DW1000 AOA Demonstration Primer

DW1000 AOA演示入门

DW1000到达角演示入门

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文章目录

DW1000 AOA Demonstration Primer
- 1-3章、同AOA-with-DW1000_V1.1
- 4、EVALUATING DECAWAVE 'S AOA DEMONSTRATION KIT（评估DECAWAVE的AOA演示套件）
- - 4.1 What the kit does（工具包的作用是什么）
  - 4.2 Kit Contents（工具包内容）
  - 4.3 AOA node Antenna Array（节点天线阵列）
  - 4.4 Tag antenna orientation（标签天线方向）
  - 4.5 Typical Results（典型结果）
- 5、LIMITATIONS AND FUTURE WORK（局限性和今后的工作）
- - 5.1 Limitations（局限性）
  - - 5.1.1 Azimuth angle range（方位角范围）
    - 5.1.2 Azimuth angle estimation accuracy（方位角估计精度）
    - 5.1.3 Tag elevation（标签高度）
  - 5.2 Future work（今后的工作）
  - - 5.2.1 New AOA antenna array designs（新型AOA天线阵列设计）
    - 5.2.2 Temperature tests（温度测试）
- A PPENDIX A: PDOA POST - PROCESSING METHODOLOGY（附录A：PDO后处理方法）

1-3章、同AOA-with-DW1000_V1.1

4、EVALUATING DECAWAVE 'S AOA DEMONSTRATION KIT（评估DECAWAVE的AOA演示套件）

Decawave开发了一个初步的AOA原型演示套件。该套件仍在开发中。Decawave可以为选定的客户提供早期技术访问。该套件包含一个带有PC GUI软件的硬件平台，用于演示基于DW1000的AOA解决方案。

4.1 What the kit does（工具包的作用是什么）

使用双向测距[参见APS013http://www.decawave.com/support#term5]来估计标签和AOA节点之间的距离。在测距过程中，AOA节点还可以提取角度估计值（参见第3节）。然后，AOA节点可以输出标签的范围和角度估计值。这些输出在UART接口上可用。

还提供了一个GUI，可以在网格上显示标签的位置和移动，参见下面的图4。

图4:AOA演示GUI

4.2 Kit Contents（工具包内容）

硬件：

1个AOA节点评估板，带有2个DW1000和集成的蒙娜丽莎AOA阵列
1个标签评估板（EVB1000）
1个标签天线 (will be integrated with the tag EVB in the future)（将来将与标签EVB集成）
电源和USB

软件：

AOA节点ARM代码二进制
AOA节点ARM源代码
标记ARM代码二进制
标记ARM源代码
GUI可执行文件和源代码

图5:AOA工具包设置

4.3 AOA node Antenna Array（节点天线阵列）

蒙娜丽莎AOA天线阵列作为演示套件的一部分交付，如图6所示。这是带有指令元素的两元素面片阵列。它的前半球绝对值高达80度的方位角在实际角度和报告角度之间显示出良好的相关性。在该方位范围内，其PDOA vs AOA性能对标签天线方向的变化具有鲁棒性。
$[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-JPwyBfqX-1650893279753)(C:\Users\HJX_j\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20220425101852123.png)]$

图6：蒙娜丽莎AOA天线阵列

4.4 Tag antenna orientation（标签天线方向）

标签天线的方向以其俯仰滚动和偏航为特征。这些术语的含义如图7所示，其中x轴代表零度偏航和俯仰时标签和AOA节点之间的视线。
$(C:\Users\HJX_j\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20220425102010924.png)]$

图7：标签的俯仰、滚动和偏航

4.5 Typical Results（典型结果）

下图8显示了演示套件的典型报告到达角与实际到达角。在本例中，标签天线和AOA节点天线阵列位于同一水平面上，即标签的标高为零。此外，标签的俯仰、滚动和偏航均为零。

从图中可以看出，对于高于80度的正AOA，估计误差相当高。此外，对于90度AOA，估计角度变为负值，这在GUI中被视为“跳跃”到负角度。图9显示了该场景中测量的PDOA。

图8：零仰角、俯仰、横滚和偏航的典型方位角AOA估计性能

图9：零仰角、俯仰、横滚和偏航的典型测量PDOA性能与方位AOA

图10、图11和图12分别显示了标签偏航、俯仰和滚动的典型结果。
yaw, pitch and roll

图10：不同标签天线偏航角的典型测量PDOA性能与方位AOA

Clockwise：顺时针

Anticlockwise：逆时针

图11：不同标签天线俯仰角的典型测量PDOA性能与方位AOA

图12：不同标签天线滚动角下，典型测量的PDOA性能与方位AOA

图13显示了在AOA节点平面上更改标记高度w.r.t.的典型结果。

图13：不同标签高度的典型测量PDOA性能与方位AOA

Elevation：Elevation

5、LIMITATIONS AND FUTURE WORK（局限性和今后的工作）

5.1 Limitations（局限性）

5.1.1 Azimuth angle range（方位角范围）

在AOA节点的前半半球，可以成功估计AOA的方位角范围高达±80度。AOA天线阵列的设计不是为了测量其后半半球的PDOA，后者面向其地平面。

5.1.2 Azimuth angle estimation accuracy（方位角估计精度）

对于标签和节点天线的这种组合，PDOA在绝对值较高的负角度下饱和，而在正角度较高时则跳跃。标签方位角估计与实际方位角的误差如图14所示。对于AOA的高绝对值，可以使用适当的查找表，而不是第3节中给出的PDOA到AOA的转换公式，从而在一定程度上提高估算精度。

图14:AOA估计误差与实际AOA

5.1.3 Tag elevation（标签高度）

图13所示的测量结果显示方位角估计对标签高程变化具有相当大的弹性。

然而，使用的AOA天线阵列有两个元素。因此，理论上，它只能在一个维度上测量角度。该维度是由AOA节点数组元素的位置和标记位置定义的平面。当转换为球坐标时，该角度表示为θp，与标签方位角和仰角有关，如下所示：

sin θp = sin θ cos φ

式中，θ是第2节中的方位角，φ是仰角。这一事实限制了为任意仰角估计标签方位角的可能性，这在许多应用中都是必需的。为了估计标签的空间角度(azimuth and elevation angle)（方位角和仰角），需要使用至少三个元素的更复杂阵列几何图形。

5.2 Future work（今后的工作）

5.2.1 New AOA antenna array designs（新型AOA天线阵列设计）

正在进行进一步的天线优化，以减少上述限制。

5.2.2 Temperature tests（温度测试）

本文件中报告的所有实验均在室温下进行。将在不同温度下测试套件的性能。

A PPENDIX A: PDOA POST - PROCESSING METHODOLOGY（附录A：PDO后处理方法）

让我们考虑一个场景，其中套件在方位角上使用绝对值大于80度的方位角。在该区域，由于个别测量显示出与平均值的变化，一些PDOA测量将越过±π相位不连续性，如图15所示。这将在GUI中显示为在正AOA和负AOA之间跳跃。此外，跳跃会使测量值的平均值产生偏差，并显著增加标准偏差。

为了得到圆上PDOA的平均值和标准偏差，可以使用PDOA的当前估计值将相位不连续点从±π移开。例如，如果PDOA的当前估计值接近π，则允许相位可以是π/2到3π/2。为实现这一目标而提出的公式是
$[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-6r9knUXz-1650893279755)(C:\Users\HJX_j\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20220425111631652.png)]$