CN113472927A

CN113472927A - 定位方法和电子设备

Info

Publication number: CN113472927A
Application number: CN202110744629.7A
Authority: CN
Inventors: 崔献
Original assignee: Vivo Mobile Communication Co Ltd
Current assignee: Vivo Mobile Communication Co Ltd
Priority date: 2021-07-01
Filing date: 2021-07-01
Publication date: 2021-10-01
Anticipated expiration: 2041-07-01
Also published as: WO2023274128A1

Abstract

本申请公开了一种定位方法和电子设备，属于智能设备领域。其中，该电子设备包括N个天线；其中，所述N个天线设置在所述电子设备上N个位置，所述N个位置上的天线呈目标形状分布，所述目标形状上相邻两个端点上的天线构成天线对；在任一相邻的两个天线对中，一个天线对所在直线与另一个邻天线对所在直线之间形成的第一角度小于预设角；所述第一角度为一个天线对的第一延长线与另一个邻天线对的第二延长线之间形成的角度的补角；所述第一延长线和所述第二延长线为所述两个天线对中非共有天线沿共有天线方向的延长线；所述共有天线为所述两个天线对所共有的天线，所述非共有天线为所述两个天线对的天线中除所述共有天线的天线。

Description

定位方法和电子设备

技术领域

本申请属于智能设备领域，具体涉及一种定位方法和电子设备。

背景技术

超宽带(Ultra Wide Band，UWB)通常采用双向定位(Two-way Ranging，TWR)配合相位差(Phase Difference of Arrival，PDoA)的方式进行定位。其中，TWR用于定位以给出距离信息，PDoA用于测角以给出角度信息。

目前，现有技术中的定位设备通过配置两支天线进行定位，但两支天线定位的范围具有局限性，如图1所示，以两台内置UWB芯片和天线的手机之间相对定位/交互的使用场景为例，每台手机可定位到对方的范围是要落在与手机背面法线呈一定夹角的圆锥区域之内。可见，现有技术中的这种方式其定位范围有局限从而影响用户体验。

发明内容

本申请实施例的目的是提供一种定位方法和电子设备，能够现有技术中单个天线对其定位范围较窄的问题。

第一方面，本申请实施例提供了一种电子设备，所述电子设备包括N个天线；所述N为大于2的整数；其中，所述N个天线设置在所述电子设备上N个位置，所述N个位置上的天线呈目标形状分布，所述目标形状上相邻两个端点上的天线构成天线对；在任一相邻的两个天线对中，一个天线对所在直线与另一个邻天线对所在直线之间形成的第一角度小于预设角；所述第一角度为一个天线对的第一延长线与另一个邻天线对的第二延长线之间形成的角度的补角；所述第一延长线和所述第二延长线为所述两个天线对中非共有天线沿共有天线方向的延长线；所述共有天线为所述两个天线对所共有的天线，所述非共有天线为所述两个天线对的天线中除所述共有天线的天线。

第二方面，本申请实施例提供了一种基于第一方面电子设备的定位方法，包括：基于任一所述天线对在所对应的定位范围内进行搜索；在搜索到待定位设备的情况下，通过搜索到所述待定位设备的天线对对所述待定位设备进行定位。

在本申请实施例中由于N为大于2的整数，即该设置在电子设备的N个天线可以组成至少两个天线对，且在相邻的两个天线对中一个天线对所在直线与另一个邻天线对所在直线之间形成的第一角度小于预设角，从而使得相邻两个天线对的定位范围可以叠加，因此，通过本申请实施例中的电子设备中的多个天线对相对于单个天线对的定位范围更广，从而解决了现有技术中单个天线对其定位范围较窄的问题，提高了用户体验。

附图说明

图1是现有技术中两台内置UWB芯片和天线的手机之间相对定位/交互的使用场景示意图；

图2是本申请实施例的电子设备中包括4个天线的结构示意图；

图3是本申请实施例的电子设备中包括3个天线的结构示意图；

图4是本申请实施例的基于电子设备的定位示意图；

图5是本申请实施例的确定alpha的示意图；

图6是本申请实施例的天线呈目标形状分布的示意图之一；

图7是本申请实施例的天线呈目标形状分布的示意图之二；

图8是本申请实施例的电子设备中包括8个天线对称分布的结构示意图；

图9是本申请实施例的电子设备中包括7个天线对称分布的结构示意图；

图10是本申请实施例的电子设备中包括7个天线非对称分布的结构示意图之一；

图11是本申请实施例的电子设备中包括7个天线非对称分布的结构示意图之二；

图12是本申请实施例的基于电子设备的定位方法的流程图；

图13是本申请实施例的基于电子设备的定位示意图之一；

图14是本申请实施例的基于电子设备的定位示意图之二。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本申请实施例提供的电子设备进行详细地说明。

