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影响UWB定位精度的原因是什么?

2020年08月19日浏览量:1.5万

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。

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。

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。

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