1.P452概述

P452是一種波段在3.1GHz到4.8GHz之間的超寬帶(UWB)無(wú)線收發(fā)器，其中測(cè)距模塊頻段范圍在3.9G到4.7GHz之間，單基站雷達(dá)頻段范圍在3.1GHz到4.8GHz之間。P452主要功能包含：高精度測(cè)距、組網(wǎng)、定位、雷達(dá)、通信。

P452測(cè)距模塊
P452雷達(dá)模塊
封裝后信標(biāo)
封裝信標(biāo)外觀尺寸圖

主要參數(shù)列表

物理參數(shù) 數(shù)值
電路板尺寸 89mmX56mm
重量 45g
工作溫度 -40℃至85℃
工作濕度 最大為95%，不結(jié)露
抗振性 適應(yīng)極強(qiáng)振動(dòng)環(huán)境
輸入電壓 5~48V
用戶接口 USB、串口、以太口、SPI、CAN
射頻與通信 數(shù)值
工作波段 3.1~4.8GHz，中心頻率4.3GHz
發(fā)射功率 50μW
通信渠化 11個(gè)用戶可選偽隨機(jī)脈沖間隔信道
通信方式 數(shù)據(jù)包
最大波特率 19.2~612kbps

2、測(cè)距與通信（RCM）

原理介紹：TW-TOF（Two-Way Time-of-Flight）雙向時(shí)間飛行法
每個(gè)模塊從啟動(dòng)開(kāi)始即會(huì)生成一條獨(dú)立的時(shí)間戳。模塊A的發(fā)射機(jī)在其時(shí)間戳上的Ta1發(fā)射請(qǐng)求性質(zhì)的脈沖信號(hào)，模塊B接收機(jī)在其時(shí)間戳上的Tb1接收到該信號(hào)。對(duì)信號(hào)加以一定的處理手段后，模塊B在Tb2時(shí)刻發(fā)射一個(gè)響應(yīng)性質(zhì)的信號(hào)，被模塊A在自己的時(shí)間戳Ta2時(shí)刻接收。由此可以計(jì)算出脈沖信號(hào)在兩個(gè)模塊之間的飛行時(shí)間，從而確定飛行距離。

測(cè)距參數(shù) 性能
測(cè)距原理 脈沖雙向飛行時(shí)間（TW-TOF）、粗略距離估算（CRE）
最大測(cè)距距離 自由空間：410m （特定配置下可達(dá)1000m）
精確度（3次標(biāo)準(zhǔn)偏差） 2.3cm
準(zhǔn)確度（偏置誤差） 2.1cm
最大測(cè)距刷新率 14至125Hz
最大波特率 612kbps

3、測(cè)距組網(wǎng)與定位（2D）

測(cè)距組網(wǎng)

測(cè)距網(wǎng)RangeNet是P452在RCM的基礎(chǔ)上拓展的系統(tǒng)功能，可以滿足區(qū)域內(nèi)多個(gè)模塊之間進(jìn)行測(cè)距時(shí)所需解決的問(wèn)題，比如模塊串?dāng)_、映射關(guān)系的選擇、規(guī)定時(shí)序以及多個(gè)子系統(tǒng)的拓展等。RangeNet 的API允許用戶在定義一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的同時(shí)，定義網(wǎng)絡(luò)內(nèi)模塊的行為，而在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的操作由P452來(lái)控制。具體來(lái)說(shuō)，P452負(fù)責(zé)調(diào)度測(cè)距請(qǐng)求，保持所有鄰居的數(shù)據(jù)庫(kù)，在主機(jī)與網(wǎng)絡(luò)之間傳遞信息。
RangeNet 駐留在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中。每個(gè)節(jié)點(diǎn)可以向多個(gè)其它節(jié)點(diǎn)發(fā)出測(cè)距請(qǐng)求和對(duì)多個(gè)其它節(jié)點(diǎn)發(fā)出的測(cè)距請(qǐng)求做出及時(shí)響應(yīng)。RangeNet 的節(jié)點(diǎn)可以被設(shè)置成“信標(biāo)”和“發(fā)起者”。信標(biāo)不主動(dòng)發(fā)出測(cè)距請(qǐng)求，它僅僅向周圍節(jié)點(diǎn)宣告它的存在并且自動(dòng)對(duì)收到的測(cè)距請(qǐng)求進(jìn)行響應(yīng)。發(fā)起者定期自主向周圍節(jié)點(diǎn)發(fā)起測(cè)距邀請(qǐng)并且把測(cè)距結(jié)果發(fā)送給相連的主機(jī)。