本申请实施例中的电子设备包括N个天线；N为大于2的整数；

其中，N个天线设置在电子设备上N个位置，N个位置上的天线呈目标形状分布，目标形状上相邻两个端点上的天线构成天线对；

在任一相邻的两个天线对中，一个天线对所在直线与另一个邻天线对所在直线之间形成的第一角度小于预设角；第一角度为一个天线对的第一延长线与另一个邻天线对的第二延长线之间形成的角度的补角；第一延长线和第二延长线为两个天线对中非共有天线沿共有天线方向的延长线；共有天线为两个天线对所共有的天线，非共有天线为两个天线对的天线中除共有天线的天线。

以N为4为例，且预设角度为30°为例，如图2所示，在N为4的情况下，该电子设备包括4个天线，即3个天线对，每一个天线对有自身的定位范围，如图2中虚线部分，则3个天线对的组合相对于一个天线对其定位范围更广。可见，在本申请实施例中由于N为大于2的整数，即该设置在电子设备的N个天线可以组成至少两个天线对，且在相邻的两个天线对中一个天线对所在直线与另一个邻天线对所在直线之间形成的第一角度(图2中的30°)小于预设角，从而使得相邻两个天线对的定位范围可以叠加，因此，相对于单个天线对的定位范围更广，从而解决了现有技术中单个天线对其定位范围较窄的问题，提高了用户体验。

此外，需要说明的是，以图2为例，延长线1为A3到A1的延长线，延长线2为A2至A1的延长线，可见，延长线1和延长线2是有方向的。其中，延长线1可以是第一延长线，延长线2可以是第二延长线，反之亦然。此外，天线对A1A2以及天线对A1A3的共有天线为A1，则A3和A2为非共有天线，即共有天线为两个天线对所共有的天线，非共有天线为两个天线对的天线中除共有天线的天线。

在本申请实施例中对于N为3的情况下，如图3所示，预设角度为30°，则3个天线组成的两个天线对，其定位范围相比于一个天线对的定位范围更广。

在本申请实施例中，如图4所示，A是主动定位的anchor设备，可以为手机/手表/电视等形态，它配置了两支天线(A1，A2)的相位几何中心之间距离为d，对称中点标记为C。B是手机/手表/寻物标签等设备，内置UWB芯片，作为被定出位置的tag(标签)设备。其中，B与C之间的连线与水平方向夹角为theta，B与A1和A2之间的连线与水平方向夹角分别为theta1(θ1)、theta2(θ2)。B与C之间的连线与法向的夹角为alpha(α)。

根据正弦曲线的特性，超出+/-60度的范围(60度到90度，-60度到-90度之内)，随角度alpha的变化不够灵敏，影响测角的能力和精度，因此UWB涉及测角的交互和应用通常会限定在一定的法向夹角范围之内。

对如何得到alpha(α)进行介绍，如图5所示，从B到A1相比从B到A2的距离差d1：

d1＝d*cos(theta1)＝d*cos(theta)＝d*sin(alpha)

其中，theta1＝theta2＝theta，alpha+theta＝90°。

距离差d1也可用另一种表达式来描述：d1＝delta_phi*lamda/360；

其中，delta_phi是PDoA，即UWB波前面到达A1和A2的phase difference相位差，lamda是UWB信号的波长。

基于此，delta_phi＝d*sin(alpha)*360/lamda，对此转换得到alpha＝arcsin(lamda*delta_phi/360/d)。即推算出了表征angle of arrival(到达角)相关的alpha。

