CN112305523A - 基于tof的近距离报警方法及其系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开一种基于TOF的近距离报警方法及其系统，该方法包括：n个设备中的某个设备发送TOF测距请求，其它设备接收所述TOF测距请求后同时回复确认信号，该设备接收所述其它设备回复的确认信号，该设备提取与其距离最近的设备回复的确认信号并计算该设备与其距离最近的设备之间的距离；计算所述n个设备中的其它设备与其距离最近的设备之间的距离；对所述n个设备中的每个设备与其距离最近的设备之间的距离进行监测，当某个设备与其距离最近的设备之间的距离小于或等于预定阈值时发送报警信号。
Description
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，涉及一种基于TOF的近距离报警方法及其系统。
背景技术
图1是传统方案中设备的TOF(Time of flight)测距过程的示意图。在传统近距离报警方案中，需要所有的设备两两之间完成相互测距，一般n个设备需n*(n-1)测距才能完成最近距离的检测，随着设备数量的增加，测距次数呈n平方的增加。利用传统的TOF技术虽然可以完成近距离报警，但是对信道的占用较高使得系统容量并不高。在传统的近距离报警方案中，由于TOF测距次数呈现设备数量n的平方的增加，这将会导致某一区域内的容量难以提高，同时在传统的近距离报警方案中，即使随着容量的提高(提高的空间不大)，系统所消耗的功耗也是较大的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于TOF的近距离报警方法及其系统，以至少解决背景技术中存在的问题，提高系统容量，降低设备功耗。
本申请的一实施例中提供一种基于TOF的近距离报警方法，包括：
n个设备中的某个设备发送TOF测距请求，其它设备接收所述TOF测距请求后同时回复确认信号，该设备接收所述其它设备回复的确认信号，该设备提取与其距离最近的设备回复的确认信号并计算该设备与其距离最近的设备之间的距离；
计算所述n个设备中的其它设备与其距离最近的设备之间的距离；
对所述n个设备中的每个设备与其距离最近的设备之间的距离进行监测，当某个设备与其距离最近的设备之间的距离小于或等于预定阈值时发送报警信号。
在一个优选例中，所述该设备提取与其距离最近的设备回复的确认信号的步骤，包括：该设备从接收到的所述其它设备回复的确认信号中提取其中的首径信号，则判断该首径信号对应的设备为与该设备距离最近的设备；提取该距离最近的设备的确认信号。
在一个优选例中，采用以下公式计算该设备与其距离最近的设备之间的距离1/2×((T4-T1)-(T3-T2))×c，其中，T1为该设备发送所述TOF测距请求的时刻，T2为该距离最近的设备接收所述TOF测距请求的时刻，T3为该距离最近的设备发送确认信号的时刻，T4为该设备接收所述确认信号的时刻，c是真空中光速。
在一个优选例中，还包括：记录每个设备与其距离最近的设备之间的距离的值以及所述报警信号。
在一个优选例中，还包括：上传所述每个设备与其距离最近的设备之间的距离的值及所述报警信号至服务器，所述服务器分析所述n个设备之间的距离关系并绘制距离拓扑图表。
在一个优选例中，所述n个设备采用超带宽发送/接收所述TOF测距请求和发送/接收所述确认信号。
在一个优选例中，所述n个设备中的每个设备仅发送一次TOF测距请求。
在一个优选例中，所述基于TOF的近距离报警方法执行n次距离计算获得所述n个设备与其距离最近的设备之间的距离。
本申请的另一实施例中提供一种基于TOF的近距离报警系统，包括：
测距模块，采用以下步骤计算n个设备之间的距离：
所述n个设备中的某个设备发送TOF测距请求，其它设备接收所述TOF测距请求后同时回复确认信号，该设备接收所述其它设备回复的确认信号，该设备提取与其距离最近的设备回复的确认信号并计算该设备与其距离最近的设备之间的距离；
计算所述n个设备中的其它设备与其距离最近的设备之间的距离；
报警模块，用于对所述n个设备中的每个设备与其距离最近的设备之间的距离进行监测，当某个设备与其距离最近的设备之间的距离小于或等于预定阈值时发送报警信号。
本申请还公开了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令被处理器执行时实现如前文描述的方法中的步骤。
相对于现有技术，本申请的方法具有以下有益效果：
本发明的近距离报警方案中，将n*(n-1)次测距减少到n次测距即可完成近距离报警检测，同等条件下系统容纳设备数量提升了n/2倍，单个设备的接收功耗也降低n/2倍。
附图说明
图1是传统方案中设备的TOF测距过程的示意图。
图2是本申请一实施例中基于TOF的近距离报警方法的流程图。
图3是本申请一实施例中设备的TOF测距过程的示意图。
图4是本申请一实施例中设备的TOF测距的示意图。
图5是本申请一实施例中设备距离的拓扑示意图。
具体实施方式