RangeNet是在以P452模塊組成的RCM鏈接層基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的無(wú)線介質(zhì)訪問(wèn)控制層（MAC），減輕使用者直接通過(guò) RCM 鏈接層來(lái)初始化數(shù)據(jù)包從而協(xié)調(diào)飛行時(shí)間所帶來(lái)的負(fù)擔(dān)。詳細(xì)的說(shuō)明如上圖所示。

組網(wǎng)協(xié)議

RangeNet 支持兩種協(xié)議選項(xiàng)：隨機(jī)調(diào)度 （ALOHA）和時(shí)分多址（TDMA）。主機(jī)可以動(dòng)態(tài)地在這兩種媒體訪問(wèn)控制模式之間進(jìn)行切換。
以ALOHA為例：如下圖，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)由 A 到 F 共 6 個(gè)節(jié)點(diǎn)組成。節(jié)點(diǎn) A 向節(jié)點(diǎn) B 發(fā)出測(cè)距請(qǐng)求，節(jié)點(diǎn)B 根據(jù)嵌入的雙向飛行時(shí)間協(xié)議在精確的時(shí)間點(diǎn)發(fā)回一個(gè)測(cè)距響應(yīng)數(shù)據(jù)包。這個(gè)完整的互動(dòng)過(guò)程表示一個(gè)“測(cè)距對(duì)話”。節(jié)點(diǎn) A 在收到節(jié)點(diǎn) B 的響應(yīng)后計(jì)算兩點(diǎn)之間的距離，然后把這個(gè)數(shù)據(jù)和其它指標(biāo)一起發(fā)給主機(jī)。

RangeNet 對(duì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的資源進(jìn)行了優(yōu)化，能夠高效地管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，使其尤其適用于節(jié)點(diǎn)之間距離很遠(yuǎn)，需要被同時(shí)監(jiān)控的目標(biāo)數(shù)量很多，運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的速度較快的跟蹤定位場(chǎng)合。

2D

根據(jù)分配基站（錨點(diǎn)Anchor）與移動(dòng)點(diǎn)的測(cè)距數(shù)據(jù)，模塊可計(jì)算出相對(duì)位置。

2D定位演示圖

4.單基站雷達(dá)（MRM）

P452單基地雷達(dá)模塊（Monostatic Radar Module，MRM）是一個(gè)完全相干的短距離雷達(dá)。超寬帶雷達(dá)發(fā)射高帶寬的高斯脈沖，波形分辨率可達(dá)厘米級(jí)。這使得MRM在復(fù)雜環(huán)境中工作時(shí)具備雜波抑制所需的分辨率。
MRM雷達(dá)功能可用于雷達(dá)成像（SAR與ISAR）、動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)、無(wú)源定位等，在安防、金融、工業(yè)、教學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域均能發(fā)揮作用。

P452模塊基礎(chǔ)調(diào)制信號(hào)的時(shí)長(zhǎng)和頻率

工作原理

檢測(cè)時(shí)間通過(guò)超寬帶脈沖在目標(biāo)和天線之間反射來(lái)計(jì)算，單位為納秒（ns）。根據(jù)已知的射頻信號(hào)速度即每納秒0.3米，可推算出目標(biāo)與天線的距離。在使用標(biāo)準(zhǔn)全向天線的前提下，MRM檢測(cè)范圍可達(dá)80米。用戶可根據(jù)實(shí)際需要通過(guò)更改天線來(lái)提高M(jìn)RM性能。

雷達(dá)性能 性能    
脈沖間隔 100ns
理論掃描頻率 5~19722Hz
濾波器 帶通濾波、運(yùn)動(dòng)濾波
作用范圍（增強(qiáng)版） 人員走動(dòng)：80m人員匍匐：40m車輛：100m

機(jī)載雷電巡檢
P452模塊裸機(jī)重量只有45g，小巧輕便，適合裝載于各類型無(wú)人機(jī)上。模塊的雷達(dá)功能可用于SAR（合成孔徑雷達(dá)）成像，可以讓無(wú)人機(jī)執(zhí)行電力線檢查、地面成像等任務(wù)。

