CN104122545A - 无线测距方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种无线测距方法及装置，将测距数据包转换为无线信号并发射至定位装置，开始计时。接收定位装置返回的无线信号后停止计时，得到计时差值。根据计时差值进行测距处理，得到距离值。由于通过无线信号的方式发送及接收数据包，可穿透障碍物进行信号传输，因此在建筑物内和障碍物遮挡的情况下仍具有较好的测距能力，与传统的无线测距技术相比，提高了在复杂区域的测距精度。此外，接收到定位装置返回的无线信号后进行转换得到返回数据包，并与测距数据包进行比较是否匹配，若匹配才停止计时，避免接收到干扰信号影响精度，进一步提高了复杂区域的测距精度。

Description

无线测距方法及装置

技术领域

本发明涉及测量技术领域，特别是涉及一种无线测距方法及装置。

背景技术

随着无线通信技术的发展，近年来无线测距技术受到人们越来越多的关注，在军事和民用领域已获得了广泛的应用。

传统的无线测距技术主要采用ZigBee无线测距，Zigbee定位是一种基于RSSI(Received Signal Strength Indicator，接收信号强度指示)机制的定位系统，根据接收信号的强度来计算节点间的距离。接收信号强度是发送端与接收端之间的距离的函数。可用如下经验公式表示二者关系：

RSSI(dbm)＝A-10nlgd

其中，n为信号传播常量，也叫做传播指数，d表示接收端与发送端的距离，A表示在1米距离接收信号强度，可以通过测定接收信号强度RSSI来计算两节点之间的距离。

Zigbee无线测距的定位精度取决于接收信号强度(RSSI)，但是如果在复杂区域，如节点和被测点之间存在大的障碍物或者干扰信号源时进行测距，接收信号强度将不再符合公式中描述的与距离的关系。因此采用传统的无线测距技术进行复杂区域测距存在测距精度低的缺点。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种可提高复杂区域测距精度的无线测距方法及装置。

一种无线测距方法，包括以下步骤：

将预存的测距数据包转换为无线信号；

将所述无线信号发射至定位装置，并开始计时；

接收所述定位装置返回的无线信号，并将所述定位装置返回的无线信号转换为返回数据包；

判断所述返回数据包与所述测距数据包是否匹配；

若否，则返回所述将预存的测距数据包转换为无线信号的步骤，直至所述返回数据包与所述测距数据包匹配；

若是，则停止计时，得到计时差值；

根据所述计时差值进行测距处理，得到距离值。

在其中一个实施例中，所述根据所述计时差值进行测距处理，得到距离值的步骤之后，所述方法还包括以下步骤：

判断所述距离值的数量是否小于预设阈值；

若是，则返回将预存的测距数据包转换为无线信号的步骤，直至所述距离值的数量大于或等于所述预设阈值；

若否，则对所述距离值进行卡尔曼滤波处理，得到滤波数据组；

根据所述滤波数据组计算得到校准距离值。

在其中一个实施例中，所述对所述距离值进行卡尔曼滤波处理，得到滤波数据组的步骤，包括：

根据d(k｜k)＝d(k|k-1)+Kg(k)[d′(k)-d(k|k-1))计算得到滤波距离值；其中，d′(k)为第k次测得的距离值，d(k|k)为第k次测量的滤波距离值，d(k|k-1)为第k次测量的预测值，Kg(k)为卡尔曼滤波常数；

根据所述滤波距离值得到所述滤波数据组。

在其中一个实施例中，所述根据所述滤波数据组计算得到校准距离值的步骤，包括以下步骤：

对所述滤波数据组中的数据进行初始化处理，得到初始化数据组；

提取所述初始化数据组中相同数值最多的数据，得到筛选数据组；

判断所述筛选数据组中的数据的数量，是否大于或等于所述初始化数据组中的数据的数量的一半；

若是，则根据所述滤波数据组中，与所述筛选数据组中的数据对应的数据计算得到所述校准距离值；

若否，则根据所述滤波数据组中的数据计算得到所述校准距离值。

在其中一个实施例中，根据所述筛选数据组中的数据计算得到所述校准距离值为，将所述滤波数据组中，与所述筛选数据组中的数据对应的数据的平均值作为所述校准距离值。

在其中一个实施例中，根据所述滤波数据组中的数据计算得到所述校准距离值为，将所述滤波数据组中的数据的平均值作为所述校准距离值。

在其中一个实施例中，所述根据所述计时差值进行测距处理，得到距离值的步骤，包括：

根据d＝c×(T_ab-Δt)/2计算得到所述距离值；其中，d为所述距离值，c为光速，T_ab为所述计时差值，Δt为系统延时时长。

一种无线测距装置，包括：

转换模块，用于将预存的测距数据包转换为无线信号；

发射模块，用于将所述无线信号发射至定位装置，并开始计时；

接收模块，用于接收所述定位装置返回的无线信号，并将所述定位装置返回的无线信号转换为返回数据包；

判断模块，用于判断所述返回数据包与所述测距数据包是否匹配，若否，则控制所述转换模块再次将所述测距数据包转换为无线信号，直至所述返回数据包与所述测距数据包匹配；若是，则控制所述发射模块停止计时，得到计时差值；

