一文解析影響UWB定位精度的8個誤差來源
發(fā)布日期：2020-08-21 瀏覽次數(shù)：1223次

        UWB定位技術的理論精度可以做到毫米級甚至微米，但是在實際場景中部署UWB定位系統(tǒng)，定位精度卻千差萬別，目前UWB定位系統(tǒng)涉及的算法主要包括TOF、TDOA等，95power作為國內(nèi)專業(yè)提供UWB定位算法、UWB基站和標簽的廠商，我們就從UWB定位算法、UWB基站的部署、實際的定位場景中等幾個方面來剖析下影響UWB定位精度的8個主要的原因。

1、UWB基站的部署方式和數(shù)量對定位精度的影響

        UWB基站（anchor）的部署方式對定位精度的影響。在實際的定位坐標的解算過程中，UWB基站的數(shù)量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UWB定位精度并不會隨著UWB基站的增加而不斷增大，當UWB基站增加到一定數(shù)量后，繼續(xù)增加UWB基站對定位精度的提高并不大。并且UWB基站數(shù)量的增加意味著定位硬件部署成本的加大。因此怎樣在UWB基站數(shù)量和定位精度之間找到平衡，從而合理布設UWB基站是研究UWB基站布設對定位精度影響的重點。

2、UWB基站坐標誤差對定位精度的影響

        在實際定位場景中，比如人員佩戴的UWB標簽（Tag）的坐標是相對于UWB基站anchor的坐標而言的，如果UWB基站的坐標本身就有錯誤，那通過UWB定位引擎解算得出的定位數(shù)據(jù)必然會有誤差。

3、時鐘同步誤差導致UWB定位精度有誤差

        TOA定位算法需要目標節(jié)點與參考節(jié)點之間精確的時間同步，TDOA定位算法需要參考節(jié)點（UWB基站）之間精確的時鐘同步。因此，非精確的時間同步將導致UWB定位系統(tǒng)產(chǎn)生誤差。

        但由于UWB基站標簽等硬件的局限性，完全精確的時鐘同步是不可能的。每一個UWB基站的時鐘都會有略微的差距，如果差距在1ns就會有30厘米的定位誤差，所以如果UWB定位系統(tǒng)中所有基站的都可以做時間同步，就進一步提升UWB定位的精度。

（4）多路徑效應對UWB信號傳播的影響也會導致定位精度有誤差

        超寬帶UWB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)物品的反射和折射的影響，產(chǎn)生多路徑效應。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，導致首達信號并非直達信號，引起測距誤差，UWB定位精度也隨之下降。

        比如采用TOA估計算法中，經(jīng)常用匹配濾波器輸出最大值的時刻或相關最大值的時刻作為估計值。由于多路徑的存在，使相關峰值的位置有了漂移，從而估計值與實際值之間存在很大誤差。

（5）多址干擾對定位精度的影響

        在多個用戶環(huán)境下，其他用戶的UWB信號會干擾目標信號，從而降低了估計的準確性。減小這種干擾的一種方法就是把來自不同用戶的信號從時間上分開，也即對不同節(jié)點使用不同的時隙進行傳輸。

（6）人體遮擋對UWB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，導致UWB信號強度衰減，測距信息存在偏差，影響最終的定位精度。

（7）NLOS非視距信號傳播對定位精度的影響

        視距傳播(LOS)是保證信號測量結果準確的首要、必要的前提條件，當移動定位目標和UWB基站之間不能滿足條件時，UWB信號的傳播只能在折射和衍射等非視距條件下完成，達到接收終端。此時第一個到達的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。

（8）UWB穿透遮擋物信號減弱對UWB定位精度的影響

        UWB信號穿透普通的磚墻時，信號值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信號穿透的影響程度如下所示：

實體墻：一堵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，兩堵或者兩堵以上的實體墻遮擋，將使得UWB無法定位。

鋼板：鋼鐵對UWB脈沖信號吸收很嚴重，將使得UWB無法定位。

玻璃：玻璃遮擋對UWB定位精度沒太大影響。

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。

電線桿或樹木：電線桿或者樹木遮擋時，需要考慮它們之間距離UWB基站或者標簽的距離。比如，UWB基站和定位標簽間距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UWB基站或標簽距離很近，比如小于1米，影響就很大。

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