基于图4和图5，alpha超出一定角度范围后，其测角的能力和精度将会下降，例如，在alpha超出+/-50度的范围的情况下，其测角的能力和精度将会下降，也就是说，单个天线对的最大定位范围所覆盖的角度为100°，又例如在alpha超出+/-60度的范围的情况下，其测角的能力和精度将会下降，也就是说，单个天线对的最大定位范围所覆盖的角度为120°，如图2所示。在超出这个范围则无法对其进行定位，例如用户想通过内有UWB天线的智能手表，对内置有UWB天线及其芯片的电视进行控制，如果智能手表未在电视的UWB天线的定位范围内，则无法通过智能手表控制电视。如果以单个天线对的定位范围对应的覆盖角度为120°，则图2和图3中2个或3个天线对的覆盖角度为180°，从而可以基本满足对于通过智能手表控制电视的这种应用场景。如果其他应用场景中需要扩大到超过180°的覆盖范围，则可以通过增加天线，例如N的取值为5或6等。需要说明的是，具体alpha在超出+/-多少度会导致其测角的能力和精度下降，需要根据实际情况确定。

此外，需要说明的是，本申请实施例中的预设角度大于或等于0°，且预设角度小于单个天线对的定位范围所对应覆盖角度。由上述可知，该覆盖角度与alpha相关，如果alpha超出+/-50度的范围，其测角的能力和精度将会下降，则覆盖角度为100°，如果alpha超出+/-60度的范围，其测角的能力和精度将会下降，则覆盖角度为120°。因为当预设角度等于覆盖角度的情况下，相邻两个天线对之间的定位范围没有交集，则会造成定位范围出现空洞。

另外，本申请实施例中的目标形状可以是规则的多边形的一部分，或者是圆弧形的一部分，则几何中心则是该多边形的中心，或是该圆形的圆心。如图6所示，目标形状为多边形的一部分，如图7所示，目标形状为弧形的一部分。

在本申请实施例的可选实施中，本申请实施例中N个天线在目标形状上相对于目标线对称分布；或，N个天线在目标形状上相对于目标线非对称分布。

其中，在N为偶数且N个天线在目标形状上相对于目标线对称分布的情况下，目标线为第一目标天线对的法线，第一目标天线对为多个天线对在目标形状上的中心天线对。如图8所示，以N的取值为8，预设角度为30°为例，其中，8个天线分别为A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8；目标天线对为A1A2组成的天线对，该图8中8个天线相对于目标线对称分布的。

以预设角度为30°，每一天线对的覆盖角度为120°为例，在对称分布的情况下，在N的取值偶数，如4、6、8时，其N个天线的总体有效覆盖角度的情况如表1所示。

表1

其中，按照30度间隔旋转递加即是指预设角度为30°。

以预设角度为30°，每一天线对的覆盖角度为120°为例，在对称分布的情况下，在N的取值奇数，如3、5、7时，其N个天线的总体有效覆盖角度的情况如表2所示。

表2

在本申请实施例的可选实施方式中，在N为奇数，且N个天线在目标形状上相对于目标线对称分布的情况下，目标线为N个天线在目标形状上的中心天线与目标形状的几何中心的连线。如图9所示，以N的取值为7，预设角度为30°为例，其中，8个天线分别为A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7，目标线为穿过A1和目标形状中点的线，该图9中7个天线相对于目标线对称分布的。

可见，N个天线在目标形状上相对于目标线对称分布是指N个天线在目标形状上相对于目标线对称分布是指任意两个第一角度相等，N个天线均匀的分布在目标线两侧。也就是说，对称分布是指目标线两侧的天线数量是相等的，且任意两个第一角度均是相等的。

上述是对于N为偶数和奇数的情况下，对称分布的情况，下面将介绍在N为偶数和奇数的情况下，非对称分不的情况。

此外，N个天线非对称分布在目标线的两侧包括以下至少一项的情况：

1)N个天线非均匀的分布在目标线两侧；

2)至少两个第一角度不相等。

在N为偶数，且N个天线在目标形状上相对于目标线非对称分布的情况下，目标线为第二目标天线对的法线，第二目标天线对为电子设备的多个天线对中的任一天线对。其中，需要说明的是，如果第二目标天线对为多个天线对在目标形状上的中心天线对，则此时多个天线对中的至少两个第一角度不相等。如果第二目标天线对不为中心天线对，则多个天线对中的第一角度可以相等，也可以不相等。