在以下的叙述中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，本领域的普通技术人员可以理解，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各项权利要求所要求保护的技术方案。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。
本申请的一实施例中提供一种基于TOF的近距离报警方法，包括：
步骤101，n个设备中的某个设备发送TOF测距请求，其它设备接收所述TOF测距请求后同时回复确认信号，该设备接收所述其它设备回复的确认信号，该设备提取与其距离最近的设备回复的确认信号并丢弃剩余设备回复的确认信号，计算该设备与其距离最近的设备之间的距离。
在一个实施例中，该设备提取与其距离最近的设备回复的确认信号的步骤，包括：该设备对接收到的所述其它设备回复的确认信号进行首径信号提取，仅距离最近设备的确认信号表现为首径信号，其它回复信号表现为多径信号，例如，若所述确认信号中某个确认信号的回复时间与所述TOF测距请求的发送时间之间的间隔最短，判断该确认信号为首径信号，其他确认信号为多径信号，则判断该首径信号对应的设备为与该设备距离最近的设备；提取该距离最近的设备的确认信号，丢弃剩余设备的确认信号。
在一实施例中，若有两个设备距离一致，并且，同时到达，即：都是距离最近的设备时，此时仅选择其中任意一个设备。若该设备的距离超限，也不会影响此设备的报警。
在一个实施例中，采用以下公式计算该设备与其距离最近的设备之间的距离1/2×((T4-T1)-(T3-T2))×c，其中，T1为该设备发送所述TOF测距请求的时刻，T2为该距离最近的设备接收所述TOF测距请求的时刻，T3为该距离最近的设备发送确认信号的时刻，T4为该设备接收所述确认信号的时刻，c是真空中光速。应当理解，理论上所有收到请求的回复设备，T3-T2的间隔是一致的。应当注意，所有应答设备在收到请求之后立即回复，对于在此期间由于设备之间的时钟偏差造成的误差可忽略不计，因此可采用上述公式进行简化计算，该简化方式不会影响测距精度。
步骤102，采用步骤101的方法计算所述n个设备中的其它设备与其距离最近的设备之间的距离。
在本实施例中，所述n个设备采用超带宽(Ultra Wide Band，UWB)发送/接收所述TOF测距请求和发送/接收所述确认信号，利用UWB的抗多径特性，在所有回复中信号中提取首径信号，近距离的设备回复信号被认为是首径，其它距离设备回复被认为是多径信号，从而所述n个设备中的每个设备仅发送一次TOF测距请求，执行n次距离计算获得所述n个设备与其距离最近的设备之间的距离。
相对于传统方案，将n*(n-1)次测距减少到n次测距即可完成近距离报警检测，同等条件下系统容纳设备数量提升了n/2倍，单个设备的接收功耗也降低n/2倍。
步骤103，对所述n个设备中的每个设备与其距离最近的设备之间的距离进行监测，当某个设备与其距离最近的设备之间的距离小于或等于预定阈值时发送报警信号。
在一个实施例中，近距离报警方法还包括：记录每个设备与其距离最近的设备之间的距离的值，及所述报警信号。进一步的，近距离报警方法还包括：上传所述每个设备与其距离最近的设备之间的距离的值及所述报警信号至服务器，所述服务器分析所述n个设备之间的距离关系并绘制距离拓扑图表。
为了说明本发明的技术方案，下面以具体的实施例进行说明。图2示出了设备TOF测距过程的示意图。本实施例中的近距离报警的具体步骤包括：
1、某一设备(例如，设备1)发起TOF测距请求，其它设备2,3,4收到设备1的TOF测距请求后，几乎在同一时刻发送测距确认。各个设备采用UWB发送或接收信号。由于其它设备同时发送确认，测距确认信号会相互干扰，但是UWB极强的抗多径能力，会将与设备1距离最近设备发送的确认信号认为是首达路径(首径)，其它确认信号是多径反射信号，对首径信号完成检测而丢弃其他信号(多径或其他距离较远的设备)，利用距离最近设备的信息，完成与该设备1的TOF测距。图4示出了设备1的TOF测距过程的示意图，假设设备2距离设备1最近，该设备1与距离最近设备的距离计算公式为：
其中，T1为该设备发送所述TOF测距请求的时刻，T2为该距离最近的设备接收所述TOF测距请求的时刻，T3为该距离最近的设备发送确认信号的时刻，T4为该设备接收所述确认信号的时刻，c是真空中光速。
2、其它设备2,3,4采用上述相同的方法进行TOF测距。每个设备都发起一次测距后，所有设备都完成了最近距离检测，也将完成近距离报警状态触发。
3、近距离报警：设备之间预先设置有报警门限值，若某一设备与之距离最近的设备之间的距离值小于等于所述报警门限值，则进行报警。所述报警门限值是预先设置的预定阈值，例如，该预定阈值可以根据实际情况具体确定。每个设备都执行一次上述相同的报警方法即可完成全体设备的近距离报警检测。
进一步的，本发明近距离报警的检测的逻辑是：利用UWB信号可以区别最近设备的时间分辨能力，可以得到距离最近的设备的距离信息，仅仅需要检测到最近距离的设备是否处于报警区域，不考虑其它设备是否处于报警区域中，即可实现本设备的近距离报警，若最近距离的设备不处于报警区域则其余距离更远的设备也不再报警范围内，则不需要执行报警。
本申请的第二实施方式中公开了一种基于TOF的近距离报警系统，用于执行所述定位方法，包括：测距模块、报警模块和记录模块。
