CN111044998B

CN111044998B - 信号处理的方法、装置、电子设备和介质

Info

Publication number: CN111044998B
Application number: CN201911422740.3A
Authority: CN
Inventors: 杨大业; 宋建华
Original assignee: Lenovo Beijing Ltd
Current assignee: Lenovo Beijing Ltd
Priority date: 2019-12-30
Filing date: 2019-12-30
Publication date: 2024-04-23
Anticipated expiration: 2039-12-30
Also published as: CN111044998A

Abstract

本公开提供了一种信号处理方法，包括发射多个调频载波信号；接收多个回波信号，回波信号是调频载波信号经过物体而形成的反射信号；以及对每个回波信号进行空间能量分析，并至少基于分析结果，确定物体的位置。本公开还提供了一种信号处理的装置、一种电子设备以及一种介质。

Description

信号处理的方法、装置、电子设备和介质

技术领域

本公开涉及一种信号处理的方法、装置、电子设备和介质。

背景技术

相关技术通过定位人体所携带的手机等终端设备来实现对处于室内的人体进行定位。该方法具体包括，通过室内设置的多个WiFi热点，并发射无线信号，检测手机的WiFi信号强度，从而确定手机相对每个WiFi热点的位置，进而得到手机的位置，即人体的位置。

上述相关技术的缺点在于，如果人体没有携带手机等终端设备，那么就无法被定位。

发明内容

本公开的一个方面提供了一种信号处理的方法，包括：发射多个调频载波信号；接收多个回波信号，所述回波信号是所述调频载波信号经过物体而形成的反射信号；以及对每个回波信号进行空间能量分析，并至少基于分析结果，确定物体的位置。

可选地，所述发射多个调频载波信号，包括：以预设时间间隔，发射所述多个调频载波信号，所述预设时间间隔大于调频载波信号达到所述物体的位置的飞行时间。

可选地，所述调频载波信号的频率与发射时间成正比。

可选地，所述对每个回波信号进行空间能量分析，并至少基于分析结果，确定物体的位置，包括：根据所述回波信号，确定所述调频载波信号的飞行距离；获取所述回波信号的能量，作为所述飞行距离上的反射能量；将所述多个回波信号所对应的目标距离上的反射能量进行叠加，得到发射天线周边的空间能量分布；以及根据所述发射天线周边的空间能量分布，确定物体的位置。

可选地，所述根据所述回波信号，确定所述调频载波信号的飞行距离，包括：根据所述回波信号，确定所述调频载波信号的飞行时间；以及根据所述调频载波信号的飞行时间，确定所述调频载波信号的飞行距离。

可选地，所述根据所述回波信号，确定所述调频载波信号的飞行时间，包括：通过分析所述回波信号，获得所述回波信号的频移；以及根据以下公式计算所述调频载波信号的飞行时间：ToF＝f_delta/k，其中，所述ToF为所述调频载波信号的飞行时间，所述f_delta为所述回波信号的频移，k为预设斜率。

可选地，所述根据所述调频载波信号的飞行时间，确定所述调频载波信号的飞行距离，包括：获取所述调频载波信号的传播速度；根据以下公式计算所述调频载波信号的飞行路程：d＝ToF*c，其中，所述d为所述调频载波信号的飞行路程，所述c为所述调频载波信号的传播速度。

本公开的另一个方面提供了一种信号处理的装置，包括：发射模块，用于发射多个调频载波信号；接收模块，用于接收多个回波信号，所述回波信号是所述调频载波信号经过物体而形成的反射信号；以及分析模块，用于对每个回波信号进行空间能量分析，并至少基于分析结果，确定物体的位置。

本公开的另一方面提供了一种一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储器，用于存储一个或多个计算机程序，其中，当一个或多个计算机程序被一个或多个处理器执行时，使得一个或多个处理器实现如上所述的方法。

本公开的另一方面提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机可执行指令，所述指令在被执行时用于实现如上所述的方法。