处理模块，用于根据所述计时差值进行测距处理，得到距离值。

在其中一个实施例中，所述装置还包括：

判定模块，用于在所述处理模块根据所述计时差值进行测距处理，得到距离值后，判断所述距离值的数量是否小于预设阈值；若是，则控制所述转换模块再次将所述测距数据包转换为无线信号，直至所述距离值的数量大于或等于所述预设阈值；若否，则对所述距离值进行卡尔曼滤波处理，得到滤波数据组；

计算模块，用于根据所述滤波数据组计算得到校准距离值。

在其中一个实施例中，所述控制模块对所述距离值进行卡尔曼滤波处理，得到滤波数据组，具体为：

根据d(k|k)＝d(k|k-1)+Kg(k)(d′(k)-d(k|k-1))计算得到滤波距离值；其中，d′(k)为第k次测得的距离值，d(k|k)为第k次测量的滤波距离值，d(k|k-1)为第k次测量的预测值，Kg(k)为卡尔曼滤波常数；

根据所述滤波距离值得到所述滤波数据组。

在其中一个实施例中，所述计算装置根据所述滤波数据组计算得到校准距离值，具体为：

对所述滤波数据组中的数据进行初始化处理，得到初始化数据组；

提取所述初始化数据组中相同数值最多的数据，得到筛选数据组；

判断所述筛选数据组中的数据的数量，是否大于或等于所述初始化数据组中的数据的数量的一半；

若是，则根据所述滤波数据组中，与所述筛选数据组中的数据对应的数据计算得到所述校准距离值；

若否，则根据所述滤波数据组中的数据计算得到所述校准距离值。

上述无线测距方法及装置，将测距数据包转换为无线信号并发射至定位装置，开始计时。接收定位装置返回的无线信号后停止计时，得到计时差值。根据计时差值进行测距处理，得到距离值。由于通过无线信号的方式发送及接收数据包，可穿透障碍物进行信号传输，因此在建筑物内和障碍物遮挡的情况下仍具有较好的测距能力，与传统的无线测距技术相比，提高了在复杂区域的测距精度。此外，接收到定位装置返回的无线信号后进行转换得到返回数据包，并与测距数据包进行比较是否匹配，若匹配才停止计时，避免接收到干扰信息而影响精度，进一步提高了复杂区域的测距精度。

附图说明

图1为一个实施例中无线测距方法的流程图；

图2为另一个实施例中无线测距方法的流程图；

图3为一个实施例中根据滤波数据组计算得到校准距离值的流程图；

图4为一个实施例中无线测距装置的结构示意图；

图5为另一个是实施例中无线测距装置的结构示意图；

图6为一个实施例中无线测距装置的电路原理图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

在一个实施例中，一种无线测距方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤S110：将预存的测距数据包转换为无线信号。

预先存储的测距数据包含有特定的数据信息，以便后续步骤中进行匹配检测，避免接收到干扰信号而影响测距精确度，数据信息的具体内容并不唯一，可以用作进行匹配便可。本实施例中，无线测距方法可应用于检测装置(检测器)中，具体可通过检测器将测距数据包转换为UWB(Ultra Wideband，超宽带)无线信号进行发射，UWB无线信号具有较低的穿透衰减和较好的后向散射能力，以UWB无线信号的方式发送数据包，确保信号传输的稳定性，进一步提高测距准确性。

步骤S120：将无线信号发射至定位装置，并开始计时。

将检测器设置于测量点，发射无线信号。具体可将定位装置放置于待测点，或固定设置于待测目标上，接收并返回无线信号至检测器。可以理解，在其他实施例中，也可以是将定位装置放置于测量点，将检测器设置于待测点，发射无线信号。为便于理解，以下均以将检测器设置于测量点、定位装置放置于待测点为例进行解释说明。

步骤S130：接收定位装置返回的无线信号，并将定位装置返回的无线信号转换为返回数据包。

定位装置在接收到检测器发送的无线信号后，返回无线信号至检测器。与前文对应，本实施例中定位装置返回的无线信号也可以是UWB无线信号。检测器接收定位装置返回的无线信号并进行转换，得到返回数据包。

