB无线通信系统与其他窄带无线通信系统可以共存。

UWB的传输速率可达几十Mbps～几Gbps；其收发信机结构简单，成本低于全数字化；并且其固有的抗多径衰落功能很强。

UWB发射脉冲持续时间远小于脉冲重复周期，平均发射功率很低，使UWB 技术在实现超宽带信号时域波形高传输数据率的同时也有着低功耗的显著优点。

超宽带技术在实现同样传输速率时，功率消耗仅有传统技术的1/10-1/100。