UWB模塊定位不夠精準(zhǔn)？-原因可能出在天線延遲上

即便使用高精度的UWB模塊，很多用戶仍會(huì)遇到定位誤差超過預(yù)期的情況。市面上的大部分 UWB 產(chǎn)品都擁有“天線延遲”這一屬性，它代表了 UWB 芯片發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)， 數(shù)據(jù)從芯片的 ANT 引腳傳輸至外部天線的時(shí)間間隔，或者數(shù)據(jù)被外部天線捕捉到，信號(hào) 傳輸至芯片的 ANT 引腳的時(shí)間間隔。要解決這一問題，首先需要理解 定位誤差的來源。

UWB產(chǎn)品天線延遲：納秒級(jí)差異，帶來厘米級(jí)誤差

一般來說天線間隔的時(shí)間單位為納秒（ns）或者皮秒（ps），可以看出時(shí)間是極小的， 甚至可以忽略不計(jì)，但在 UWB 的測距應(yīng)用中，如此小的數(shù)據(jù)可以極大的影響測距結(jié)果。 1ns 的誤差就足以造成 30cm 左右的測距結(jié)果誤差。

本文以 UWB650 模塊為列，講述如何校準(zhǔn) UWB650 的天線延遲，從而在測距/定位應(yīng)用 中盡可能的減少測距誤差，以獲得更精準(zhǔn)的測距結(jié)果

UWB天線延遲校準(zhǔn)的必要性

市面上的 UWB 產(chǎn)品使用的天線并不相同，根據(jù)用戶的實(shí)際應(yīng)用需求，同一款 UWB 產(chǎn)品使 用的天線更是五花八門，UWB650 模塊也是如此。

UWB 芯片并不清楚使用的是哪款天線， 也不清楚發(fā)送或接收數(shù)據(jù)時(shí)，ANT 引腳至天線的時(shí)間間隔為多少。一般基于 TOF 的測距 算法，如雙邊雙向測距（DS-TWR）/單邊雙向測距（SS-TWR），依賴信號(hào)在空中的飛行 時(shí)間來計(jì)算出距離。如果不設(shè)置天線延遲，那么這段飛行時(shí)間就會(huì)將 ANT 引腳至天線的 時(shí)間間隔也一并添加進(jìn)去，造成測距結(jié)果與實(shí)際嚴(yán)重不符。因此，校準(zhǔn)天線延遲的目的， 是將 ANT 引腳至天線的時(shí)間間隔告訴給 UWB 芯片，讓 UWB 發(fā)送或接收數(shù)據(jù)時(shí)，根據(jù)天線 延遲得到發(fā)送或接收數(shù)據(jù)的真正的時(shí)間戳，并將該值應(yīng)用到算法中，使得測距結(jié)果無限 接近實(shí)際距離。

UWB天線延遲手動(dòng)校準(zhǔn)方法

手動(dòng)校準(zhǔn)UWB650模塊有2種方法。一種是不知天線參數(shù)的校準(zhǔn)方法（三模塊法）

這種方法適用于沒有任何天線延遲參考值的情況，所需準(zhǔn)備3個(gè)UWB650模塊

主要步驟為：

• 所有模塊延遲設(shè)0
• 兩兩測距（建議30米以上）
• 對(duì)比測距值與實(shí)際距離
• 計(jì)算并寫入正確延遲值

第二種方法就是已有一塊校準(zhǔn)模塊。

主要步驟：

• 使用已校準(zhǔn)模塊與待校準(zhǔn)模塊進(jìn)行測距
• 比較測距結(jié)果與實(shí)際距離
• 通過不斷調(diào)整待校準(zhǔn)模塊的天線延遲參數(shù)
• 直到測距結(jié)果與實(shí)際距離一致時(shí)確定最終延遲值

方法一雖然不依賴已知參考值，但需要多個(gè)模塊和較大的測試空間；方法二操作更為簡便，卻必須依賴經(jīng)過校準(zhǔn)的參考模塊。為簡化 UWB650 模塊的應(yīng)用，我司在 PC 軟件中預(yù)置了不同天線樣式和工藝對(duì)應(yīng)的延遲參數(shù)，用戶在配置時(shí)補(bǔ)償天線延時(shí)，從而有效降低因延遲造成的測距誤差。