天線指向地面，對(duì)正下方區(qū)域進(jìn)行成像

地面反射信號(hào)非常強(qiáng)
可以獲取高度信息
可見(jiàn)多處反射

信道分析工具（CAT）

P452雷達(dá)傳感器與信道分析工具

我們的單基站雷達(dá)模塊（MRM）軟件將UWB模塊配置為完全相干的短程單基站雷達(dá)傳感器。這樣全帶寬P452可以實(shí)現(xiàn)最大RF帶寬（>1GHz）和盡可能低的中心頻率（4.3GHz），其性能可與10GHz和20GHz系統(tǒng)相媲美，但成本僅為后者的一小部分，并且具有更好的傳播特性。

MRM軟件能夠滿足您以下的雷達(dá)應(yīng)用需求:

  • 異常雜波抑制
  • 高分辨率（1.4GHz帶寬提供分辨率<6英寸）
  • 短距離操作（幾英寸到幾百英尺），最小盲區(qū)
  • 隨著工作范圍的增加而增加的增益
  • 以盡可能低的工作頻率實(shí)現(xiàn)盡可能高的射頻帶寬
  • 快速更新速率（高達(dá)20 kHz）
  • 對(duì)原始雷達(dá)掃描數(shù)據(jù)的訪問(wèn)允許針對(duì)特定應(yīng)用定制的濾波和檢測(cè)策略

MRM軟件可以提供各種各樣的應(yīng)用，包括合成孔徑雷達(dá)（SAR）成像、無(wú)標(biāo)簽人員跟蹤、避障、無(wú)人機(jī)測(cè)高和接近感知。在每種情況下，基于應(yīng)用程序的信號(hào)處理是不同的。我們提供了一個(gè)功能豐富的API與示例C和MATLAB代碼，以幫助程序員進(jìn)行程序開(kāi)發(fā)。

P452雷達(dá)工作模式

單穩(wěn)態(tài)雷達(dá)模塊（MRM）

我們的OEM模塊有一個(gè)非常靈活的UWB雷達(dá)前端，通過(guò)天線重復(fù)地接收大量的RF脈沖響應(yīng)信號(hào)。單基站雷達(dá)模塊配置和評(píng)估工具（MRM RET）程序可以在PC上運(yùn)行，可執(zhí)行所有的雷達(dá)API命令。程序界面可以實(shí)時(shí)顯示原始雷達(dá)掃描數(shù)據(jù)，顯示掃描范圍內(nèi)目標(biāo)的距離和反射率，還可以將雷達(dá)掃描記錄到文件里進(jìn)行后處理。MRM RET支持運(yùn)動(dòng)濾波和檢測(cè)處理的算法，但我們鼓勵(lì)用戶使用提供的示例C和示例MATLAB代碼，針對(duì)自己的應(yīng)用程序優(yōu)化這些算法。

信道分析工具（CAT）

用作傳播工具: 由于發(fā)射信號(hào)中包含一個(gè)高精度的嵌入式同步時(shí)鐘，因此在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間不需要物理連線觸發(fā)信號(hào)。這消除了典型系統(tǒng)的操作限制。以CAT為基礎(chǔ)的系統(tǒng)將收集高品質(zhì)的傳播數(shù)據(jù)更快，更方便，其成本不足傳統(tǒng)的基于DSO系統(tǒng)的十分之一。

信道脈沖響應(yīng)（CIR）

CAT還提供了使用CLEAN算法將捕獲的波形轉(zhuǎn)換為信道脈沖響應(yīng)（CIR）的示例MATLAB代碼。 CAT軟件提供的MATLAB代碼允許將捕獲的波形轉(zhuǎn)換為信道沖激響應(yīng)（CIR）。

通信數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

CAT提供所有接收數(shù)據(jù)的通信統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，包括：Eb/No、誤碼率和分組誤碼率。

多基地雷達(dá)

用作雙基站或多基站雷達(dá)

CAT捕獲的波形也可以被視為 雙基地 或 多基地 雷達(dá)波形。在第一個(gè)到達(dá)的能量之后的所有能量都是由視野中的目標(biāo)的反射引起的。隨時(shí)間變化的反射是移動(dòng)的目標(biāo)。采集到的數(shù)據(jù)可以轉(zhuǎn)換成I&Q數(shù)據(jù)流并進(jìn)行多普勒處理。可以對(duì)波形進(jìn)行運(yùn)動(dòng)濾波和處理以進(jìn)行檢測(cè)。

顯示第一個(gè)到達(dá)的能量和潛在目標(biāo)的典型接收波形