UWB雙向測(cè)距中雙邊雙向測(cè)距和單邊雙向測(cè)距簡(jiǎn)介

在現(xiàn)代無(wú)線通信和定位系統(tǒng)中，雙向測(cè)距需求的不斷增加推動(dòng)了多種測(cè)距技術(shù)的發(fā)展。無(wú)論是在工業(yè)自動(dòng)化、智能建筑，還是資產(chǎn)管理等領(lǐng)域，能夠精確測(cè)量設(shè)備之間的距離，對(duì)于確保系統(tǒng)的高效運(yùn)行至關(guān)重要。雙向測(cè)距的基本原理是通過(guò)兩個(gè)設(shè)備之間的通信來(lái)測(cè)量它們之間的距離。然而，根據(jù)通信方式的不同，雙向測(cè)距技術(shù)分為單邊雙向測(cè)距（SS-TWR）和雙邊雙向測(cè)距（DS-TWR）兩種。這兩種測(cè)距方法目前用的比較多的是基于UWB技術(shù)實(shí)現(xiàn)，在具體實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度和應(yīng)用場(chǎng)景上各有不同。

單雙邊定義：從簡(jiǎn)單往返到多次交互

雙向測(cè)距從字面意思很好理解，雙向測(cè)距是測(cè)量?jī)蓚€(gè)設(shè)備之間距離的一種方法。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，它通過(guò)兩個(gè)設(shè)備互相發(fā)送信號(hào)來(lái)計(jì)算它們之間的距離。通俗點(diǎn)說(shuō)，雙向測(cè)距就是讓兩個(gè)設(shè)備互相“打招呼”，通過(guò)“打招呼”花的時(shí)間來(lái)判斷它們之間的距離。比起單向測(cè)距來(lái)說(shuō)，因?yàn)榛ハ嗤ㄐ?，測(cè)量的結(jié)果會(huì)更準(zhǔn)確，不太容易出錯(cuò)。

那單邊雙向測(cè)距和雙邊雙向測(cè)距怎么理解其中的“單邊”和“雙邊呢”？在測(cè)距技術(shù)中，“單邊”和“雙邊”是用來(lái)描述信號(hào)傳輸方向和測(cè)距過(guò)程的術(shù)語(yǔ)。

單邊雙向測(cè)距是基于一次信號(hào)往返的測(cè)距方法。其工作原理相對(duì)簡(jiǎn)單：發(fā)起設(shè)備（TX）向目標(biāo)設(shè)備（RX）發(fā)送一個(gè)測(cè)距請(qǐng)求信號(hào)，目標(biāo)設(shè)備接收到請(qǐng)求后立即發(fā)送應(yīng)答信號(hào)回到發(fā)起設(shè)備。發(fā)起設(shè)備通過(guò)記錄信號(hào)的發(fā)送時(shí)間和接收時(shí)間，計(jì)算出信號(hào)的總往返時(shí)間，并以此推斷出設(shè)備之間的距離。在SS-TWR中，測(cè)距精度的高低依賴于設(shè)備之間的時(shí)鐘同步情況和信號(hào)往返時(shí)間的精確測(cè)量。由于只有一次通信往返，因此其實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，速度快，但也容易受到時(shí)鐘同步誤差和環(huán)境干擾的影響。

雙邊雙向測(cè)距則是在SS-TWR基礎(chǔ)上的進(jìn)一步發(fā)展。DS-TWR通過(guò)兩次或多次信號(hào)往返，消除由于時(shí)鐘偏移或漂移引起的誤差。測(cè)距過(guò)程通常如下：發(fā)起設(shè)備（TX）發(fā)送測(cè)距請(qǐng)求信號(hào)到目標(biāo)設(shè)備（RX），目標(biāo)設(shè)備在處理后返回應(yīng)答信號(hào)。接著，發(fā)起設(shè)備再次發(fā)送信號(hào)，并等待目標(biāo)設(shè)備的第二次應(yīng)答。通過(guò)兩輪通信往返，發(fā)起設(shè)備可以精確計(jì)算出信號(hào)的往返時(shí)間（ToF），并最終得出設(shè)備間的精確距離。

這里所說(shuō)的兩種測(cè)距可以根據(jù)公式計(jì)算其發(fā)起設(shè)備和目標(biāo)設(shè)備信號(hào)往返的飛行時(shí)間，然后根據(jù)光速（使用光速是因?yàn)闊o(wú)線電信號(hào)在空氣中傳播的速度非常接近光速）乘以這個(gè)往返信號(hào)的飛行時(shí)間。這里對(duì)于具體的數(shù)據(jù)推導(dǎo)不作過(guò)多討論，我們要知道的是DS-TWR通過(guò)雙向通信實(shí)現(xiàn)了更高的測(cè)距精度，特別是在復(fù)雜、多徑的環(huán)境中，其抗干擾能力和測(cè)距穩(wěn)定性遠(yuǎn)超SS-TWR

單邊雙向與雙邊雙向比較：精度、速度與抗干擾能力的權(quán)衡

SS-TWR僅需要一次通信往返，硬件和軟件的實(shí)現(xiàn)相對(duì)簡(jiǎn)單，且因一次往返通信所以測(cè)量速度快且功耗較低，適合對(duì)成本和開(kāi)發(fā)周期有嚴(yán)格要求的場(chǎng)景。但由于信號(hào)只進(jìn)行一次往返，時(shí)鐘同步誤差和環(huán)境干擾對(duì)測(cè)距精度的影響較大。

DS-TWR通過(guò)雙向通信消除了時(shí)鐘偏移的影響，測(cè)距精度顯著提高，通常能達(dá)到厘米級(jí)別。

雙向、多次通信使得DS-TWR在多徑和復(fù)雜環(huán)境中依然能夠保持高精度，適用于工業(yè)自動(dòng)化等高精度要求的場(chǎng)景。

所以在對(duì)比SS-TWR和DS-TWR時(shí)，核心在于如何在測(cè)距精度、實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度、功耗和環(huán)境適應(yīng)性之間進(jìn)行平衡。

在需要高精度定位（如工業(yè)自動(dòng)化、精密測(cè)量等），且應(yīng)用場(chǎng)景復(fù)雜、干擾較多，DS-TWR無(wú)疑是最佳選擇。其高精度和強(qiáng)抗干擾能力能夠滿足嚴(yán)格的定位需求。

雙邊雙向測(cè)距（DS-TWR）和單邊雙向測(cè)距（SS-TWR）在測(cè)距精度、抗干擾能力和實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度上各有優(yōu)劣。DS-TWR通過(guò)多次雙向通信，實(shí)現(xiàn)了更高的測(cè)距精度，適用于要求嚴(yán)苛的場(chǎng)景；而SS-TWR則以其簡(jiǎn)單、快速的特點(diǎn)，在需要低功耗和快速響應(yīng)的應(yīng)用中表現(xiàn)出色。理解這兩種測(cè)距方法的技術(shù)理論和特點(diǎn)，有助于選擇最適合特定應(yīng)用場(chǎng)景的測(cè)距技術(shù)，從而提升系統(tǒng)的整體性能。