步骤S140：判断返回数据包与测距数据包是否匹配。

检测器将转换得到的返回数据包与测距数据包进行比较，判断是否匹配，若否，则返回步骤S110，检测器再次将测距数据包转换为无线信号发射至定位装置，并重新开始计时，直至转换得到的返回数据包与测距数据包匹配；若是，则进行步骤S150。将返回数据包与测距数据包进行比较是否匹配，若匹配则停止计时，避免接收到干扰信号而影响测距精确度，进一步提高了复杂区域的测距精度。

步骤S150：停止计时，得到计时差值。

检测器在判断返回数据包与测距数据包匹配时停止计时，得到计时差值。需要说明的是，若步骤S140中判断返回数据包与测距数据包不匹配时，返回步骤S110，重新执行步骤S110至步骤S130，再次将测距数据包转换为无线信号发射至定位装置，并重新开始计时；以及再次接收定位装置返回的无线信号，步骤S150再次进行判断。再次发射无线信号时会将原计时数值清零，重新开始计时，则在两个数据包匹配后，步骤S150中得到的计时差值为无线信号在检测器与定位装置之间传播一个来回所用的时间。

步骤S160：根据计时差值进行测距处理，得到距离值。

检测器根据得到的计时差值进行测距处理，得到距离值，即为测量点与待测点之间的距离。

在其中一个实施例中，步骤S160具体可包括：

根据d＝c×(T_ab-Δt)/2计算得到距离值。

其中，d为距离值，c为光速，T_ab为计时差值，Δt为系统延时时长，即指检测器接收到信号做出对应操作前的软件延时时间，跟时钟周期、算法复杂程度有关，在一个程序中是固定的。可通过测试得到系统延时时长并预先进行设置。将计时差值减去系统延时时长，得到的差即为无线信号在测量点与待测点之间传播一个来回所用的时间，取其一半再乘以光速，便可得到测量点与待测点之间的距离。本实施例中计算距离值时去除了系统延时所占的时间，可进一步提高测距精确度。

上述无线测距方法，将测距数据包转换为无线信号并发射至定位装置，开始计时。接收定位装置返回的无线信号后停止计时，得到计时差值。根据计时差值进行测距处理，得到距离值。由于通过无线信号的方式发送及接收数据包，可穿透障碍物进行信号传输，因此在建筑物内和障碍物遮挡的情况下仍具有较好的测距能力，与传统的无线测距技术相比，提高了在复杂区域的测距精度。此外，接收到定位装置返回的无线信号后进行转换得到返回数据包，并与测距数据包进行比较是否匹配，若匹配才停止计时，避免接收到干扰信号而影响测距精确度，进一步提高了复杂区域的测距精度。

在其中一个实施例中，如图2所示，步骤S160之后，无线测距方法还包括以下步骤：

步骤S170：判断距离值的数量是否小于预设阈值。

预设阈值并不唯一，可根据实际测量环境和需求进行调整。若判断测量得到的距离值的数量小于预设阈值，则返回步骤S110，检测器再次将测距数据包转换为无线信号发射至定位装置，并重新进行计时，直至距离值的数量大于或等于预设阈值；若判断测量得到的距离值的数量大于或等于预设阈值，则进行步骤S180。

步骤S180：对距离值进行卡尔曼滤波处理，得到滤波数据组。

在其中一个实施例中，步骤S180具体可包括：

步骤1：根据d(k|k)＝d(k|k-1)+Kg(k)(d′(k)-d(k|k-1))计算得到滤波距离值。

其中，d′(k)为第k次测得的距离值，d(k|k)为第k次测量的滤波距离值，d(k|k-1)为第k次测量的预测值，Kg(k)为卡尔曼滤波常数。

经过步骤S110至步骤S170进行多次测量，得到多个距离值。令测量点与待测点之间的实际距离为d，测量得到的距离值共有n个，分别为d′(1)，d′(2)，...，d′(n)。假设第k次测量的时候实际距离d(k)与第k-1次测量的时候实际距离d(k-1)之间的关系如下：

d(k)＝Ad(k-1)+Bu(k)+w(k)

而第k次测量得到的距离值d′(k)与第k次测量时的实际距离d(k)的关系如下：

d′(k)＝Hd(k)+v(k)

