超声波RTLS

为什么选择超声波

高精度定位系统普遍采用三边测量：

  • GPS
  • UWB
  • Marvelmind室内“GPS”

三边测量（或多边测量）需要精确知道到多个参考点的距离：超声波系统中是固定信标，UWB中是锚点，GPS中是卫星。

测距取决于两点：

  1. 准确掌握传播速度（光速/无线电波速度、超声波速度）
  2. 精确测量时间
因此，在其他条件（例如时间测量）相同的情况下，传播速度越慢，测距就可以越精确。

超声波的传播速度 比电磁波慢约1,000,000倍。因此，从理论上讲， 基于超声波的RTLS要达到更高精度，比基于UWB的RTLS容易1,000,000倍。换句话说：超声波RTLS（理论上）可以比UWB系统精确1,000,000倍。

当然，影响精度的因素还有很多，例如GPS信号在电离层中传播延迟的不确定性；又如超声波换能器有一定尺寸，超声波究竟从哪一点发出存在不确定性；UWB信号究竟从哪一点发出同样不确定，因为UWB天线也不是无限小的。在超声波与UWB“1,000,000倍”的基本比较中，这些因素起主导作用。因此，超声波RTLS并不会比UWB RTLS精确1,000,000倍。但物理基础摆在那里：在典型的工业应用中，超声波系统的精度轻松达到UWB的10倍。示例如下：

超声波RTLS实际精度的更多示例：

为什么用三边测量而不用三角测量

基于三角测量的系统（测角激光系统、光学系统）精度会随距离增加而下降。

基于三边测量的系统精度不会随距离下降。没错，结果的噪声可能更大、测量置信度可能更低等等，但理论精度不变，因为测量的不确定性并不直接取决于距离。精度是一个非常复杂的概念，这里不展开定义；举个实际的例子：对三边测量系统来说，3米距离和20米距离下的定位光斑实际上一样大，而三角测量系统的精度则会明显按20/3的比例下降。

因此，三边测量系统天生比三角测量系统更精确。

当然，实际的工程因素和商业因素同样存在，而且常常起决定作用。因此，理论上更精确的系统可能输给实际上更容易实现的系统，等等。但本例并非如此。无论从理论还是实践角度看，在大多数工业应用中，基于三边测量的系统确实比三角测量系统更精确。

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