本公开的另一方面提供了一种计算机程序，所述计算机程序包括计算机可执行指令，所述指令在被执行时用于实现如上所述的方法。

根据本公开的实施例，对调频载波信号的每个回波信号进行空间能量分析，并至少基于分析结果，确定物体的位置，相比通过识别手机位置来定位人体的定位方法，可以对没有携带手机的人体进行定位，适用性更广。

附图说明

为了更完整地理解本公开及其优势，现在将参考结合附图的以下描述，其中：

图1示意性示出了根据本公开的实施例的信号处理方法和信号处理装置的应用场景；

图2A示意性示出了根据本公开的实施例的信号处理方法的流程图；

图2B示意性示出了根据本公开的实施例的对每个回波信号进行空间能量分析，并至少基于分析结果，确定物体的位置的流程图；

图3A示意性示出了根据本公开的实施例的调频载波信号和接收信号示意图；

图3B示意性示出了根据本公开的实施例的反射信号的反射能量分布图；

图3C示意性示出了根据本公开的实施例的反射能量叠加后的反射能量分布图；

图4示意性示出了根据本公开的实施例的信号处理的装置的框图；以及

图5示意性示出了根据本公开实施例的适于实现上文描述的方法的计算机系统的方框图。

具体实施方式

以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本公开实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。

在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。

在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。

在使用类似于“A、B和C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有A、B和C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等)。在使用类似于“A、B或C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有A、B或C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等)。

附图中示出了一些方框图和/或流程图。应理解，方框图和/或流程图中的一些方框或其组合可以由计算机程序指令来实现。这些计算机程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器，从而这些指令在由该处理器执行时可以创建用于实现这些方框图和/或流程图中所说明的功能/操作的装置。本公开的技术可以硬件和/或软件(包括固件、微代码等)的形式来实现。另外，本公开的技术可以采取存储有指令的计算机可读存储介质上的计算机程序产品的形式，该计算机程序产品可供指令执行系统使用或者结合指令执行系统使用。

本公开的实施例提供了一种信号处理方法以及能够应用该方法的信号处理装置。该方法包括发射多个调频载波信号；接收多个回波信号，回波信号是调频载波信号经过物体而形成的反射信号；以及对每个回波信号进行空间能量分析，并至少基于分析，确定物体的位置。

图1示意性示出了根据本公开的实施例的信号处理方法和信号处理装置的应用场景。需要注意的是，图1所示仅为可以应用本公开实施例的场景的示例，以帮助本领域技术人员理解本公开的技术内容，但并不意味着本公开实施例不可以用于其他设备、系统、环境或场景。

如图1所示，应用场景100包括终端设备110和人体120。

其中，终端设备110例如可以是智能手机、平板电脑、膝上型便携计算机和台式计算机等等。终端设备110包括天线111和天线112。天线111和天线112可以用于发射和接收电磁信号。例如，天线111可以用于发射频载波信号，天线112可以用于接收射频载波信号遇到人体120时形成的反射信号。可以理解的是，天线112也可以用于发射频载波信号，天线111也可以用于接收射频载波信号遇到人体120时形成的反射信号

应该理解，图1中的终端设备、天线和人体的数目仅仅是示意性的。根据实现需要，可以具有任意数目的终端设备、天线和人体。

图2A示意性示出了根据本公开的实施例的信号处理方法的流程图。

如图2A所示，该方法包括操作S210～S230。

在操作S210，发射多个调频载波信号。

根据本公开的实施例，操作S210例如可以包括以预设时间间隔，发射所述多个调频载波信号。其中，预设时间间隔大于调频载波信号达到物体的位置的飞行时间。预设时间间隔可以为3～4s。示例性地本实施例中以3s作为预设时间间隔。即第一个调频载波信号的发射后，间隔4s后发射第二个调频载波信号，然后再间隔4s发射第三个调频载波信号，以此类推，直到发射最后一个调频载波信号。

根据本公开的实施例，发射天线的数量为n个，接收天线的数量为m个，其中，n、m均为正整数。其中，接收天线被设置为可以根据接收到的回波信号，分辨该回波信号所对应的发射天线。多个调频载波信号中的每个射频调频载波信号由n个发射天线同时发射。