在N为奇数，且N个天线在目标形状上相对于目标线非对称分布的情况下，目标线为N个天线中任一天线与目标形状的几何中心的连线。其中，需要说明的是，如果该目标线为中心天线与目标形状的几何中心的连线，则此时多个天线对中的至少两个第一角度不相等。如果目标天线对不为中心天线与目标形状的几何中心的连线，则多个天线对中的第一角度可以相等，也可以不相等。

也就是说，目标线两侧的天线数量不相等，或者相邻两个天线对之间的预设角度不相同，有的30°，有的40°等，也是不对称。如图10所示，N的取值为7，且7个天线在目标线两侧是非对称分布的，该非对称分布是指目标线两侧的天线数量不相等，在其他实施方式中可以是第一角度的不相等，或者是目标线两侧的天线数量以及第一角度均布相等。如图11所示，N的取值为7，且7个天线在目标线两侧是非对称分布的，该非对称分布是指目标线两侧的天线数量相等，但第一角度是不相等的。在其他实施方式中可以是目标线两侧的天线数量不相等，或者是目标线两侧的天线数量以及第一角度均不相等。

基于上述本申请实施例中的电子设备，本申请实施例还提供了一种定位方法，如图12所示，该方法的步骤包括：

步骤1201，基于任一天线对在所对应的定位范围内进行搜索；

步骤1202，在搜索到待定位设备的情况下，通过搜索到待定位设备的天线对对待定位设备进行定位。

通过上述步骤1201和步骤1202，由于该电子设备包括至少两个天线对，相对于现有技术中的一个天线对其覆盖范围更广从而解决了现有技术中单个天线对其定位范围较窄的问题，提高了用户体验。

如图13所示，电视/游戏机包括4个天线，组成了3个天线对，即3个天线对可以分别对只能手表进行寻物定位，也就是说，即时智能手表移出其中一个天线对的覆盖范围，但可能落入其他天线对的覆盖范围，从而避免了一个天线对其覆盖范围较窄的问题。

此外，基于本申请实施例中的电子设备，在电子设备包括4个天线，组成了3个天线对的情况下，且待定位的设备也是三个的情况下，3个天线对分别对3个设备进行寻物定位。例如，手持UWB功能的个人移动设备用户，可以对周边的多目标即多个UWB设备同时进行PDoA测角和识别，实现Multi-node的模式。现有技术中，在仅配置A1-A2天线pair的情况下，3个UWB设备智能手表、Tag标签、无线耳机均响应A1-A2的测角的流程，在第一轮得出3个设备的到达角的初始结果之后，在用户手持移动设备走动寻物过程中，由于相对位置的变化，需要与3个UWB设备分别持续做PDoA测角刷新给出到达角的变化结果，则各自会按照时序先后与A1-A2天线pair配合，以响应测角的流程，此过程中存在各设备时序排队因此会导致占据的总时长加大，影响给出更新到达角的latency和用户体验。如图14所示，在本申请实施例中，电子设备包括A3-A1-A2-A4多个天线pair可协同工作，在Multi-node的模式下，比如A3-A1针对智能手表，A1-A2针对Tag标签，A4-A2针对无线耳机，可在第一轮得出3个设备的到达角的初始结果，并且在用户手持移动设备走动寻物过程中发生相对位置的变化时，3个UWB设备有各自分配的天线对，持续做PDoA测角给出刷新的到达角的过程相对独立，能更快给出测角更新的结果降低时延，不会因各设备与同一天线对响应测角流程而导致累积时间加长，改善用户体验。

此外，在本申请实施例的可选实施方式中，在同一个天线对搜索到多个待定位设备，且多个待定位设备具有对应的优先级的情况下，本申请实施例中的方法还包括：

步骤11，通过搜索到待定位设备的天线对对优先级最高的待定位设备进行定位。

步骤12，在已定位过的设备不在任一天线对的定位范围内的情况下，触发电子设备发送提示消息。

通过上述步骤11和步骤12可知，如果同一天线对定位到多个设备，且该多个设备具有对应的优先级，则先对优先级高的设备进行定位，以及在设备移出任一天线对的覆盖范围后，发出提示消息。

