武汉菁扬科技有限公司

Wuhan Jingyang Technology Co., Ltd
在线客服
 工作时间
周一至周五 :8:00-22:00
周六至周日 :8:30-21:30
 联系方式
严经理:18086019559
电邮:beyondwireless@163.com
QQ:2226739657
微信:beyondwireless
产品详情
高精度超宽带无线实时定位系统
编号 : JYUWBLoc
产品详情

   全新升级高精度无线实时定位系统!抗环境干扰能力更强,定位精度较ZigBee提高至少一个量级,定位误差典型环境下可小于1米!

采用先进的为微功耗芯片,集成片上CSS射频技术,打造全新的高精度无线实时定位系统,完美替代ZigBee解决方案!

   ★基于CSS准超宽带的无线电测距能力

   ★通过TDOA方式实现高精度的标签实时定位

      ★PC上运行的定位软件可作为实时定位演示

产品特点:

1.独具特色的片上CSS核心技术具备极强的抗干扰、抗频率偏移特性以及抗多路径效应能力,使得测距精度大幅提高,这是ZigBee定位技术所望尘莫及的。传统的ZigBee技术采用RSSI信号强度检测方法,在环境障碍、遮挡等典型情况下,测距误差极大,无法满足工业场合的定位需求。

2.低功耗。本产品一段时间不需要进行任何工作,可以关闭模块的射频电源,将芯片设置为PowerDown模式,使CPU进入休眠模式,满足整个系统长周期的使用需求。

3.无线方式的时间同步。通过发送时间信息包可以同步不同模块的RTC时钟。与广播信息包相同,时间信息包的发送目标地址无效,它可以被任何设置相同无线参数的模块接收。接收时间信息包的模块如果设置为自动时间信息包处理模式,其RTC时间立即自动更新,不需软件干预。时间信息包的数据区内容与普通数据信息包一样可正常发送和接收,可作为手动更新RTC时间的判断依据

4.TDOA定位技术。采用对称双边双程测距方式(SDS TWR(Symmetric Double-Sided Two Way Ranging)),利用信号在两个非同步的收发机往返之间的传输时间来测量距离,抵消了测距过程中的因时间非同步带来的抖动,大幅提高的测距精度,因而保证了较高的定位精度。

CSS技术特色与优势

一、CSS技术简介
        CSS技术是Chirp Spread Spectrum的简称,即线性调频扩频技术。这种技术以前主要用于脉冲压缩雷达,能够很好的解决冲击雷达系统测距长度和测距精度不能同时优化的矛盾。因此国内外的研究,一直局限在雷达领域。近年来,随着IEEECSS技术列为802.15.4a技术标准的底层实现方式之一,该项技术在通讯领域的应用才逐渐受到关注。

从信号特征上来说,CSS信号是一种扩频信号,发送脉冲信号的瞬时频率,在一个信息周期T内会进行线性的频率调整,并扫过一定的带宽,所以这是典型的扫频信号。

通常情况下CSS通讯与定位系统特征定义:
1CSS通讯是一种载波通讯技术,但和通常的正弦型信号载波不同,该信号是脉冲载波;
2CSS脉冲信号运用一串脉冲携带信息,并在发送端进行调制后发出,接收端经过滤波压缩后提取信息;
3CSS信号最大技术特征是利用脉冲压缩技术,该技术使得接收脉冲能量非常集中,极其容易检测出来,提高了抗干扰和多路径效应能力;
4由于上述技术而使得接收机端可以直接捕获脉冲压缩,从而利用锁相环电路进行时间同步;且由于脉冲压缩技术有很好的抗频率偏移特性,并不需要进行频率同步;
5由于CSS信号在时域和频域上同时被扩展,使得信号频谱密度降低;又因为采用脉冲压缩技术,信号通过匹配滤波器获得较大的处理增益,使得整体功耗很低;
6CSS脉冲信号的产生过程,可以同时运用调频、调幅、调相等技术手段;

二、CSS技术核心脉冲压缩技术
CSS信号一般被称为切谱信号,台湾学者称为啁啾信号,英文Chirp PulseCSS的核心技术是源于雷达系统的脉冲压缩技术。根据该技术理论,带宽为B,扫频时间为TCSS信号,经过压缩匹配后,能量将基本集中在中心B/2的区域,而脉冲幅度将提高到。因此脉冲能量将集中在一个很短的时间内。CSS信号经过压缩处理后,能量将集中在B/2区域内,且幅度有很大的提高。

在实际信号调制过程中,一般利用SAW器件(声表面波滤波器),通过激励脉冲触发出具有脉冲特性的CSS信号,这些信号在信道中传输,并被接收端收到后,经过滤波器处理,获取脉冲压缩。由于接收端检测到的脉冲压缩信号中的噪音成分,解扩时已经在时域上被匹配滤波器展宽削弱或滤掉,这样就等于把宽带干扰转变成窄带干扰,且因有用脉冲幅值很大,很容易被检测到脉冲。