其中，u(k)是第k次测量时对系统的控制量，A和B是系统参数，H是测量系统的参数。w(k)和v(k)分别表示预测过程和测量的偏差。

对测量点与待测点之间的实际距离d的估计值，包括测量点与待测点之间的测量值d′(n)，以及测量点与待测点之间距离的预测值d(k|k-1)两种。由于测量点与待测点之间的实际距离d是恒定不变的，因此

d(k|k一1)＝d(k一1|k-1)，

故A＝1，u(k)＝0，用p(k|k-1)表示预测值d(k|k-1)的协方差，P(k|k)表示预测的最优距离值的协方差，由卡尔曼公式：

P(k|k-1)＝AP(k-1|k-1)A′+Q

其中，Q和为w(k)的协方差，A’为A的转置，可得到

P(k|k-1)＝P(k-1|k-1)+Q

由Kg(k)＝P(k|k-1)H′/(HP(k|k-1)H′+R)计算得到卡尔曼滤波常数Kg(k)，由于是直接对距离进行估算，矩阵H＝1，H’为H的转置，则

Kg(k)＝P(k|k-1)/(P(k|k-1)+R)

其中，R为v(k)的协方差。

滤波得到的最优距离值为：

d(k|k)＝d(k|k-1)+Kg(k)(d′(k)-d(k|k-1))

最优距离值的协方差为：

P(k|k)＝(1-Kg(k))P(k|k-1)

至此便得到了第k次估算的最优距离值(即滤波距离值)d(k|k)，且认定d(k)＝d(k|k)。因此只要给定合适的Q，R，d(0|0)，P(0|0)便可不断自回归运算下去，得到更精确的滤波数据组d(1)，d(2)，...d(n)。

步骤2：根据滤波距离值得到滤波数据组。

将得到的多个滤波距离值按先后顺序进行排列，便得到滤波数据组。

步骤S190：根据滤波数据组计算得到校准距离值。

根据步骤S180中得到的滤波数据组计算校准距离值，具体可以是取滤波数据组中所有数据的平均值作为校准距离值，也可以是去除滤波数据组中的最大值和最小值后，取剩余数据的平均值作为校准距离值，具体方式并不唯一。

步骤S110至步骤S190进行了多次测距，对多次测距得到的距离值进行卡尔曼滤波处理，然后根据滤波后得到的滤波数据组中的数据来计算校准距离值，减少了模型噪声和观测噪声对测距的干扰，进一步提高了测距精确度。

可以理解，在其他实施例中，也可不对多次测距得到的距离值进行卡尔曼滤波处理，而直接根据距离值计算校准距离值，如取多个距离值的平均值作为校准距离值。

进一步地，在其中一个实施例中，如图3所示，步骤S190具体可包括以下步骤：

步骤S192：对滤波数据组中的数据进行初始化处理，得到初始化数据组。

以滤波数据组包括数据d(1)，d(2)，...，d(n)为例，本实施例中初始化处理为对数据进行四舍五入处理，保留预设的小数点位数，得到初始化数据组d₁(1)，d₁(2)，...，d₁(n)。

步骤S193：提取初始化数据组中相同数值最多的数据，得到筛选数据组。

对初始化数据组中的数据d₁(1)，d₁(2)，...，d₁(n)进行统计，筛选出相同数值最多的一组数据d₁(i)，d₁(p)，...，d₁(q),得到总共有j个数据的筛选数据组。

步骤S194：判断筛选数据组中的数据的数量，是否大于或等于初始化数据组中的数据的数量的一半。

判断筛选数据组中的数据的数量j是否大于或等于初始化数据组中的数据的数量n的一半，若是，说明数据集中，进行步骤S195，若否，说明数据不集中，进行步骤S196。

步骤S195：根据滤波数据组中，与筛选数据组中的数据对应的数据计算得到校准距离值。

滤波数据组中与筛选数据组中的数据对应的数据，即是指筛选数据组中的数据进行初始化处理之前的原始数据。在一个实施例中，步骤S195为，将筛选数据组中的数据的平均值作为校准距离值。具体如下：

$d=\frac{1}{j}(d\left(i\right)+d\left(p\right)+\·\·\·+d\left(q\right))$

其中，d为校准距离值，d(i)，d(p)，…，d(q)为滤波数据组中，与筛选数据组中的数据对应的数据，j为筛选数据组中的数据的数量。

步骤S196：根据滤波数据组中的数据计算得到校准距离值。

在一个实施例中，步骤S196为，将滤波数据组中的数据的平均值作为校准距离值。具体如下：

$d=\frac{1}{n}(d\left(1\right)+d\left(2\right)+\·\·\·+d\left(n\right))$

其中，d为校准距离值，d(1),d(2),...，d(n)为滤波数据组中的数据，n为滤波数据组汇总的数据的数量。

本实施例中，步骤S192至步骤S196为利用最大概率算法对滤波数据组中的数据进行处理，根据数据是否集中而采取相应的方式计算校准距离值，同样可达到进一步提高测距精确度的效果。

