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同样的UWB,为什么定位精度差很多?

来源:admin发布日期2020-06-28 14:20浏览:

纵观以UWB技术为核心的应用与电厂、化工厂等工业企业人员定位系统,在定位精度上都声称能够达到厘米级精准,然而实际应用上却总是差了些许意思。任何产品都有理论值与实际值,例如某些新能源汽车号称标准续航300公里,但实际上可能连200都不到,某些手机号称可以待机7天,也没见有多少人能坚持1天不充电的。定位系统同样如此,不管是UWB技术,还是WIFI、蓝牙技术等等,抛开实际应用场景及部署情况谈精度都是耍流氓。

在了解定位精度之前,我们先了解下UWB的测距方法:TDOA与TOF。

TOF

飞行时间法(Time of flight,TOF)是一种双向测距技术,它通过测量UWB信号在基站与标签之间往返的飞行时间来计算距离。根据数学关系,一点到已知点的距离为常数,那么这点一定在以已知点为圆心,以该常数为半径的圆上。有两个已知点,就有两个交点。以三个已知点和距离作三个圆,他们交于同一个点,该点就是标签的位置。

基于TOF的定位方法测距不依赖基站与标签的时间同步,故没有时钟同步偏差带来的误差,但TOF测距方法的时间取决于时钟精度,时钟偏移会带来误差。为了减少时钟偏移量造成的测距误差,通常采用正反两个方向的测量方法,即远端基站发送测距信息,标签接收测距信息并回复,然后再由标签发起测距信息,远端基站回复,通过求取飞行时间平均值,减少两者之间的时间偏移,从而提高测距精度。

TDOA

到达时间差(Time Differenceof Arrival,TDOA)是一种利用到达时间差进行定位的方法又称为双曲线定位。标签卡对外发送一次UWB信号,在标签定位距离内的所有基站都会收到无线信号,如果有两个已知坐标点的基站收到信号,标签和基站的距离间隔不同,因此这两个收到信号的时间节点是不一样的,根据数学关系,到已知两点为常数的点,一定处于以这两点为焦点的双曲线上。那么有四个已知点(四个定位基站)就会有四条双曲线,四条双曲线交于一点就是标签的位置。

TDOA算法并不是直接利用信号到达时间,而是利用多个基站接收到信号的时间差来确定移动目标的位置。因此与TOA相比并不需要加入专门的时间戳来进行时钟同步,定位精度相对有所提高。

使用场景

两种算法各自适合什么样的场景呢?TOF适合环境较为复杂的应用场景,例如制造型工厂、电厂、化工厂、办公楼等。TDOA适合环境空旷较为简单的应用场景,例如户外运动、仓库等。TOF、TDOA选择的参考依据可以从标签的续航能力、定位精度、单区域支持标签容量、安装环境、标签是否支持反向数据控制(例如振动)等。

在实际应用中,有很多因素会影响精度,要想提高精度,需要在干扰的源头上要有所控制。基站安装的位置不能贴近大面积金属,远离玻璃窗户、玻璃墙壁、液体容器、日光灯、大型机械设备、高功率无线电装置等。天线的安装要与地面垂直。其次,标签的佩戴方式。由于人体对UWB的信号具有很强的吸收力,所以标签贴近胸口会明显影响精度。难以排除的多径效应,由于电磁波在空间传播时会经过一些金属或其他介质的反射,导致多径效应的不可避免。因此该部分对精度的影响只能通过后期对采样的处理以及算法来弥补。

市面上多数声称可以达到厘米级的定位,在实际应用中却天差地别,实验室的理论值支撑不了应用上的不足。要达到理想状态,除了在部署上下功夫外,最重要的是对应用场景的深入了解,以杭州品铂科技为例,其结合电厂实际情况与UWB定位技术的人员定位系统,能够在控制成本的情况下达到优秀的定位精度,满足电厂真实的需求,这不仅仅是技术先进的原因,更在于多年来耕耘行业的结果。选择对的方案,事倍功半,反之劳心劳力,从来没有最好的应用方案,最适合实际情况的,就是最理想的。

 

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