根据本公开的实施例，图3A示意性示出了根据本公开的实施例的调频载波信号和接收信号示意图。其中，f₀为调频载波信号的初始发射频率，B为调频载波信号的频移，T₀为预设的发射时间间隔，T_m为第二个发射信号发射时间，f_b为斜率。如图3A所示，调频载波信号的频率与发射时间成正比，即调频载波信号的频率随着发射时间的增大而增大。调频载波信号的频率范围可以为5GHz～7GHz。可以预先设置斜率参数，斜率即调频载波信号的频率与发射时间的比。斜率越大，调频载波信号的频率单位发射时间内的变化越大。

在操作S220，接收多个回波信号。

根据本公开的实施例，回波信号是调频载波信号经过物体而形成的反射信号。

根据本公开的实施例，同一时间发出的n个调频载波信号在遇到物体时会产生n个回波信号。每个接收天线均接收n个回波信号，即得到n*m个回波信号。

在操作S230，对每个回波信号进行空间能量分析，并至少基于分析结果，确定物体的位置。

根据本公开的实施例，当调频载波信号在传播过程中遇到人体等物体时，会产生的回波信号，不同的物体产生的回波信号的能量不同，因此，可以根据回波信号的反射能量可以确定调频载波信号在途中是否遇到了待定位的物体。

图2B示意性示出了根据本公开的实施例的对每个回波信号进行空间能量分析，并至少基于分析结果，确定物体的位置的流程图。

如图2B所示，操作S230例如可以包括：

操作S231，根据回波信号，确定调频载波信号的飞行距离。

根据本公开的实施例，对于n*m个回波信号中的每个回波信号，首先进行傅里叶分析，得到回波信号的频移。本实施例中，回波信号的频移与调频载波信号一致。然后根据以下公式计算调频载波信号的飞行时间：

ToF＝f_delta/k

其中，ToF为调频载波信号的飞行时间，f_delta为回波信号的频移，k为预设斜率。

然后根据调频载波信号的飞行时间，计算调频载波信号的飞行路程，计算公式为：

d＝ToF*c

其中，d为调频载波信号的飞行路程，c为调频载波信号的传播速度。本实施例中，为了简化计算，可以将调频载波信号的传播速度视为光速。调频载波信号的飞行距离也即物体距离发射天线的距离值。

操作S232，获取回波信号的能量，作为飞行距离上的反射能量。

根据本公开的实施例，可以根据所述飞行距离上的反射能量，确定反射能量分布图。图3B示意性示出了根据本公开的实施例的反射信号的反射能量分布图。反射能量分布图可以用于表征发射天线周边的反射能量的分布。其中，坐标(0，0)为发射天线定位位置。每个坐标点上对应有反射能量值。

操作S233，将多个回波信号所对应的目标距离上的反射能量进行叠加，得到发射天线周边的空间能量分布。

根据本公开的实施例，通过将各个回波信号所对应的能量分布相叠加，可以减少背景噪音和多路反射的影响，从而有助于获得更精准的位置。

图3C示意性示出了根据本公开的实施例的反射能量叠加后的反射能量分布图。如图3C所示，在多个反射能量分布图叠加后，减少了背景噪音和多路反射等影响，从而可以更精准地得到待定位物体的位置。

操作S234，根据发射天线周边的空间能量分布，确定物体的位置。

根据本公开的实施例，根据叠加后的反射能量分布，识别其中的物体反射能量特征来定位物体位置。

根据本公开的实施例，可以通过预先训练好的机器学习模块，从而反射能量分布中提取物体反射能量特征。

根据本公开的另一实施例，在待定位的物体为人体的情况下，可以根据间隔预设时间多次调频载波信号，得到多个时间的反射能量分布，根据这多个反射能量分布，确定移动物体的位置信息。一般来说，在室内环境下，只有人体是活动的，即该移动物体的位置为人体的位置。

根据本公开的另一实施例，还可以判断其中的是否符合人体的生物特征。生物特征例如可以为呼吸频率、心跳频率等。以呼吸频率为例，若天线附近有静止的人体，人体的呼吸会使发射波产生信号调制，生成调制信号，通过检测该调制信号，即可判断是否存在静止的人体。