本发明还提供了一种无线测距装置，如图4所示，装置包括转换模块110、发射模块120、接收模块130、判断模块140和处理模块150。

转换模块110用于将预存的测距数据包转换为无线信号。

测距数据包含有预先存储的特定的数据信息，以便后续步骤中进行匹配检测，避免接收到干扰信号而影响测距精确度，数据信息的具体内容并不唯一，可以用作进行匹配便可。

发射模块120用于将无线信号发射至定位装置，并开始计时。

本实施例中将测距数据包转换为UWB无线信号进行发射，UWB无线信号具有较低的穿透衰减和较好的后向散射能力，以UWB无线信号的方式发送数据包，确保信号传输的稳定性，进一步提高测距准确性。

接收模块130用于接收定位装置返回的无线信号，并将定位装置返回的无线信号转换为返回数据包。

定位装置在接收到检测器发送的无线信号后，返回无线信号至接收模块130。对应地，定位装置返回的无线信号也为UWB无线信号。接收模块130接收定位装置返回的无线信号并进行转换，得到返回数据包。

判断模块140用于判断返回数据包与测距数据包是否匹配，若否，则控制转换模块110再次将测距数据包转换为无线信号，直至返回数据包与测距数据包匹配；若是，则控制发射模块120停止计时，得到计时差值。

将返回数据包与测距数据包进行比较，判断是否匹配，若匹配则停止计时，避免接收到干扰信号而影响测距精确度，进一步提高了复杂区域的测距精度。同样地，再次发射无线信号时会将原计时数值清零，重新开始计时，则在两个数据包匹配后得到的计时差值为无线信号传播一个来回所用的时间。

处理模块150用于根据计时差值进行测距处理，得到距离值。

根据得到的计时差值进行测距处理，得到距离值，即为测量点与待测点之间的距离。在其中一个实施例中，处理模块150计算距离值的具体过程为：

根据d＝c×(T_ab-Δt)/2计算得到距离值。

其中，d为距离值，c为光速，T_ab为计时差值，Δt为系统延时时长，是固定不变的，可通过测试得到系统延时时长并预先进行设置。将计时差值减去系统延时时长，得到的差即为无线信号在测量点与待测点之间传播一个来回所用的时间，取其一半再乘以光速，便可得到测量点与待测点之间的距离。本实施例中计算距离值时去除了系统延时所占的时间，可进一步提高测距精确度。

上述无线测距装置，通过无线信号的方式发送及接收数据包，可穿透障碍物进行信号传输，因此在建筑物内和障碍物遮挡的情况下仍具有较好的测距能力，与传统的无线测距技术相比，提高了复杂区域的测距精度。

在其中一个实施例中，如图5所示，无线测距装置还可包括控制模块160和计算模块170。

控制模块160用于在处理模块150根据计时差值进行测距处理，得到距离值后，判断距离值的数量是否小于预设阈值；若是，则控制转换模块110再次将测距数据包转换为无线信号，直至距离值的数量大于或等于预设阈值；若否，则对距离值进行卡尔曼滤波处理，得到滤波数据组。

预设阈值并不唯一，可根据实际测量环境和需求进行调整。结合转换模块110至控制模块160进行多次测量，得到多个距离值。

在其中一个实施例中，控制模块160对距离值进行卡尔曼滤波处理，得到滤波数据组，具体为：

根据d(k|k)＝d(k|k-1)+Kg(k)(d′(k)-d(k|k-1))计算得到滤波距离值；其中，d′(k)为第k次测得的距离值，d(k|k)为第k次测量的滤波距离值，d(k|k-1)为第k次测量的预测值，Kg(k)为卡尔曼滤波常数；以及根据滤波距离值得到滤波数据组。

对距离值进行卡尔曼滤波处理滤波处理得到滤波数据组的具体过程在上述无线测距方法中已进行了较详细的说明，在此不做赘述。

计算模块170用于根据滤波数据组计算得到校准距离值。

根据滤波数据组计算校准距离值，可以是取滤波数据组中所有数据的平均值作为校准距离值，也可以是去除滤波数据组中的最大值和最小值后，取剩余数据的平均值作为校准距离值，具体方式并不唯一。

结合转换模块110至计算模块170进行了多次测距，对多次测距得到的距离值进行卡尔曼滤波处理，然后根据滤波后得到的滤波数据组中的数据来计算校准距离值，减少了模型噪声和观测噪声对测距的干扰，进一步提高了测距精确度。

在其中一个实施例中，计算模块170根据滤波数据组计算得到校准距离值，具体为：

对滤波数据组中的数据进行初始化处理，得到初始化数据组。以滤波数据组包括数据d(1)，d(2)，...，d(n)为例，本实施例中初始化处理为对数据进行四舍五入处理，保留预设的小数点位数，得到初始化数据组d₁(1)，d₁(2)，...，d₁(n)。

