先把几个容易混在一起的问题拆开:

  1. GPS 给出的坐标,和跟随车需要的数据是不是一回事
  2. 几种蓝牙方案到底差别在哪里
  3. UWB 的距离和方向角怎样进入控制环
  4. 选型时该看精度、刷新率,还是现场表现

“为什么不直接用蓝牙?”这个问题我们听过很多次。它本身没错,只是“蓝牙”不是一个具体方案。用 RSSI 猜距离,用 AoA 测角度,用 Channel Sounding 算相位,硬件、算法和现场表现都不一样。

一、GPS:为什么不适合近距跟随

GPS 回答的是“我在地球上哪里”。跟随车要问的却是“人相对我在哪里”。这两个问题看起来只差一次坐标换算,实际需要的是两套系统。

开阔场地里,标准 GPS 通常只能做到 3-5 米。进了停车楼或走到树冠下面,误差很快会到 10-20 米。Moving Baseline RTK 确实能把精度拉到 2-10 厘米,也不需要固定基准站,但两套 RTK 模块动辄 400-1000 美元,模块之间还要单独建无线链路;冷启动后的收敛时间可能从 30 秒到几分钟,室内和茂密树冠下仍然无解。

更麻烦的是,GPS 给出的是世界坐标,不是车坐标系里的方向角。要补上航向,就得再接磁罗盘或 IMU。可磁罗盘靠近金属结构、穿过树荫时,漂移并不小。

用它跟踪一辆穿过城市的车没问题。要求小车在你步行时稳稳停在 1.5 米后面,就是另一回事了。

GPS 输出绝对坐标,UWB 输出跟随车坐标系中的相对距离和方向角
图 1:GPS 给出世界坐标;自动跟随需要的是车辆坐标系下的相对距离和方向角。UWB 天然提供后者。

二、蓝牙:需要分开谈

“蓝牙”这个词下面藏着几代完全不同的技术。很多商用跟随产品还在用老方案,新一代蓝牙则确实进步了很多。

2.1 蓝牙 RSSI:传统做法

多数“跟随我”产品用的还是接收信号强度指示,也就是 RSSI。标签发信号,车看信号强弱,再把它折算成距离。逻辑很简单:信号越弱,人越远。

但会削弱信号的不只是距离。墙、树、路过的行人、人体朝向、天线角度、湿度都会参与其中。同一段距离,在不同房间里可能读成完全不同的结果。

实际误差通常在 1-3 米。人站着没动,系统上一分钟认为他在 1.5 米外,下一分钟可能认为他在 4.5 米外。RSSI 也不告诉车方向,车分不清人在前面、旁边还是后面。

2.2 BLE 5.1 AoA / AoD:当前折中方案

AoA 把多天线阵列放在接收端,跟随车通过不同天线收到的相位差判断方向。AoD 则把阵列放到发射端。跟随车要追的是人,所以更相关的是 AoA。

条件好时,BLE 5.1 AoA 能给出 1-5° 的方向估计,和单阵列 UWB PDOA 处在同一量级。方向问题确实有解了。

代价是接收端必须有经过校准的多天线阵列。这不是在旧产品上刷固件就能解决的事。而且很多 AoA 系统的距离仍然靠 RSSI 辅助,通常只能做到 0.5-2 米,比纯 RSSI 好,但离厘米级还很远。

2.3 BLE 6.0 Channel Sounding:新的竞争者

Channel Sounding 是蓝牙 6.0(2024 年)带来的第一个像样的升级。它主要靠基于相位的测距(PBR):标签和跟随车在 2.4 GHz 的多个信道之间交换音调,看载波相位斜率,再推算距离。RTT 负责测数据包往返时间,用作交叉校验。真正把精度拉进亚米级的是 PBR;受限于 BLE 的 2 MHz 带宽,纯 RTT 一般还停在数米级。

它测相位,不测信号强度,所以环境变化带来的干扰比 RSSI 小得多。早期视距场景已经能做到亚米级,一些厂商在受控环境里报出 10-30 厘米,确实开始接近 UWB。

现实限制也不能忽略:两端都要蓝牙 6.0 芯片;刷新率目前大多是 5-10 Hz,而我们的 UWB 链路能到 20 Hz。跟随车经常要在四分之一秒内反应,这个差距会很直观。更关键的是,不少漂亮数字还停在规格书里,没有经过球场、工厂、树荫和人群的反复折腾。

所以 Channel Sounding 值得盯,但今天要拿方向,还是得额外上 AoA 阵列,成本和结构复杂度也会跟着上来。

工程判断

我们会继续看 BLE Channel Sounding。等它的刷新率到 20 Hz,也有独立实测证明人体遮挡下还能稳住厘米级精度,它就有资格讨论替代 UWB 的距离测量环节。在那之前,标签贴着人、场景又多变的户外跟随,UWB 仍更稳。

