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影響UWB定位精度的原因分析

發(fā)布時間 :

2020-07-07

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前段時間北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的部署完成,能夠為全球用戶提供全天候、全天時、高精度的定位、導(dǎo)航服務(wù),定位服務(wù)又一次成了熱點。在定位服務(wù)風(fēng)口上的除了北斗,還有適用于室內(nèi)高精度定位的UWB技術(shù),以及由UWB技術(shù)為基礎(chǔ)的各種定位服務(wù)方案。

云酷科技多年來致力于電廠安全領(lǐng)域,電廠在通過云酷了解UWB人員定位系統(tǒng)時,經(jīng)常問到的一個問題就是“定位精度如何”。本篇文章將針對UWB定位精度這個問題來說一說。

室外的GPS、北斗定位與室內(nèi)的UWB、藍牙等定位有本質(zhì)的不同,北斗兼具MEO、GEO和IGSO三種軌道讓定位更加精準(zhǔn),而UWB的定位是基于TDOA或TOF測距來實現(xiàn)精準(zhǔn)定位的。在之前的文章:《同樣的UWB定位系統(tǒng)為什么定位精度不一樣?》中我們對兩種算法做了很多的解釋,這里就不在贅述。

北斗定位模擬圖

UWB的理論精度可以做到毫米級甚至微米,但是在實際部署中卻千差萬別,而影響UWB定位精度的原因主要有以下幾種:

1 傳感器布設(shè)方式對定位精度的影響

在實際的定位精度解算過程中,傳感器個數(shù)增多意味著冗余信息的增多,豐富的冗余信息可以進一步地減小定位誤差。但是定位精度并不會隨著傳感器不斷增大,當(dāng)傳感器增加到一定數(shù)量后,繼續(xù)增加傳感器對定位精度的貢獻并不大。并且傳感器個數(shù)的增加意味著設(shè)備代價的加大。因此怎樣在傳感器個數(shù)和定位精度之間找到平衡從而合理布設(shè)UWB傳感器是研究傳感器布設(shè)對定位精度影響的重點。

2 多路徑效應(yīng)的影響

UWB超寬帶定位信號在傳播過程中會受到周圍環(huán)境如墻壁、玻璃和桌面等室內(nèi)物品的反射和折射,產(chǎn)生多路徑效應(yīng)。信號在延遲、幅值和相位等方面的變化,從而產(chǎn)生能量衰減,信噪比下降,導(dǎo)致首達信號并非直達信號,引起測距誤差,定位精度也隨之下降。因此,有效地抑制多路徑效應(yīng)可以提高定位精度,目前抑制多徑的方法主要有MUSIC、ESPRIT和邊緣檢測等技術(shù)。

3 NLOS影響

視距傳播(LOS)是保證信號測量結(jié)果準(zhǔn)確的首要和前提條件,當(dāng)移動定位目標(biāo)和基站之間不能滿足條件時,信號的傳播只能在折射和衍射等非視距條件下完成。此時首達脈沖的時間并不代表TOA的真實值,首達脈沖的方向也不是AOA的真實值,這樣就會造成一定的定位誤差。目前消除非視距誤差的方法主要有Wylie法和相關(guān)消除法。

 4 人體對定位精度的影響

人體的主要成分是水,水對UWB無線脈沖信號具有較強的吸收作用,導(dǎo)致信號強度衰減,測距信息存在偏差,影響定位效果。

5 信號穿透減弱的影響

任何信號穿透墻體等實體時都會減弱,UWB也不例外。當(dāng)UWB穿透普通的磚墻時信號會減弱將近一半左右。因穿透墻體引起的信號傳輸時間的變化也會影響定位精度。

各類遮擋物對UWB的影響:

(1)實體墻:一睹實體墻的這種遮擋將使得UWB信號衰減60-70%定位精度誤差上升30厘米左右,兩睹或者兩睹以上的實體墻遮擋,將使得UWB無法定位。

(2)鋼板:鋼鐵對UWB脈沖信號吸收很嚴(yán)重,將使得UWB無法定位。

(3)玻璃:玻璃遮擋對UWB定位精度沒太大影響。

(4)木板或紙板:一般厚度10厘米左右的木板或紙板對UWB定位精度沒太大影響。

(5)電線桿或樹木:電線桿或者書面遮擋時需要看他們之間距離基站或者標(biāo)簽的距離,和基站和標(biāo)簽的相對距離比較是否很小,比如,基站和定位標(biāo)簽距離50米,電線桿或者樹木正好在兩者中間,25米處,這種遮擋就無大的影響,如離基站或者標(biāo)簽距離很近小于1米,影響就很大。

在不同的布置場景下,如何兼顧投入與精度是能很明顯的體現(xiàn)出定位解決方案的優(yōu)劣。同樣投入十萬元,有個服務(wù)商能夠做到厘米級定位,而有的卻只能做到分米級,其中固然有硬件的差距,但主要的還在于對行業(yè)需求的深入理解和行業(yè)內(nèi)的建設(shè)經(jīng)驗。云酷科技專注于電力行業(yè),多年的電力行業(yè)經(jīng)驗讓人員定位與電廠實際業(yè)務(wù)需求得到完美的融合,是電廠解決人員安全、人員管理的有效手段。

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