图4示意性示出了根据本公开的实施例的信号处理的装置的框图。

如图4所示，信号处理的装置400包括发射模块410、接收模块420、身份识别模块430和分析模块430。该信号处理的装置400可以执行上面参考图2描述的方法，以实现多个信号处理的装置之间的通信。

具体地，发射模块410，用于发射多个调频载波信号。

接收模块420，用于接收多个回波信号，回波信号是所述调频载波信号经过物体而形成的反射信号。

分析模块430，用于对每个回波信号进行空间能量分析，并至少基于分析结果，确定物体的位置。

根据本公开的实施例的模块、子模块、单元、子单元中的任意多个、或其中任意多个的至少部分功能可以在一个模块中实现。根据本公开实施例的模块、子模块、单元、子单元中的任意一个或多个可以被拆分成多个模块来实现。根据本公开实施例的模块、子模块、单元、子单元中的任意一个或多个可以至少被部分地实现为硬件电路，例如现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑阵列(PLA)、片上系统、基板上的系统、封装上的系统、专用集成电路(ASIC)，或可以通过对电路进行集成或封装的任何其他的合理方式的硬件或固件来实现，或以软件、硬件以及固件三种实现方式中任意一种或以其中任意几种的适当组合来实现。或者，根据本公开实施例的模块、子模块、单元、子单元中的一个或多个可以至少被部分地实现为计算机程序模块，当该计算机程序模块被运行时，可以执行相应的功能。

例如，发射模块410、接收模块420、身份识别模块430和分析模块430中的任意多个可以合并在一个模块中实现，或者其中的任意一个模块可以被拆分成多个模块。或者，这些模块中的一个或多个模块的至少部分功能可以与其他模块的至少部分功能相结合，并在一个模块中实现。根据本公开的实施例，发射模块410、接收模块420、身份识别模块430和分析模块430中的至少一个可以至少被部分地实现为硬件电路，例如现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑阵列(PLA)、片上系统、基板上的系统、封装上的系统、专用集成电路(ASIC)，或可以通过对电路进行集成或封装的任何其他的合理方式等硬件或固件来实现，或以软件、硬件以及固件三种实现方式中任意一种或以其中任意几种的适当组合来实现。或者，发射模块410、接收模块420、身份识别模块430和分析模块430中的至少一个可以至少被部分地实现为计算机程序模块，当该计算机程序模块被运行时，可以执行相应的功能。

图5示意性示出了根据本公开实施例的适于实现上文描述的方法的计算机系统的方框图。图5示出的计算机系统仅仅是一个示例，不应对本公开实施例的功能和使用范围带来任何限制。

如图5所示，计算机系统500包括处理器510、计算机可读存储介质520、信号发送器530、以及信号接收器540。该计算机系统500可以执行根据本公开实施例的方法。

具体地，处理器510例如可以包括通用微处理器、指令集处理器和/或相关芯片组和/或专用微处理器(例如，专用集成电路(ASIC))，等等。处理器510还可以包括用于缓存用途的板载存储器。处理器510可以是用于执行根据本公开实施例的方法流程的不同动作的单一处理单元或者是多个处理单元。

计算机可读存储介质520，例如可以是非易失性的计算机可读存储介质，具体示例包括但不限于：磁存储装置，如磁带或硬盘(HDD)；光存储装置，如光盘(CD-ROM)；存储器，如随机存取存储器(RAM)或闪存；等等。

计算机可读存储介质520可以包括计算机程序521，该计算机程序521可以包括代码/计算机可执行指令，其在由处理器510执行时使得处理器510执行根据本公开实施例的方法或其任何变形。

计算机程序521可被配置为具有例如包括计算机程序模块的计算机程序代码。例如，在示例实施例中，计算机程序521中的代码可以包括一个或多个程序模块，例如包括521A、模块521B、……。应当注意，模块的划分方式和个数并不是固定的，本领域技术人员可以根据实际情况使用合适的程序模块或程序模块组合，当这些程序模块组合被处理器510执行时，使得处理器510可以执行根据本公开实施例的方法或其任何变形。