在具体应用场景中，对于多个UWB设备同时进行PDoA测角和识别时可以按照用户需求对设备区分标记高低优先级(比如#1Tag标签，#2智能手表，#3无线耳机)，优先级的列表存置于手持UWB功能的个人移动设备中，对优先级高的周边目标设备会先进行角度/位置的解算。如果用户在寻物过程中手持UWB功能的个人移动设备发生一定角度的旋转(比如法线指向了优先级#2智能手表的大致方向)，使得最高优先级(#1Tag标签)的设备脱离了原始A1-A2天线pair的PDoA测角覆盖范围，此时仍有机会进行天线pair的切换(比如切到A4-A2pair)，来帮助恢复与#1优先级的Tag标签之间的正常PDoA测角覆盖，改善用户体验。此时优先级#3的无线耳机脱离了主设备所有三对UWB天线pair的PDoA测角覆盖范围，则需要主设备显示屏在寻物的UI中给出相应提醒，要求用户调整旋转合适的角度，并且主设备可提醒#3无线耳机重新响应PDoA测角的流程，使得主设备恢复到能同时兼顾三个UWB设备的PDoA测角覆盖。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。此外，需要指出的是，本申请实施方式中的方法和装置的范围不限按示出或讨论的顺序来执行功能，还可包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序来执行功能，例如，可以按不同于所描述的次序来执行所描述的方法，并且还可以添加、省去、或组合各种步骤。另外，参照某些示例所描述的特征可在其他示例中被组合。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以计算机软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述的方法。

上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。

Claims

1.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括N个天线；所述N为大于2的整数；

其中，所述N个天线设置在所述电子设备上N个位置，所述N个位置上的天线呈目标形状分布，所述目标形状上相邻两个端点上的天线构成天线对；

在任一相邻的两个天线对中，一个天线对所在直线与另一个邻天线对所在直线之间形成的第一角度小于预设角；所述第一角度为一个天线对的第一延长线与另一个邻天线对的第二延长线之间形成的角度的补角；所述第一延长线和所述第二延长线为所述两个天线对中非共有天线沿共有天线方向的延长线；所述共有天线为所述两个天线对所共有的天线，所述非共有天线为所述两个天线对的天线中除所述共有天线的天线。

2.根据权利要求1所述的电子设备，其特征在于，在所述N为偶数，且所述N个天线在所述目标形状上相对于目标线对称分布的情况下，所述目标线为第一目标天线对的法线；所述第一目标天线对为多个所述天线对在所述目标形状上的中心天线对；

在所述N为奇数，且所述N个天线在所述目标形状上相对于目标线对称分布的情况下，所述目标线为所述N个天线在所述目标形状上的中心天线与所述目标形状的几何中心的连线；

其中，所述N个天线在所述目标形状上相对于目标线对称分布是指任意两个所述第一角度相等。

3.根据权利要求1所述的电子设备，其特征在于，

在所述N为偶数，且所述N个天线在所述目标形状上相对于目标线非对称分布的情况下，所述目标线为第二目标天线对的法线，所述第二目标天线对为所述电子设备的多个所述天线对中的任一天线对；

在所述N为奇数，且所述N个天线在所述目标形状上相对于目标线非对称分布的情况下，所述目标线为所述N个天线中任一天线与所述目标形状的几何中心的连线；

其中，所述N个天线非对称分布在所述目标线的两侧包括以下至少一项的情况：

所述N个天线非均匀的分布在所述目标线两侧；

至少两个所述第一角度不相等。

4.根据权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述天线对的定位范围的辐射方向为由所述目标形状的几何中心指向所述天线对的方向。

5.根据权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述预设角度大于或等于0°，且所述预设角度小于单个天线对的定位范围所对应的覆盖角度。

6.根据权利要求5所述的电子设备，其特征在于，所述覆盖角度大于0°且小于或等于120°。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的电子设备，其特征在于，所述天线包括与超宽带UWB相关的天线。

8.一种基于权利要求1-7中任一项所述电子设备的定位方法，其特征在于，包括：

基于任一所述天线对在所对应的定位范围内进行搜索；

在搜索到待定位设备的情况下，通过搜索到所述待定位设备的天线对对所述待定位设备进行定位。

9.根据权利要求8所述的定位方法，其特征在于，在同一个所述天线对搜索到多个待定位设备，且所述多个待定位设备具有对应的优先级的情况下，所述方法还包括：

通过搜索到所述待定位设备的天线对对优先级最高的待定位设备进行定位。

10.根据权利要求9所述的定位方法，其特征在于，所述方法还包括：

在已定位过的设备不在任一所述天线对的定位范围内的情况下，触发所述电子设备发送提示消息。