同樣的UWB，為什么定位精度差很多？

2024-5-31 14:20| 發(fā)布者: admin| 查看: 246| 評論: 0

摘要: 縱觀以UWB技術(shù)為核心的應(yīng)用與電廠、化工廠等工業(yè)企業(yè)人員定位系統(tǒng)，在定位精度上都聲稱能夠達到厘米級精準(zhǔn)，然而實際應(yīng)用上卻總是差了些許意思。任何產(chǎn)品都有理論值與實際值，例如某些新能源汽車號稱標(biāo)準(zhǔn)續(xù)航300公里 ...

縱觀以UWB技術(shù)為核心的應(yīng)用與電廠、化工廠等工業(yè)企業(yè)人員定位系統(tǒng)，在定位精度上都聲稱能夠達到厘米級精準(zhǔn)，然而實際應(yīng)用上卻總是差了些許意思。任何產(chǎn)品都有理論值與實際值，例如某些新能源汽車號稱標(biāo)準(zhǔn)續(xù)航300公里，但實際上可能連200都不到，某些手機號稱可以待機7天，也沒見有多少人能堅持1天不充電的。定位系統(tǒng)同樣如此，不管是UWB技術(shù)，還是WIFI、藍牙技術(shù)等等，拋開實際應(yīng)用場景及部署情況談精度都是耍流氓。

同樣的UWB，為什么定位精度差很多？

在了解定位精度之前，我們先了解下UWB的測距方法：TDOA與TOF。

TOF

飛行時間法（Time of flight，TOF）是一種雙向測距技術(shù)，它通過測量UWB信號在基站與標(biāo)簽之間往返的飛行時間來計算距離。根據(jù)數(shù)學(xué)關(guān)系，一點到已知點的距離為常數(shù)，那么這點一定在以已知點為圓心，以該常數(shù)為半徑的圓上。有兩個已知點，就有兩個交點。以三個已知點和距離作三個圓，他們交于同一個點，該點就是標(biāo)簽的位置。

同樣的UWB，為什么定位精度差很多？

基于TOF的定位方法測距不依賴基站與標(biāo)簽的時間同步，故沒有時鐘同步偏差帶來的誤差，但TOF測距方法的時間取決于時鐘精度，時鐘偏移會帶來誤差。為了減少時鐘偏移量造成的測距誤差，通常采用正反兩個方向的測量方法，即遠端基站發(fā)送測距信息，標(biāo)簽接收測距信息并回復(fù)，然后再由標(biāo)簽發(fā)起測距信息，遠端基站回復(fù)，通過求取飛行時間平均值，減少兩者之間的時間偏移，從而提高測距精度。

TDOA

到達時間差（Time Differenceof Arrival，TDOA）是一種利用到達時間差進行定位的方法又稱為雙曲線定位。標(biāo)簽卡對外發(fā)送一次UWB信號，在標(biāo)簽定位距離內(nèi)的所有基站都會收到無線信號，如果有兩個已知坐標(biāo)點的基站收到信號，標(biāo)簽和基站的距離間隔不同，因此這兩個收到信號的時間節(jié)點是不一樣的，根據(jù)數(shù)學(xué)關(guān)系，到已知兩點為常數(shù)的點，一定處于以這兩點為焦點的雙曲線上。那么有四個已知點（四個定位基站）就會有四條雙曲線，四條雙曲線交于一點就是標(biāo)簽的位置。

同樣的UWB，為什么定位精度差很多？

TDOA算法并不是直接利用信號到達時間，而是利用多個基站接收到信號的時間差來確定移動目標(biāo)的位置。因此與TOA相比并不需要加入專門的時間戳來進行時鐘同步，定位精度相對有所提高。

適用場景

兩種算法各自適合什么樣的場景呢？TOF適合環(huán)境較為復(fù)雜的應(yīng)用場景，例如制造型工廠、電廠、化工廠、辦公樓等。TDOA適合環(huán)境空曠較為簡單的應(yīng)用場景，例如戶外運動、倉庫等。TOF、TDOA選擇的參考依據(jù)可以從標(biāo)簽的續(xù)航能力、定位精度、單區(qū)域支持標(biāo)簽容量、安裝環(huán)境、標(biāo)簽是否支持反向數(shù)據(jù)控制（例如振動）等。

同樣的UWB，為什么定位精度差很多？

在實際應(yīng)用中，有很多因素會影響精度，要想提高精度，需要在干擾的源頭上要有所控制。基站安裝的位置不能貼近大面積金屬，遠離玻璃窗戶、玻璃墻壁、液體容器、日光燈、大型機械設(shè)備、高功率無線電裝置等。天線的安裝要與地面垂直。其次，標(biāo)簽的佩戴方式。由于人體對UWB的信號具有很強的吸收力，所以標(biāo)簽貼近胸口會明顯影響精度。難以排除的多徑效應(yīng)，由于電磁波在空間傳播時會經(jīng)過一些金屬或其他介質(zhì)的反射，導(dǎo)致多徑效應(yīng)的不可避免。因此該部分對精度的影響只能通過后期對采樣的處理以及算法來彌補。

同樣的UWB，為什么定位精度差很多？

市面上多數(shù)聲稱可以達到厘米級的定位，在實際應(yīng)用中卻天差地別，實驗室的理論值支撐不了應(yīng)用上的不足。要達到理想狀態(tài)，除了在部署上下功夫外，最重要的是對應(yīng)用場景的深入了解，以云酷科技為例，其結(jié)合電廠實際情況與UWB定位技術(shù)的人員定位系統(tǒng)，能夠在控制成本的情況下達到優(yōu)秀的定位精度，滿足電廠真實的需求，這不僅僅是技術(shù)先進的原因，更在于多年來耕耘行業(yè)的結(jié)果。選擇對的方案，事半功倍，反之勞心勞力，從來沒有最好的應(yīng)用方案，最適合實際情況的，就是最理想的。