提取初始化数据组中相同数值最多的数据，得到筛选数据组。对初始化数据组中的数据d₁(1)，d₁(2)，...，d₁(n)进行统计，筛选出相同数值最多的一组数据d₁(i)，d₁(p)，...，d₁(q),得到总共有j个数据的筛选数据组。

判断筛选数据组中的数据的数量，是否大于或等于初始化数据组中的数据的数量的一半。若是，则根据滤波数据组中，与筛选数据组中的数据对应的数据计算得到校准距离值；若否，则根据滤波数据组中的数据计算得到校准距离值。

进一步地，根据筛选数据组中的数据计算得到校准距离值可以是将滤波数据组中，与筛选数据组中的数据对应的数据的平均值作为校准距离值。具体如下：

$d=\frac{1}{j}(d\left(i\right)+d\left(p\right)+\·\·\·+d\left(q\right))$

其中，d为校准距离值，d(i)，d(p)，…，d(q)为滤波数据组中，与筛选数据组中的数据对应的数据，j为筛选数据组中的数据的数量。

根据滤波数据组中的数据计算得到校准距离值可以是将滤波数据组中的数据的平均值作为校准距离值。具体如下：

$d=\frac{1}{n}(d\left(1\right)+d\left(2\right)+\·\·\·+d\left(n\right))$

其中，d为校准距离值，d(1)，d(2)，...，d(n)为滤波数据组中的数据，n为滤波数据组汇总的数据的数量。

以上即是利用最大概率算法对滤波数据组中的数据进行处理，根据数据是否集中而采取相应的方式计算校准距离值，同样可达到进一步提高测距精确度的效果。

在一个较为详细的实施例中，无线测距装置的转换模块110至计算模块170的功能具体可通过测距控制器和测距收发器实现。

测距控制器发送测距数据包至测距收发器，测距收发器将测距数据包转换为无线信号发射至定位装置，测距控制器在测距收发器发射无线信号后开始计时。测距收发器接收定位装置返回的无线信号并进行转换，得到返回数据包并发送至测距控制器；测距控制器判断返回数据包与测距数据包是否匹配，若否，则再次发送测距数据包至测距收发器，并在测距收发器再次发射无线信号后重新开始计时。测距控制器在判断返回数据包与测距数据包匹配时停止计时，得到计时差值，并根据计时差值进行测距处理，得到距离值。

进一步地，测距控制器用于根据计时差值得到距离值后，还可用于判断距离值的数量是否小于预设阈值。若是，则再次发送测距数据包至测距收发器，重新进行测距操作，直至距离值的数量大于或等于预设阈值；若否，则对距离值进行卡尔曼滤波处理，得到滤波数据组。测距控制器根据滤波数据组计算得到校准距离值。

测距控制器发送测距数据包至测距收发器之前，还可对测距收发器进行初始化设置，如进行传输模式、缓存大小、模块地址、传输速度等信息的设置。测距控制器还可通过发送发射指令至测距收发器，以控制测距收发器发射无线信号。

测距收发器发射无线信号后，可发送请求指令至测距控制器。测距控制器接收到请求指令后发送接收指令至测距收发器，控制测距收发器接收定位装置返回的无线信号。

测距控制器与测距收发器具体可通过SPI(Serial Peripheral Interface，串行外设接口)总线连接，占用连接端口少，节省空间，且传输速度快，安全性高。

在其中一个实施例中，如图6所示，测距控制器210包括控制器U1，还包括电阻R1、电阻R4、电位器R15和电位器R16。测距收发器220包括与控制器U1连接的信号处理器U2，还包括收发器U4、电阻R5和电阻R6。

控制器U1可采用STM32F103芯片，STM32F103芯片可连接两个外部时钟，同时还有两个内部时钟，选择不同的外部时钟和分频系数以及不同的内部时钟和分频系数，可以构成系统时钟(SYSCLK)和各级时钟源，为STM32F103芯片及连接在STM32F103芯片上面的外设提供时钟源。信号处理器U2可采用nanoPAN5735芯片，抗干扰性强。

控制器U1的端口VDD_1、端口VDD_2、端口VDD_3和端口VDDA连接电源接入端V25N，端口VSS_1、端口VSS_2、端口VSS_3和端口VSSA接地。控制器U1的端口BOOT0和端口BOOT1分别连接电位器R15的端口2和电位器R16的端口2，电位器R15的端口1连接电源接入端V25N，端口3接地。电位器R16的端口1连接电源接入端，端口3接地。通过调整电位器R15和电位器R16的跳线帽连接方式，接入高电平或低电平至控制器U1的端口BOOT0和BOOT1，对控制器U1的启动模式进行设置。

