CN113655435A - 到达角度的确定方法、装置、信号接收设备、系统和介质 - Google Patents

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CN113655435A CN202110830509.9A CN202110830509A CN113655435A CN 113655435 A CN113655435 A CN 113655435A CN 202110830509 A CN202110830509 A CN 202110830509A CN 113655435 A CN113655435 A CN 113655435A
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Abstract

本申请适用于信号处理领域，提供了一种到达角度的确定方法、装置、信号接收设备、系统及存储介质，所述到达角度的确定方法包括：获取参考天线在多个第一采样时刻对载波信号进行采样得到的第一IQ数据，以及每个采样天线依次在多个第二采样时刻中与其对应的第二采样时刻对载波信号进行采样得到的第二IQ数据，根据第一IQ数据计算载波信号的频率偏移值，并利用频率偏移值预估在各个第二采样时刻每个采样天线接收信号的信号值，再根据天线阵列对应的导向矢量，计算出使载波信号对应的空间谱值取得峰值时的相对角度，并将该相对角度作为到达角度。本申请实施例提供的方法能够提高相对角度的准确度，进而提高定位的准确性。

Description

到达角度的确定方法、装置、信号接收设备、系统和介质
技术领域
本申请属于信号处理领域，尤其涉及一种到达角度的确定方法、装置、信号接收设备、系统和介质。
背景技术
定位技术可分为室外定位和室内定位。全球定位系统(Global PositioningSystem，GPS)、北斗系统(BeiDou Navigation Satellite System，BDS)等全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)能够为用户提供了定位服务，基本解决了户外精确定位的需求，在我们的日常生活中已经得到了广泛的应用。但是在室内环境中，由于建筑物的遮挡和多径效应等原因，上述定位方式的定位精度大幅降低，难以满足精确定位室内位置的需求。为了满足室内定位的需要，Zigbee、射频识别技术(Radio FrequencyIdentification，RFID)、超宽带、蓝牙、Wi-Fi、可见光等不同的无线技术被使用。其中，低能耗蓝牙(Bluetooth Low Energy，BLE)技术以其低功耗、低成本、高可用性和高精度而成为应用最广泛的无线技术之一。
目前已有的一些室内定位方案，可以包含以下几类：基于信号强度(ReceivedStrength of Signal，RSS)的解决方案、基于时间的解决方案以及基于角度的解决方案。
在基于角度的解决方案中，由于蓝牙5.1标准引入了到达角/发送角(AngleofArrival，AOA/Angle of Departure，AOD)的特性，支持蓝牙5.1标准的低能耗蓝牙设备能够感知信号发射设备发出的信号的到达/发送方向，即计算出信号接收设备和信号发射设备之间的相对方位或角度，再利用三角测量法或其他方式计算出信号发射设备的位置。AOA/AOD技术极大地提升了室内定位技术的可用性，应用于低功耗蓝牙设备中能够兼具高精度、高并发、低功耗、低成本、高兼容性等特性，为解决物联网精确定位与导航问题奠定了基础。
目前采用的蓝牙AOA定位方法都是以各个天线采集信号的相位差为基础，需要天线同时采集信号，但实际应用中，天线阵列往往不能同时采集信号，无法计算得到准确的相位差，导致定位的准确性较低。
发明内容
本申请实施例提供了一种到达角度的确定方法、装置、信号接收设备、系统和介质，可以提高定位的准确性。
本申请实施例第一方面提供了一种到达角度的确定方法，应用于信号接收设备，所述信号接收设备包含天线阵列，所述到达角度的确定方法包括：
获取所述天线阵列的参考天线在多个第一采样时刻对接收到的信号发射设备发送的载波信号进行采样得到的第一IQ数据，以及所述天线阵列中的每个采样天线依次在其对应的第二采样时刻对接收到的所述信号发射设备发送的所述载波信号进行采样得到的第二IQ数据；
根据所述第一IQ数据，计算所述载波信号的频率偏移值；
根据所述频率偏移值和所述第二IQ数据，预估每个所述采样天线在所述多个第二采样时刻中的每个第二采样时刻的信号值；
确定所述天线阵列对应的导向矢量，所述导向矢量为与相对角度关联的矢量，所述相对角度指所述信号发射设备和所述信号接收设备之间的相对角度；
