IR-UWB室内定位系统：低功耗射频收发机设计与实现

"设计了一种IR-UWB室内定位系统的射频收发机，通过1 ns的窄脉冲在4 GHz频率调制，利用隧道二极管检波和比较器判决实现信号处理，达到40 cm以上的定位精度。" 本文详细探讨了IR-UWB（红外超宽带）室内定位系统的射频收发机设计，该技术因其低功耗、优良的多径效应抵抗能力、高安全性及系统简单性而在无线定位领域中受到广泛关注。设计的收发机着重于降低复杂性和功耗，以满足室内环境下的定位需求。 发射机部分，采用了1 ns宽度的窄脉冲，并将其调制至4 GHz的频率。这种窄脉冲设计有利于提高定位精度，因为它们能够在传播过程中产生较少的干扰，同时在接收端更容易解析。窄脉冲的调制是通过脉冲发生器来实现的，它可以产生精确的脉冲序列，以供定位系统使用。 接收机部分，利用了隧道二极管作为检波器，这是一种非相干检波方法，可以有效地检测到微弱的UWB信号。隧道二极管检波后的包络信号通过比较器进行判决，然后传输到基带进行进一步处理。这种设计简化了系统架构，降低了整体功耗。 在系统结构方面，采用了多点定位策略，利用到达时间差(TDOA)方法进行定位。系统包括待定位的标签、固定的传感器节点和中央控制台。传感器和控制台通过网络连接，而标签则通过低功耗的通信芯片如CC2510与传感器进行交互。标签的睡眠唤醒机制进一步减少了能量消耗，只有在接收到定位请求时才激活，从而延长电池寿命。 CC2510芯片是TI公司的一种集成8051微控制器和无线收发模块的单芯片解决方案，特别适合低功耗应用。标签组件还包括IR-UWB脉冲发生器和功率放大器，以增强发射信号，确保在室内环境中能够有效传播。 通过实测，该原型系统的定位精度优于40 cm，满足了设计预期。这一成果表明，该设计为IR-UWB室内定位提供了实用且高效的解决方案，适用于各种需要精确定位的场景，如物联网设备追踪、室内导航、安全监控等。 关键词：IR-UWB室内定位，射频收发机，隧道二极管，低功耗，TDOA定位，CC2510芯片。