一文解析影響UWB定位精度的8個誤差來源
發布日期：2020-08-21 瀏覽次數：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，定位精度卻千差萬別，目前UWB定位系統涉及的算法主要包括TOF、TDOA等，95power作為國內專業提供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基站增加到一定數量后，繼續增加UWB基站對定位精度的提高并不大。并且UWB基站數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據必然會有誤差。

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點與參考節點之間精確的時間同步，TDOA定位算法需要參考節點（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定位系統產生誤差。

        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，會受到周圍環境如墻壁、玻璃和桌面等室內物品的反射和折射的影響，產生多路徑效應。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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