测距模块采用以下步骤计算n个设备之间的距离：
所述n个设备中的某个设备发送TOF测距请求，其它设备接收所述TOF测距请求后同时回复确认信号，该设备接收所述其它设备回复的确认信号，该设备提取与其距离最近的设备回复的确认信号并计算该设备与其距离最近的设备之间的距离；
计算所述n个设备中的其它设备与其距离最近的设备之间的距离；
报警模块用于对所述n个设备中的每个设备与其距离最近的设备之间的距离进行监测，当某个设备与其距离最近的设备之间的距离小于或等于预定阈值时发送报警信号。
记录模块用于记录每个设备与其距离最近的设备之间的距离的值，及所述报警信号。记录模块用于记录设备之间的距离数据以及接收报警模块的报警数据输出，并将距离数据和报警数据存储到本地。
测距模块、报警模块和记录模块通过通信模块与服务器连接，所述连接方式可以是有线或无线，服务器通过所述通信模块对所述测距模块和所述报警模块的相关参数进行配置，具体的所述相关参数可以包括但不仅仅限于报警门限值；所述记录模块将可靠的报警数据和距离数据上传至服务器进行分析处理，服务器可以统一记录并分析报警数据，分析各个测距节点之间的距离关系信息，展示距离拓扑信息等。图5是本发明一实施例中的近距离报警拓扑示意图。
第二实施方式与第一实施方式可以结合，第一实施方式的具体细节可以应用于第二实施方式，在此不做赘述。
相应地，本申请的其他实施方式还可以提供一种计算机可读存储介质，其中存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被处理器执行时实现本申请的各方法实施方式。计算机可读存储介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体，可以由任何方法或技术来实现信息存储。计算机的存储介质的例子包括但不限于，相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。
在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
Claims (10)
1.一种基于TOF的近距离报警方法，其特征在于，包括：
n个设备中的某个设备发送TOF测距请求，其它设备接收所述TOF测距请求后同时回复确认信号，该设备接收所述其它设备回复的确认信号，该设备提取与其距离最近的设备回复的确认信号并计算该设备与其距离最近的设备之间的距离；
计算所述n个设备中的其它设备与其距离最近的设备之间的距离；
对所述n个设备中的每个设备与其距离最近的设备之间的距离进行监测，当某个设备与其距离最近的设备之间的距离小于或等于预定阈值时发送报警信号。
2.如权利要求1所述的基于TOF的近距离报警方法，其特征在于，所述该设备提取与其距离最近的设备回复的确认信号的步骤，包括：该设备从接收到的所述其它设备回复的确认信号中提取首径信号，则判断该首径信号对应的设备为与该设备距离最近的设备；提取该距离最近的设备的确认信号。
3.如权利要求1所述的基于TOF的近距离报警方法，其特征在于，采用以下公式计算该设备与其距离最近的设备之间的距离1/2ⅹ((T4-T1)-(T3-T2))ⅹc，其中，T1为该设备发送所述TOF测距请求的时刻，T2为该距离最近的设备接收所述TOF测距请求的时刻，T3为该距离最近的设备发送确认信号的时刻，T4为该设备接收所述确认信号的时刻，c是真空中光速。
4.如权利要求1所述的基于TOF的近距离报警方法，其特征在于，包括：记录每个设备与其距离最近的设备之间的距离的值以及所述报警信号。
5.如权利要求5所述的基于TOF的近距离报警方法，其特征在于，包括：上传所述每个设备与其距离最近的设备之间的距离的值及所述报警信号至服务器，所述服务器分析所述n个设备之间的距离关系并绘制距离拓扑图表。
6.如权利要求1所述的基于TOF的近距离报警方法，其特征在于，所述n个设备采用超带宽发送/接收所述TOF测距请求和发送/接收所述确认信号。
7.如权利要求1所述的基于TOF的近距离报警方法，其特征在于，所述n个设备中的每个设备仅发送一次TOF测距请求。
8.如权利要求1所述的基于TOF的近距离报警方法，其特征在于，所述基于TOF的近距离报警方法执行n次距离计算获得所述n个设备与其距离最近的设备之间的距离。
9.一种基于TOF的近距离报警系统，其特征在于，包括：
测距模块，采用以下步骤计算n个设备之间的距离：
所述n个设备中的某个设备发送TOF测距请求，其它设备接收所述TOF测距请求后同时回复确认信号，该设备接收所述其它设备回复的确认信号，该设备提取与其距离最近的设备回复的确认信号并计算该设备与其距离最近的设备之间的距离；
计算所述n个设备中的其它设备与其距离最近的设备之间的距离；
报警模块，用于对所述n个设备中的每个设备与其距离最近的设备之间的距离进行监测，当某个设备与其距离最近的设备之间的距离小于或等于预定阈值时发送报警信号。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令被处理器执行时实现如权利要求1至8中任意一项所述的方法中的步骤。
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