将使所述载波信号对应的空间谱值取得峰值时的所述相对角度作为所述信号发射设备和所述信号接收设备之间的到达角度，所述空间谱值为根据所述导向矢量和所述信号值计算得到的数值。
本申请实施例第二方面提供了一种到达角度的确定装置，配置于信号接收设备，所述信号接收设备包含天线阵列，所述到达角度的确定装置包括：
获取单元，用于获取所述天线阵列的参考天线在多个第一采样时刻对接收到的信号发射设备发送的载波信号进行采样得到的第一IQ数据，以及所述天线阵列中的每个采样天线依次在多个第二采样时刻中与其对应的第二采样时刻对接收到的所述信号发射设备发送的所述载波信号进行采样得到的第二IQ数据；
频率偏移计算单元，用于根据所述第一IQ数据，计算所述载波信号的频率偏移值；
信号值确定单元，用于根据所述频率偏移值和所述第二IQ数据，预估每个所述采样天线在所述多个第二采样时刻中的每个第二采样时刻的信号值；
导向矢量确定单元，用于确定所述天线阵列对应的导向矢量，所述导向矢量为与相对角度关联的矢量，所述相对角度指所述信号发射设备和所述信号接收设备之间的相对角度；
到达角度确定单元，用于将使所述载波信号对应的空间谱值取得峰值时的所述相对角度作为所述信号发射设备和所述信号接收设备之间的到达角度，所述空间谱值为根据所述导向矢量和所述信号值计算得到的数值。
本申请实施例第三方面提供一种信号接收设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。
本申请实施例第四方面提供一种到达角度的确定系统，其特征在于，所述到达角度的确定系统包括信号接收设备和信号发射设备；所述信号发射设备用于发送载波信号；所述信号接收设备用于根据本申请实施例第一方面所述的到达角度的确定方法确定所述信号接收设备和所述信号发射设备之间的到达角度。
本申请实施例第五方面提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。
本申请实施例第六方面提供了一种计算机程序产品，当计算机程序产品在信号接收设备上运行时，使得信号接收设备执行时实现方法的步骤。
本申请的实施方式中，通过获取天线阵列的参考天线在多个第一采样时刻对接收到的信号发射设备发送的载波信号进行采样得到的第一IQ数据，以及天线阵列中的每个采样天线依次在多个第二采样时刻中与其对应的第二采样时刻对接收到的信号发射设备发送的载波信号进行采样得到的第二IQ数据，根据第一IQ数据计算载波信号的频率偏移值，并利用频率偏移值预估在各个第二采样时刻每个采样天线接收信号的信号值，再根据天线阵列对应的导向矢量，计算出使载波信号对应的空间谱值取得峰值时的相对角度，并将该相对角度作为到达角度，一方面，信号接收设备不需要在每个第二采样时刻让所有采样天线同时对载波信号进行采样，而是通过在每个第二采样时刻让一个采样天线对载波信号进行采样，并利用采样到的第二IQ数据预估出未采样的采样天线对应的信号值，因此，避免了在定位时对同一采样时刻所有采样天线采样的同步性要求，可以有效地提高相对角度的准确度，进而提高定位的准确性；另一方面，由于每个第二采样时刻只需让一个采样天线对载波信号进行采样，因此，在每个第二采样时刻，信号接收设备只需要一组IQ数据，而不需要每个采样天线分别对应的多组IQ数据，能够有效地降低需传输的数据量。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请实施例提供的一种到达角度的确定方法的实现流程示意图；
图2是本申请实施例提供的CTE的数据结构示意图；
图3是本申请实施例提供的第一相位值-采样时间图；
图4是本申请实施例提供的步骤S102的具体实现流程示意图；
图5是本申请实施例提供的步骤S402的具体实现流程示意图；
图6是本申请实施例提供的第二相位值-采样时间图；
图7是本申请实施例提供的步骤S103的具体实现流程示意图；
图8是本申请实施例提供的线性阵列信号模型示意图；
图9是本申请实施例提供的矩形阵列信号模型第一示意图；
图10是本申请实施例提供的矩形阵列信号模型第二示意图；
图11是本申请实施例提供的步骤S105的具体实现流程示意图；
图12是本申请实施例提供的信号接收设备的示意图；
图13是通过本申请提供的到达角度计算方法计算出的计算角度和实际角度之间的结果的示意图；
图14是本申请提供的到达角度计算方法进行定位得到的计算位置和实际角度之间的结果的示意图；
图15是本申请实施例提供的一种到达角度的确定装置的结构示意图；
图16是本申请实施例提供的信号接收设备的结构示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护。
