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影响UWB定位精度的原因分析

发布时间 :

2020-07-07

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前段时间北斗卫星导航系统的部署完成,能够为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、导航服务,定位服务又一次成了热点。在定位服务风口上的除了北斗,还有适用于室内高精度定位的UWB技术,以及由UWB技术为基础的各种定位服务方案。

云酷科技多年来致力于电厂安全领域,电厂在通过云酷了解UWB人员定位系统时,经常问到的一个问题就是“定位精度如何”。本篇文章将针对UWB定位精度这个问题来说一说。

室外的GPS、北斗定位与室内的UWB、蓝牙等定位有本质的不同,北斗兼具MEO、GEO和IGSO三种轨道让定位更加精准,而UWB的定位是基于TDOA或TOF测距来实现精准定位的。在之前的文章:《同样的UWB定位系统为什么定位精度不一样?》中我们对两种算法做了很多的解释,这里就不在赘述。

北斗定位模拟图

UWB的理论精度可以做到毫米级甚至微米,但是在实际部署中却千差万别,而影响UWB定位精度的原因主要有以下几种:

1 传感器布设方式对定位精度的影响

在实际的定位精度解算过程中,传感器个数增多意味着冗余信息的增多,丰富的冗余信息可以进一步地减小定位误差。但是定位精度并不会随着传感器最佳不断增大,当传感器增加到一定数量后,继续增加传感器对定位精度的贡献并不大。并且传感器个数的增加意味着设备代价的加大。因此怎样在传感器个数和定位精度之间找到平衡从而合理布设UWB传感器是研究传感器布设对定位精度影响的重点。

2 多路径效应的影响

UWB超宽带定位信号在传播过程中会受到周围环境如墙壁、玻璃和桌面等室内物品的反射和折射,产生多路径效应。信号在延迟、幅值和相位等方面的变化,从而产生能量衰减,信噪比下降,导致首达信号并非直达信号,引起测距误差,定位精度也随之下降。因此,有效地抑制多路径效应可以提高定位精度,目前抑制多径的方法主要有MUSIC、ESPRIT和边缘检测等技术。

3 NLOS影响

视距传播(LOS)是保证信号测量结果准确的首要和前提条件,当移动定位目标和基站之间不能满足条件时,信号的传播只能在折射和衍射等非视距条件下完成。此时首达脉冲的时间并不代表TOA的真实值,首达脉冲的方向也不是AOA的真实值,这样就会造成一定的定位误差。目前消除非视距误差的方法主要有Wylie法和相关消除法。

 4 人体对定位精度的影响

人体的主要成分是水,水对UWB无线脉冲信号具有较强的吸收作用,导致信号强度衰减,测距信息存在偏差,影响最终的定位效果。

5 信号穿透减弱的影响

任何信号穿透墙体等实体时都会减弱,UWB也不例外。当UWB穿透普通的砖墙时信号会减弱将近一半左右。因穿透墙体引起的信号传输时间的变化也会影响定位精度。

各类遮挡物对UWB的影响:

(1)实体墙:一睹实体墙的这种遮挡将使得UWB信号衰减60-70%定位精度误差上升30厘米左右,两睹或者两睹以上的实体墙遮挡,将使得UWB无法定位。

(2)钢板:钢铁对UWB脉冲信号吸收很严重,将使得UWB无法定位。

(3)玻璃:玻璃遮挡对UWB定位精度没太大影响。

(4)木板或纸板:一般厚度10厘米左右的木板或纸板对UWB定位精度没太大影响。

(5)电线杆或树木:电线杆或者书面遮挡时需要看他们之间距离基站或者标签的距离,和基站和标签的相对距离比较是否很小,比如,基站和定位标签距离50米,电线杆或者树木正好在两者中间,25米处,这种遮挡就无大的影响,如离基站或者标签距离很近小于1米,影响就很大。

在不同的布置场景下,如何兼顾投入与精度是能很明显的体现出定位解决方案的优劣。同样投入十万元,有个服务商能够做到厘米级定位,而有的却只能做到分米级,其中固然有硬件的差距,但最主要的还在于对行业需求的深入理解和行业内的建设经验。云酷科技专注于电力行业,多年的电力行业经验让人员定位与电厂实际业务需求得到完美的融合,是电厂解决人员安全、人员管理的有效手段。