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uwb定位误差(有精度有维度的定位)

张世龙2022年01月15日 05:46天道酬勤1120

从以UWB技术为核心的应用和电厂、化工厂等工业企业的人员定位系统来看,声称定位精度可以达到厘米级的精度,但对实际应用没有一点意义。 每个产品都有理论值和实际值。 例如,一些新能源汽车据说标准续航里程300公里,但实际上可能不到200。 据说有些手机可以等待7天。 也没有多少人一天不充电。 系统的定位也是一样,无论是UWB技术,还是WIFI和蓝牙技术,无视实际使用场景和导入状况谈论精度的都是小流氓。

在理解定位精度之前,先了解UWB的测距方法,即TDOA和TOF。

托夫

飞行时间法(Time of flight,TOF )是一种双向测距技术,通过测量UWB信号在基站和标签之间往返的飞行时间来计算距离。 根据数学关系,从一点到已知点的距离是常数。 于是,该点一定位于以已知点为圆的中心、以该常数为半径的圆上。 有两个已知点,就有两个交点。 用三个已知点和距离组成三个圆,他们相交于同一个点,该点就是标签的位置。

虽然基于TOF的定位方法的测距不依赖于基站和标签的时刻同步,所以没有由于时钟同步偏差而引起的误差,但是TOF测距方法的时刻依赖于时钟精度,时钟偏差会带来误差。 为了减少由于时钟偏差引起的测距误差,通常远端基站发送测距信息,标签接收并返回测距信息,标签开始测距信息,远端基站返回,求出飞行时间的平均值,从而减少两者之间的时间偏差,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对齐的方法,也称为双曲线对齐。 标签卡向外部发送一次UWB信号后,位于标签定位距离内的所有基站都会接收无线信号。 当具有两个已知坐标点的基站接收到信号时,接收这两个信号的时间节点不同,因为标签和基站之间的距离间隔不同。 从数学关系到把已知的两点作为常数的点,一定在以这两点为焦点的双曲线上。 如果有四个已知点(四个定位基站),则有四个双曲线,四个双曲线在一个点相交就是标签的位置。

TDOA算法不直接利用信号的到达时间,而利用多个基站接收信号的时间差来定位移动目标。 因此,与TOA相比,不需要加入特别的时间戳进行时钟同步,定位精度相对提高。

适用场景

两种算法分别适合什么场合? TOF适用于环境复杂的APP应用场景,如制造型工厂、电厂、化工厂、办公楼等。 TDOA适用于户外运动、仓库等环境宽敞、简单的APP应用场景。 TOF、TDOA选择的参考依据是标签的续航能力、定位精度、单区域标签容量支持、设置环境、标签是否支持振动等逆向数据控制等。

在实际应用中,影响精度的因素很多,提高精度需要控制噪声的来源。 基站安装位置请勿接近大面积金属,远离玻璃窗、玻璃壁、液体容器、荧光灯、大型机械设备、高功率无线装置等。 天线的安装必须垂直于地面。 接下来,如何贴标签。 由于人体对UWB信号有很强的吸收力,标签接近胸部会严重影响精度。 难以消除的多径效应是多径效应不可避免的,因为电磁波在空间中传播时会被金属和其他介质反射。 因此,该部分对精度的影响只能通过后期的采样处理和算法来弥补。

市场大多主张能够实现厘米级定位,但在实际应用中存在天壤之别,实验室理论值无法支撑应用上的不足。 要达到理想状态,除了引进的功夫外,最重要的是对应用场景的深刻理解。 以云酷科技为例,电厂的实际情况与UWB定位技术的人员定位系统相结合,不仅能在降低成本的同时达到优异的定位精度,满足电厂的真正需求,这不仅是技术先进的原因,也是多年耕耘行业的结果选择正确的方案,工作更多,反而费力,从来没有最好的应用方案,最适合实际情况是理想的。

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