1.P452概述

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

P452測距模塊
P452雷達模塊
封裝后信標
封裝信標外觀尺寸圖

主要參數列表

物理參數 數值
電路板尺寸 89mmX56mm
重量 45g
工作溫度 -40℃至85℃
工作濕度 最大為95%，不結露
抗振性 適應極強振動環(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個用戶可選偽隨機脈沖間隔信道
通信方式 數據包
最大波特率 19.2~612kbps

2、測距與通信（RCM）

原理介紹：TW-TOF（Two-Way Time-of-Flight）雙向時間飛行法
每個模塊從啟動開始即會生成一條獨立的時間戳。模塊A的發(fā)射機在其時間戳上的Ta1發(fā)射請求性質的脈沖信號，模塊B接收機在其時間戳上的Tb1接收到該信號。對信號加以一定的處理手段后，模塊B在Tb2時刻發(fā)射一個響應性質的信號，被模塊A在自己的時間戳Ta2時刻接收。由此可以計算出脈沖信號在兩個模塊之間的飛行時間，從而確定飛行距離。

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

3、測距組網與定位（2D）

測距組網

測距網RangeNet是P452在RCM的基礎上拓展的系統(tǒng)功能，可以滿足區(qū)域內多個模塊之間進行測距時所需解決的問題，比如模塊串擾、映射關系的選擇、規(guī)定時序以及多個子系統(tǒng)的拓展等。RangeNet 的API允許用戶在定義一個網絡的同時，定義網絡內模塊的行為，而在網絡內的操作由P452來控制。具體來說，P452負責調度測距請求，保持所有鄰居的數據庫，在主機與網絡之間傳遞信息。
RangeNet 駐留在網絡節(jié)點中。每個節(jié)點可以向多個其它節(jié)點發(fā)出測距請求和對多個其它節(jié)點發(fā)出的測距請求做出及時響應。RangeNet 的節(jié)點可以被設置成“信標”和“發(fā)起者”。信標不主動發(fā)出測距請求，它僅僅向周圍節(jié)點宣告它的存在并且自動對收到的測距請求進行響應。發(fā)起者定期自主向周圍節(jié)點發(fā)起測距邀請并且把測距結果發(fā)送給相連的主機。

RangeNet是在以P452模塊組成的RCM鏈接層基礎上實現的無線介質訪問控制層（MAC），減輕使用者直接通過 RCM 鏈接層來初始化數據包從而協(xié)調飛行時間所帶來的負擔。詳細的說明如上圖所示。

組網協(xié)議

RangeNet 支持兩種協(xié)議選項：隨機調度 （ALOHA）和時分多址（TDMA）。主機可以動態(tài)地在這兩種媒體訪問控制模式之間進行切換。
以ALOHA為例：如下圖，這個網絡由 A 到 F 共 6 個節(jié)點組成。節(jié)點 A 向節(jié)點 B 發(fā)出測距請求，節(jié)點B 根據嵌入的雙向飛行時間協(xié)議在精確的時間點發(fā)回一個測距響應數據包。這個完整的互動過程表示一個“測距對話”。節(jié)點 A 在收到節(jié)點 B 的響應后計算兩點之間的距離，然后把這個數據和其它指標一起發(fā)給主機。

RangeNet 對網絡系統(tǒng)的資源進行了優(yōu)化，能夠高效地管理系統(tǒng)網絡，使其尤其適用于節(jié)點之間距離很遠，需要被同時監(jiān)控的目標數量很多，運動目標的速度較快的跟蹤定位場合。

2D

根據分配基站（錨點Anchor）與移動點的測距數據，模塊可計算出相對位置。

2D定位演示圖

4.單基站雷達（MRM）

P452單基地雷達模塊（Monostatic Radar Module，MRM）是一個完全相干的短距離雷達。超寬帶雷達發(fā)射高帶寬的高斯脈沖，波形分辨率可達厘米級。這使得MRM在復雜環(huán)境中工作時具備雜波抑制所需的分辨率。
MRM雷達功能可用于雷達成像（SAR與ISAR）、動目標檢測、無源定位等，在安防、金融、工業(yè)、教學等多個領域均能發(fā)揮作用。

P452模塊基礎調制信號的時長和頻率

工作原理

檢測時間通過超寬帶脈沖在目標和天線之間反射來計算，單位為納秒（ns）。根據已知的射頻信號速度即每納秒0.3米，可推算出目標與天線的距離。在使用標準全向天線的前提下，MRM檢測范圍可達80米。用戶可根據實際需要通過更改天線來提高MRM性能。

雷達性能 性能    
脈沖間隔 100ns
理論掃描頻率 5~19722Hz
濾波器 帶通濾波、運動濾波
作用范圍（增強版） 人員走動：80m人員匍匐：40m車輛：100m

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

天線指向地面，對正下方區(qū)域進行成像

地面反射信號非常強
可以獲取高度信息
可見多處反射

信道分析工具（CAT）

P452雷達傳感器與信道分析工具

我們的單基站雷達模塊（MRM）軟件將UWB模塊配置為完全相干的短程單基站雷達傳感器。這樣全帶寬P452可以實現最大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應用需求:

  • 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現盡可能高的射頻帶寬
  • 快速更新速率（高達20 kHz）
  • 對原始雷達掃描數據的訪問允許針對特定應用定制的濾波和檢測策略

MRM軟件可以提供各種各樣的應用，包括合成孔徑雷達（SAR）成像、無標簽人員跟蹤、避障、無人機測高和接近感知。在每種情況下，基于應用程序的信號處理是不同的。我們提供了一個功能豐富的API與示例C和MATLAB代碼，以幫助程序員進行程序開發(fā)。

P452雷達工作模式

單穩(wěn)態(tài)雷達模塊（MRM）

我們的OEM模塊有一個非常靈活的UWB雷達前端，通過天線重復地接收大量的RF脈沖響應信號。單基站雷達模塊配置和評估工具（MRM RET）程序可以在PC上運行，可執(zhí)行所有的雷達API命令。程序界面可以實時顯示原始雷達掃描數據，顯示掃描范圍內目標的距離和反射率，還可以將雷達掃描記錄到文件里進行后處理。MRM RET支持運動濾波和檢測處理的算法，但我們鼓勵用戶使用提供的示例C和示例MATLAB代碼，針對自己的應用程序優(yōu)化這些算法。

信道分析工具（CAT）

用作傳播工具: 由于發(fā)射信號中包含一個高精度的嵌入式同步時鐘，因此在發(fā)射機和接收機之間不需要物理連線觸發(fā)信號。這消除了典型系統(tǒng)的操作限制。以CAT為基礎的系統(tǒng)將收集高品質的傳播數據更快，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（CIR）

CAT還提供了使用CLEAN算法將捕獲的波形轉換為信道脈沖響應（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換為信道沖激響應（CIR）。

通信數據統(tǒng)計

CAT提供所有接收數據的通信統(tǒng)計數據，包括：Eb/No、誤碼率和分組誤碼率。

多基地雷達

用作雙基站或多基站雷達

CAT捕獲的波形也可以被視為 雙基地 或 多基地 雷達波形。在第一個到達的能量之后的所有能量都是由視野中的目標的反射引起的。隨時間變化的反射是移動的目標。采集到的數據可以轉換成I&Q數據流并進行多普勒處理?？梢詫Σㄐ芜M行運動濾波和處理以進行檢測。

顯示第一個到達的能量和潛在目標的典型接收波形