控制器U1的端口PA0_WAUP通过电阻R4连接信号处理器U2的端口DIIO2，并通过电阻R1连接按键，按键另一端可连接3.3V电源。当按键被按下后接入高电平至控制器U1的端口PA0_WAUP，用于唤醒输入。控制器U1的端口PA1连接信号处理器U2的端口DIIO3，控制器U1的端口PA2连接信号处理器U2的端口PONREST。控制器U1不仅支持内部软件复位，也可以通过外部复位来实现。控制器U1的端口PA8、端口PA9和端口PA10用作复用功能。控制器U1的端口PA13、端口PA14、端口PA15、端口PB3和端口PB4可用作串行接口调试和JTAG接口调试，以JTAG接口调试为例，端口PA13、端口PA14、端口PA15、端口PB3和端口PB4分别连接JTAG接口的端口TMS、端口TCK、端口TDI、端口TDO和端口nTRST，控制器U1通过端口TMS为JTAG接口进行模式选择，通过端口TCK为JTAG接口提供时钟信号，通过端口TDI和端口TDO输入输出数据，通过端口nTRST对JTAG接口进行复位。

控制器U1的端口PB8、端口PB9、端口PB12、端口PB13、端口PB14和端口PB15分别连接信号处理器U2的端口uCRST、端口uCIRQ、端口SPISSN、端口SPICLK、端口SPITXD和端口SPIRXD连接。控制器U1通过对信号处理器U2的端口SPISSN高低电平控制来选择信号处理器U2作为从设备，控制器U1通过信号处理器U2的端口SPICLK将内部系统时钟外接，为信号处理器U2提供时钟源，控制器U1通过信号处理器U2的端口SPITXD和端口SPIRXD进行数据传输。

信号处理器U2的端口VCC均连接电源接入端V25N，端口GND均接地。信号处理器U2的端口uCIRQ连接控制器U1的端口PB9，并通过电阻R5连接电源接入端V25N，端口PONREST通过电阻R6连接电源接入端V25N。信号处理器U2的端口ANT连接收发器U4的端口1。收发器U4的端口2、端口3和端口4接地。信号处理器U2将控制器U1发送的测试数据包转换为无线信号后由收发器U4发射，并通过收发器U4接收定位装置返回的无线信号。

在其中一个实施例中，继续参照图6，无线测距装置还可包括连接测距控制器210的时钟电路230。时钟电路230用于输送时钟信号至测距控制器210。

具体地，本实施例中时钟电路230包括32.768KHz的晶振器X1和16MHz的晶振器X2，还包括电容C1、电容C2、电容C3和电容C4。晶振器X1的端口2连接控制器U1的端口PC14，并通过电容C1接地，晶振器X1的端口1连接控制器U1的端口PC15，并通过电容C2接地。晶振器X2的端口1连接控制器U1的端口PD0，并通过电容C3接地，晶振器X2的端口2连接控制器U1的端口PD1，并通过电容C4接地。

在其中一个实施例中，无线测距装置还可包括连接测距控制器210、用于监控测距控制器210的工作状态的监控电路240。本实施例中监控电路240包括发光二极管D1、发光二极管D2、电阻R2和电阻R3，发光二极管D1和发光二极管D2的正极均连接电源接入端V25N，负极分别通过电阻R3和电阻R2连接控制器U1的端口LED1和端口LED2。控制器U1控制端口LED1和端口LED2为低电平就可以点亮LED灯，通过控制器U1的控制循环点亮发光二极管D1和发光二极管D2，观察无线通信是否正常，监控控制器U1工作状态。若出现通信故障便于工作人员及时检修。

在其中一个实施例中，无线测距装置还可包括连接测距控制器210、用于对测距控制器210进行复位操作的复位电路。复位电路具体可包括复位开关、复位电容、复位电阻和反相器，复位开关和复位电容并联且一端连接电源接入端，另一端通过复位电阻接地，且通过反相器连接测距控制器210，具体连接图6中控制器U1的端口nRST。复位电路在控制器U1出现程序偏差时对控制器U1进行复位操作。

此外，无线测距装置还可包括连接测距控制器210、用于接入外部电源对测距控制器210供电的供电电路。本实施例中供电电路包括LT3083芯片、ams1117-3.3芯片和ams1117-2.5芯片，固定输出3.3V和2.5V，可为整个装置提供电源。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种无线测距方法，其特征在于，包括以下步骤：

