📚 课程目录第1章 UWB定位系统需求分析与场景建模

1. UWB定位系统需求分析与场景建模

UWB定位系统的精度、成本和部署难度，在项目启动前就已被场景参数锁定。需求分析的核心不是罗列功能，而是把业务语言翻译成可计算的工程约束。本节以“汽车总装车间物料车定位”为教学示例，完成从需求到场景模型的映射。

任何UWB定位场景都可以用四个维度描述：空间维度（覆盖范围、层高、遮挡物）、目标维度（标签数量、运动速度、安装方式）、精度维度（定位误差、刷新率、可用性）、环境维度（金属反射、多径强度、电磁干扰）。这四个维度共同决定后续的信道模型选择、基站布点和发射功率配置。

以下参数表可直接作为项目启动时的需求确认清单。表中数值为教学示例，实际项目需根据现场勘测调整。

维度	参数项	示例值	对系统的影响
空间	覆盖面积	80 m × 40 m	决定基站数量与布点拓扑
	层高	8 m	影响基站安装高度与俯仰角
	遮挡物	金属货架、行车轨道	引入NLOS误差，需多径抑制
目标	标签数量	30 台物料车	决定多址方式与信道容量
	运动速度	≤ 1.5 m/s	影响刷新率与滤波算法选择
	安装方式	车体顶部，离地 1.2 m	影响天线极化与高度补偿
精度	定位误差	≤ 30 cm (95%)	决定测距精度与基站几何布局
	刷新率	≥ 10 Hz	影响测距周期与标签功耗
	可用性	≥ 99%	要求基站冗余与故障切换
环境	多径强度	强（金属反射）	选择CM3或CM4信道模型
环境	电磁干扰	变频器、WiFi	需频谱规划与滤波

以“定位误差 ≤ 30 cm”为例，推导过程如下：

误差分配：总误差预算 30 cm，其中测距误差占 10 cm，几何精度因子（GDOP）放大系数取 2.0，则单次测距标准差需 ≤ 5 cm。
测距精度反推：UWB测距标准差与信噪比和带宽相关。在CM3信道下，500 MHz带宽、前导码128符号时，典型测距标准差约 3–5 cm，满足要求。
基站间距约束：为保证GDOP ≤ 2.0，基站间距不宜超过覆盖高度的 3 倍。层高 8 m，则间距 ≤ 24 m，取 25 m 为上限。
刷新率验证：30个标签、10 Hz刷新率，若采用TWR，每秒需 300 次测距。每次测距约 2 ms，总占用 0.6 s，信道利用率 60%，可行但需优化调度。

场景建模检查清单：在进入信道仿真前，确认以下五项已明确——①覆盖区域三维尺寸；②标签数量与运动特性；③精度指标及置信区间；④现场主要反射面材质与位置；⑤可用频段与干扰源。缺少任一项，后续仿真结果将无法与真实场景对齐。