由于接收端可以运用脉冲压缩技术直接捕获高能量、高幅值脉冲,且抗频率偏移特性较好,实际通讯过程中能够不需要频率同步或者时间同步;这种检测时间精准的特性,为精确的距离测量提供了保证。在测距与定位系统中,接收机总是能够准确而快速的检测到脉冲到达的时间。

三、CSS与其他扩频手段比较
无线扩频手段包括直接序列扩频(DS,如Zigbee)、跳频(FH)、跳时(TH)以及线性调频(CSS)。这四种技术中,最常用的是前三种,以及其混合系统;第四种一般在雷达系统中才会用到。有时第四种CSS手段也会作为前三种系统的补充应用,用于抵抗这些系统的频移特性。前三种系统的缺点如下:
1DS扩频:处理增益容易受到PN码速率限制;时间同步要求高;捕获时间相对长,也受到PN码长度影响;
2FH扩频:获取高处理增益的同时,容易受到脉冲和全频带干扰影响;快速跳频系统设计复杂、频率合成难度高;慢速跳频时隐蔽性差;
3TH扩频:连续波干扰严重;需要峰值功率高,时间同步难;

容易看出,DS系统由于同步时间的问题,以及PN码的限制,在定位与测距系统中很难获得较好的测量结果;FH系统容易受到干扰,不易应用于恶劣环境;TH系统则在功耗和干扰问题上难以适用于现代的低功耗健壮系统的应用;本文第二节中已经介绍CSS系统的特性,不难看出,CSS系统由于采用了脉冲压缩的处理机制,在避免使用PN码的同时,有效实现了脉冲捕获时间精准的需求;而对于脉冲和连续波干扰信号,脉冲压缩处理过程也进行了过滤以及能量分散,同时有用脉冲能量压缩加大,避免了电磁信号干扰;在解扩过程获取高增益、脉冲压缩能量集中的特性,使得发射机并不需要通过增加Chirp线性脉冲能量来获取射频功率,大大降低了峰值功率的需求。

总的来说,CSS技术除了具有传统扩频技术如直序列扩频(DSSS),跳频扩频(FHSS)共同的优点,即抗衰减能力强,保密性好,处理增益大等,还具有功率谱密度低,抗频率偏移能力强,传输距离远,射频功耗低等特点。这些特点使得CSS技术从脉冲压缩雷达的特殊应用,到构建现代室内外通讯系统成为可能:较低的发射功率、较好的保密性、与通讯稳定性以及抗干扰、低功耗等特点,使CSS能够应用于大多数具有挑战性的环境。

系统硬件组成

标配的系统开发套件由四个固定节点与一个有源标签组成。本定位系统设定四个固定节点和移动标签均处于同一个水平面。移动标签不断测量自身与固定点之间的距离,然后将距离信息通过广播信息包发送给固定点或其它接收设备;将任何一个固定节点、接收设备或移动标签本身与PC进行连接,并在PC上运行定位演示软件,即可显示移动标签相对于固定点的相对位置,实现定位的功能。

技术参数

1)固定节点(基站)

物理尺寸:80mm×55mm×20mm

通讯距离:≥120m

工作频率:2400MHz ~ 2483MHz

发射功率:10mW(10dBm)

通讯速率:125Kbps2Mbps

测距精度:1m

供电电压:5V

工作电流:<60mA(典型值)

待机电流:1.8uA(典型值)

供电:①交流适配器DC5V供电。②USB供电。

LED指示灯:1个电源指示灯+ 1个无线收发状态指示

按键:1个复位按键+ 1个普通按键

电源开关:1

蜂鸣器:1

USB口:转接MCUUART,实现串口通信和供电

调试下载接口:1ISP

外部通信接口:TXD/RXD/VCC/GND

SMA天线座:SMA母座,外接2.4G高增益天线

2)移动节点

工作频率:2400MHz ~ 2483MHz

发射功率:10mW(10dBm

通讯速率:125Kbps2Mbps

通讯距离:≥120m

测距精度:1m

供电电压:DC5V

工作电流:40mA(典型值)

待机电流:1.8uA(典型值)

物理尺寸:90*40mm*20mm

SMA天线座:SMA母座,外接2.4G高增益天线

电源开关:1

供电:①交流适配器DC5V供电。②USB供电。

LED指示灯:1个电源指示灯+ 1个无线收发状态指示

按键:1个复位按键+ 1个普通按键

电源开关:1

USB口:转接MCUUART,实现串口通信和供电

调试下载接口:1ISP口(插针方式)

外部通信接口:TXD/RXD/VCC/GND

SMA天线座:SMA母座,外接2.4G高增益天线

系统演示

系统组成清单:

  •   固定节点(基站)4个;

  •   移动节点1个

  •   USB线5根(连接开发板与电脑USB口或连接开发板与交流适配器)

  •   交流适配器5个(通过USB线为固定节点提供电源)

  •   二次开发所需接口数据协议以及通信协议(方便用户进行二次开发或系统集成)

  •   光盘1张(内含有最新的定位演示PC软件、开发手册和说明资料