思為無線UWB650天線校準(zhǔn)方案

思為無線針對(duì) UWB650 模塊推出了多款天線：UWB-FPC、UWB-PCB-D、UWB-PCB-X、UWB-ZT50 等，每一款天線的樣式并不相同，加上生產(chǎn)工藝等原因，并不能保證每個(gè)模塊都具有相 同的天線延遲。因此對(duì) UWB650 模塊校準(zhǔn)天線延遲是很有必要的。

我司在UWB650 PC軟件中預(yù)置了多款UWB天線的延遲參數(shù)，用戶只需選擇對(duì)應(yīng)天線型號(hào)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)行校準(zhǔn)，無需手動(dòng)校準(zhǔn)即可實(shí)現(xiàn)高精度測距。

Ant Delay為天線延遲參數(shù)，天線延遲參數(shù)會(huì)直接影響測距功能和定位功能中測距結(jié)果的誤差。將天線延遲校準(zhǔn)，可以使得測距結(jié)果的值盡可能接近實(shí)際距離。

Distance Offset設(shè)置模塊使用測距或定位功能時(shí)的測距結(jié)果的偏移值。當(dāng)設(shè)置的偏移值為正數(shù)時(shí)，模塊將在測距結(jié)果中額外添加該偏移值；當(dāng)值為負(fù)數(shù)時(shí)，則減少該偏移值。范圍 -500~500。默認(rèn)值為0。

影響UWB650定位測距其它問題

遮擋對(duì)UWB的測距的影響如何？

1)實(shí)體墻：UWB650模塊的信號(hào)無法穿透實(shí)體墻，如果在拐角處仍能成功測距，那么測距數(shù)據(jù)必定是不準(zhǔn)確的，因?yàn)樾盘?hào)經(jīng)過了反射；

2)玻璃墻：玻璃墻對(duì)UWB的測距精度影響較大；

3)電線桿、樹木等長條形物體：測距精度取決于模塊之間的距離。例如，當(dāng)模塊之間實(shí)際相距約100m時(shí)，這些遮擋物在中間位置時(shí)對(duì)測距的影響很??；當(dāng)遮擋物距離模塊天線小于1m時(shí)，測距數(shù)據(jù)容易出現(xiàn)漂移，影響會(huì)很大；

4)紙板、木板等：一般只要不是特別厚（小于等于5cm），對(duì)測距精度影響不是很大，但信號(hào)強(qiáng)度仍會(huì)有所衰減；

5)金屬板：對(duì)UWB無線電磁波吸收很嚴(yán)重，如果靠近模塊，會(huì)導(dǎo)致電磁波無法傳播到金屬板的另一端，導(dǎo)致無法通訊。

為什么測距精度看起來不好？通訊距離較近？ 

1)檢查模塊之間是否有遮擋或強(qiáng)電磁干擾；

2)檢查周圍是否有其他相同通訊頻段的UWB設(shè)備正在工作；

3)檢查模塊天線是否安裝良好；

為什么定位精度看起來不好？

1)檢查基站坐標(biāo)是否正確測量并設(shè)置；

2)檢查基站高度是否為離地2m以上；

3)檢查標(biāo)簽是否和部分基站無法通訊，嘗試移動(dòng)效果不好的基站，重新標(biāo)定坐標(biāo)測試；

4)檢查標(biāo)簽和基站之間是否有遮擋；

5)檢查基站是否在同一個(gè)高度平面（對(duì)于要求同一個(gè)平面的場合）；

6)檢查標(biāo)簽是否處于基站圍成的面外較遠(yuǎn)的位置。

7)從標(biāo)簽輸出的定位結(jié)果內(nèi)容中檢查標(biāo)簽與基站的距離是否在測距誤差的范圍內(nèi)，可以稍微調(diào)整基站的測距偏移參數(shù)或者天線延遲參數(shù)以獲得準(zhǔn)確的結(jié)果。

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