根据本公开的实施例，处理器510可以与信号发送器530和信号接收器540进行交互，来执行根据本公开实施例的方法或其任何变形。

根据本发明的实施例，发射模块410、接收模块420、身份识别模块430和分析模块430中的至少一个可以实现为参考图5描述的计算机程序模块，其在被处理器510执行时，可以实现上面描述的相应操作。

本公开还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是上述实施例中描述的设备/装置/系统中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该设备/装置/系统中。上述计算机可读存储介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被执行时，实现根据本公开实施例的方法。

根据本公开的实施例，计算机可读存储介质可以是非易失性的计算机可读存储介质，例如可以包括但不限于：便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本公开中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。

附图中的流程图和框图，图示了按照本公开各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，上述模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图或流程图中的每个方框、以及框图或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

本领域技术人员可以理解，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本公开中。特别地，在不脱离本公开精神和教导的情况下，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合。所有这些组合和/或结合均落入本公开的范围。

尽管已经参照本公开的特定示例性实施例示出并描述了本公开，但是本领域技术人员应该理解，在不背离所附权利要求及其等同物限定的本公开的精神和范围的情况下，可以对本公开进行形式和细节上的多种改变。因此，本公开的范围不应该限于上述实施例，而是应该不仅由所附权利要求来进行确定，还由所附权利要求的等同物来进行限定。

Claims

1.一种信号处理方法，包括：

发射多个调频载波信号；

接收多个回波信号，所述回波信号是所述调频载波信号经过物体而形成的反射信号；以及

对每个回波信号进行空间能量分析，并至少基于分析结果，确定物体的位置；

其中，所述对每个回波信号进行空间能量分析，并至少基于分析结果，确定物体的位置，包括：

根据所述回波信号，确定所述调频载波信号的飞行距离；

获取所述回波信号的能量，作为所述飞行距离上的反射能量；

将所述多个回波信号所对应的目标距离上的反射能量进行叠加，得到发射天线周边的空间能量分布；以及

根据所述发射天线周边的空间能量分布，识别其中的物体反射能量特征来定位物体位置。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述发射多个调频载波信号，包括：

以预设时间间隔，发射所述多个调频载波信号，所述预设时间间隔大于调频载波信号达到所述物体的位置的飞行时间。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述调频载波信号的频率与发射时间成正比。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述根据所述回波信号，确定所述调频载波信号的飞行距离，包括：

根据所述回波信号，确定所述调频载波信号的飞行时间；以及

根据所述调频载波信号的飞行时间，确定所述调频载波信号的飞行距离。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述根据所述回波信号，确定所述调频载波信号的飞行时间，包括：

通过分析所述回波信号，获得所述回波信号的频移；以及

根据以下公式计算所述调频载波信号的飞行时间：

ToF＝f_delta/k，

其中，所述ToF为所述调频载波信号的飞行时间，所述f_delta为所述回波信号的频移，所述k为预设斜率。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其中，所述根据所述调频载波信号的飞行时间，确定所述调频载波信号的飞行距离，包括：

获取所述调频载波信号的传播速度；

根据以下公式计算所述调频载波信号的飞行路程：

d＝ToF*c，

其中，所述d为所述调频载波信号的飞行路程，所述ToF为所述调频载波信号的飞行时间，所述c为所述调频载波信号的传播速度。

7.一种信号处理的装置，包括：

发射模块，用于发射多个调频载波信号；

接收模块，用于接收多个回波信号，所述回波信号是所述调频载波信号经过物体而形成的反射信号；以及

分析模块，用于对每个回波信号进行空间能量分析，并至少基于分析结果，确定物体的位置；

根据所述回波信号，确定所述调频载波信号的飞行距离；

8.一种电子设备，包括：

一个或多个处理器；

存储器，用于存储一个或多个计算机程序，

其中，当一个或多个计算机程序被一个或多个处理器执行时，使得一个或多个处理器实现权利要求1至6中任一项的方法。

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有可执行指令，该指令被处理器执行时使处理器实现权利要求1至6中任一项的方法。