三、UWB 给控制环的是什么

UWB 在 500 MHz 或更宽的信道上发纳秒级脉冲。脉冲短到可以用亚纳秒级精度测到达时间,换算出来就是厘米级距离。

一次交互能同时拿到两个量:

  • TWR:标签发 Poll,锚点应答,看往返时间算距离。视距下大约 10-30 厘米,比 RSSI 高 10 到 100 倍。
  • PDOA:锚点上两个天线收同一个脉冲,用相位差算方向角。约 120° 视场内能做到几度。

这两个量合成 (r, θ) 后,系统每 50 毫秒就知道人在车辆坐标系里的距离和方向。不用做一串坐标变换,不用依赖磁罗盘,也不用架固定基站。

UWB TWR 输出距离,PDOA 输出方向角,可每 50 毫秒驱动跟随控制环
图 2:UWB 直接给出车辆坐标系中的距离和方向角,可无缝送入跟随控制环,无需额外定位传感器。

四、放在一起看

demo 里看不出差距,表里的这些指标才会决定量产体验:

指标 GPS BLE RSSI BLE 5.1 AoA BLE 6.0 CS UWB TWR + PDOA
距离精度 3-5 米 1-3 米 0.5-2 米 0.1-0.5 米 0.1-0.3 米
方向信息 有,1-5° 有,2-5°
刷新率 1-10 Hz 1-10 Hz 10 Hz 5-10 Hz 20 Hz
室内可用性 不可用 可用 可用 可用 可用
树冠下表现 严重退化 衰减明显 衰减明显 衰减,PBR 有一定缓解* 有衰减,但可用
人体遮挡 不适用 严重影响 严重影响 影响存在* 影响明显**
标签 + 跟随端成本 50-500 美元 5-15 美元 30-80 美元 15-40 美元 30-100 美元
成熟度 成熟 成熟 发展较快 早期阶段 发展较快

* BLE 6.0 CS 在人体遮挡下的数据,很多还来自芯片厂商的声称指标,独立现场实测不够多。UWB 在树冠下的好处主要是抗多径:纳秒级脉冲能把首径和反射径分开。真正麻烦的是植被衰减压低信噪比。BLE 在 2.4 GHz,同样环境下还更容易碰到瑞利衰落。

** 人体遮挡对所有频段都是物理问题,不是 UWB 独有的短板。人体通常让 2.4 GHz BLE 衰减 15-20 dB,让 6.5 GHz UWB 衰减 15-25 dB。换成 RSSI,1.5 米处的人可能被读成 5 米以外;换成 AoA,视距相位丢了以后,反射径会给错误角度。UWB 会丢包或出现 NLOS 时延,但双锚点、异常值剔除和控制滤波能让问题可管理。它仍然是 UWB 最现实的工程难点。

五、PSICV 为什么仍然选择 UWB

没有哪一种定位技术没有短板。选型时真正要看的,是短板出现后还有没有工程手段可用。

  • GPS 在室内或密林里没信号,算法再聪明也造不出信号。
  • BLE RSSI 怕环境变化,而真实环境永远在变,校准救不了物理。
  • BLE Channel Sounding 纸面很好,但独立现场数据还不够,也不直接给方向。
  • UWB 会被人体遮挡打断,但双锚点布局、异常值剔除和控制环滤波能吃掉大部分短时异常。系统可以先沿用最近的有效距离,等信号回来再补上。

UWB 不完美,但它的失效模式是能靠系统设计兜住的那种。

六、PSICV 实际使用的架构

我们的系统用 UWB TWR 测距离,用 PDOA 测方向角,并在车周布置双锚点,形成 360° 覆盖。每个锚点约有 120° PDOA 视场;进入两个视场的过渡区后,系统会退回双 TWR 三边定位,用两组距离读数把标签位置解出来。

UWB 测距和测角的基本原理,可以看 《UWB自动跟随原理解析》;人体遮挡、NLOS 和短时连续控制的处理,可以看 《为什么跟随车一转身就跟丢?》

激光雷达是另一层安全包络,不依赖 UWB 追踪层工作。UWB 管“人在哪里”,激光雷达管“路径能不能走”。如果 UWB 被树挡住短暂丢目标,激光雷达又在同一位置看到人体大小的障碍物,安全层会优先介入,让车先停或绕开。

这套组合在停车场、球场、林间小路,以及车上装满工具的时候,都还能保持该有的克制。

七、应该选择哪一种

我们的判断很实际:BLE Channel Sounding 继续观察;UWB 现在就能落地;GPS 不适合这类近距跟随;纯 RSSI 蓝牙可以退出主定位位。

定位层选错,后面的控制算法再好,也很难把体验救回来。

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文中数字来自公开资料和我们的工程测试,不代表所有场景下的保证。芯片方案、天线布局、佩戴位置、场地反射、遮挡、载荷和整机集成都会影响最终表现,仍要以具体场景实测为准。