将预存的测距数据包转换为无线信号；

将所述无线信号发射至定位装置，并开始计时；

接收所述定位装置返回的无线信号，并将所述定位装置返回的无线信号转换为返回数据包；

判断所述返回数据包与所述测距数据包是否匹配；

若否，则返回所述将预存的测距数据包转换为无线信号的步骤，直至所述返回数据包与所述测距数据包匹配；

若是，则停止计时，得到计时差值；

根据所述计时差值进行测距处理，得到距离值。

2.根据权利要求1所述的无线测距方法，其特征在于，所述根据所述计时差值进行测距处理，得到距离值的步骤之后，所述方法还包括以下步骤：

判断所述距离值的数量是否小于预设阈值；

若是，则返回将预存的测距数据包转换为无线信号的步骤，直至所述距离值的数量大于或等于所述预设阈值；

若否，则对所述距离值进行卡尔曼滤波处理，得到滤波数据组；

根据所述滤波数据组计算得到校准距离值。

3.根据权利要求2所述的无线测距方法，其特征在于，所述对所述距离值进行卡尔曼滤波处理，得到滤波数据组的步骤，包括：

根据d(k|k)＝d(k|k-1)+Kg(k)(d′(k)-d(k|k-1))计算得到滤波距离值；其中，d′(k)为第k次测得的距离值，d(k|k)为第k次测量的滤波距离值，d(k|k-1)为第k次测量的预测值，Kg(k)为卡尔曼滤波常数；

根据所述滤波距离值得到所述滤波数据组。

4.根据权利要求2所述的无线测距方法，其特征在于，所述根据所述滤波数据组计算得到校准距离值的步骤，包括以下步骤：

对所述滤波数据组中的数据进行初始化处理，得到初始化数据组；

提取所述初始化数据组中相同数值最多的数据，得到筛选数据组；

判断所述筛选数据组中的数据的数量，是否大于或等于所述初始化数据组中的数据的数量的一半；

若是，则根据所述滤波数据组中，与所述筛选数据组中的数据对应的数据计算得到所述校准距离值；

若否，则根据所述滤波数据组中的数据计算得到所述校准距离值。

5.根据权利要求4所述的无线测距方法，其特征在于，根据所述筛选数据组中的数据计算得到所述校准距离值为，将所述滤波数据组中，与所述筛选数据组中的数据对应的数据的平均值作为所述校准距离值；根据所述滤波数据组中的数据计算得到所述校准距离值为，将所述滤波数据组中的数据的平均值作为所述校准距离值。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的无线测距方法，其特征在于，所述根据所述计时差值进行测距处理，得到距离值的步骤，包括：

根据d＝c×(T_ab-Δt)/2计算得到所述距离值；其中，d为所述距离值，c为光速，T_ab为所述计时差值，Δt为系统延时时长。

7.一种无线测距装置，其特征在于，包括：

转换模块，用于将预存的测距数据包转换为无线信号；

发射模块，用于将所述无线信号发射至定位装置，并开始计时；

接收模块，用于接收所述定位装置返回的无线信号，并将所述定位装置返回的无线信号转换为返回数据包；

判断模块，用于判断所述返回数据包与所述测距数据包是否匹配，若否，则控制所述转换模块再次将所述测距数据包转换为无线信号，直至所述返回数据包与所述测距数据包匹配；若是，则控制所述发射模块停止计时，得到计时差值；

处理模块，用于根据所述计时差值进行测距处理，得到距离值。

8.根据权利要求7所述的无线测距装置，其特征在于，所述装置还包括：

控制模块，用于在所述处理模块根据所述计时差值进行测距处理，得到距离值后，判断所述距离值的数量是否小于预设阈值；若是，则控制所述转换模块再次将所述测距数据包转换为无线信号，直至所述距离值的数量大于或等于所述预设阈值；若否，则对所述距离值进行卡尔曼滤波处理，得到滤波数据组；

计算模块，用于根据所述滤波数据组计算得到校准距离值。

9.根据权利要求8所述的无线测距装置，其特征在于，所述控制模块对所述距离值进行卡尔曼滤波处理，得到滤波数据组，具体为：

根据d(k|k)＝d(k|k-1)+Kg(k)(d′(k)-d(k|k-1))计算得到滤波距离值；其中，d′(k)为第k次测得的距离值，d(k|k)为第k次测量的滤波距离值，d(k|k-1)为第k次测量的预测值，Kg(k)为卡尔曼滤波常数；

根据所述滤波距离值得到所述滤波数据组。

10.根据权利要求8所述的无线测距装置，其特征在于，所述计算装置根据所述滤波数据组计算得到校准距离值，具体为：

对所述滤波数据组中的数据进行初始化处理，得到初始化数据组；

提取所述初始化数据组中相同数值最多的数据，得到筛选数据组；

判断所述筛选数据组中的数据的数量，是否大于或等于所述初始化数据组中的数据的数量的一半；

若是，则根据所述滤波数据组中，与所述筛选数据组中的数据对应的数据计算得到所述校准距离值；

若否，则根据所述滤波数据组中的数据计算得到所述校准距离值。