定位技术可分为室外定位和室内定位。全球定位系统、北斗系统等全球卫星导航系统能够为用户提供了定位服务，基本解决了户外精确定位的需求，在我们的日常生活中已经得到了广泛的应用。但是在室内环境中，由于建筑物的遮挡和多径效应等原因，上述定位方式的定位精度大幅降低，难以满足精确定位室内位置的需求。为了满足室内定位的需要，Zigbee、射频识别技术、超宽带、蓝牙、Wi-Fi、可见光等不同的无线技术被使用。其中，低能耗蓝牙技术以其低功耗、低成本、高可用性和高精度而成为应用最广泛的无线技术之一。
目前已有的一些室内定位方案，可以包含以下几类：基于信号强度的解决方案、基于时间的解决方案以及基于角度的解决方案。
接收信号强度的解决方案能够基于信号衰减模型，由信号接收设备计算其与信号发射设备之间的距离。由于多径衰落，很多研究者提出了指纹定位方法，但这种方法需要大量的时间来收集和更新指纹。
基于时间的解决方案可以分为基于到达时间、基于到达时差和基于往返飞行时间，采用这种解决方案，例如超宽带定位技术(Ultra Wide Band，UWB)等，一般需要较大的信号带宽，与蓝牙技术并不兼容，同时成本也比较高。
而在基于角度的解决方案中，由于蓝牙5.1标准引入了到达角/发送角的特性，支持蓝牙5.1标准的低能耗蓝牙设备能够感知信号发射设备发出的信号的到达/发送方向，即计算出信号接收设备和信号发射设备之间的相对方位或角度，再利用三角测量法或其他方式计算出信号发射设备的位置。AOA/AOD技术极大地提升了室内定位技术的可用性，应用于低功耗蓝牙设备中能够兼具高精度、高并发、低功耗、低成本、高兼容性等特性，为解决物联网精确定位与导航问题奠定了基础。
目前采用的蓝牙AOA定位方法都是以各个天线采集信号的相位差为基础，需要天线同时采集信号，但实际应用中，天线阵列往往不能同时采集信号，无法计算得到准确的相位差，导致定位的准确性较低。
为了说明本申请的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
图1示出了本申请实施例提供的一种到达角度的确定方法的实现流程示意图，该方法可以应用于信号接收设备，可适用于提高定位的准确性的情形。
其中，上述信号接收设备可以是基站或其他具有信号处理能力的设备，在信号接收设备中可以包含天线阵列以及处理芯片，由天线阵列对信号发射设备发送的载波信号进行采样，并由处理芯片根据本申请实施例提供的方法计算出信号发射设备和信号接收设备之间的到达角度。
具体的，上述到达角度的确定方法可以具体包括以下步骤S101至步骤S105。
步骤S101，获取天线阵列的参考天线在多个第一采样时刻对接收到的信号发射设备发送的载波信号进行采样得到的第一IQ数据，以及天线阵列中的每个采样天线依次在多个第二采样时刻中与其对应的第二采样时刻对接收到的信号发射设备发送的载波信号进行采样得到的第二IQ数据。
在本申请的实施方式中，上述天线阵列包含多个天线，其中包括至少一个参考天线和多个采样天线。参考天线和采样天线可以是天线阵列中的任意一个天线，可以由工作人员根据实际情况提前配置好，并且，参考天线和采样天线可以为天线阵列中的同一个天线。
在本申请的实施方式中，信号接收设备可以接收到信号发射设备发送的载波信号，并控制天线阵列中不同的天线在不同的采样时刻对载波信号进行采样，得出IQ(in-phase/quadrature)数据。
在无线通信中，IQ调制完成了由比特0和/或1组成的符号到矢量坐标系的映射，即每一个符号对应矢量坐标系中唯一的坐标点(星座点)。一般地，在无线通信中通常将矢量坐标系的实部称为I分量，将矢量坐标系的虚部称为Q分量。在本申请实施方式中提到的IQ数据可以包括IQ调制过程中矢量坐标系上坐标点的横坐标值(I值)和纵坐标值(Q值)。
具体的，在本申请的实施方式中，信号接收设备可以获取天线阵列的参考天线在多个第一采样时刻对接收到的信号发射设备发送的载波信号进行采样得到的第一IQ数据；也即，在每个第一采样时刻均由同一参考天线对载波信号进行采样。
信号接收设备还可以获取天线阵列中的每个采样天线依次在其对应的第二采样时刻对接收到的信号发射设备发送的载波信号进行采样得到的第二IQ数据，也即，在多个第二采样时刻由多个采样天线轮流对载波信号进行采样，且，每个第二采样时刻由一个采样天线对载波信号进行采样。
在本申请的一些实施方式中，假设将多个第一采样时刻所构成的一段时长称为参考阶段，并将多个第二采样时刻所构成的一段时长称为采样阶段，则信号接收设备可以控制参考天线在参考阶段里的每一个第一采样时刻对载波信号进行采样，得到第一IQ数据，并控制多个采样天线在采样阶段中与自身对应的第二采样时刻对载波信号进行采样，得到第二IQ数据。
在本申请的一些实施方式中，上述信号发射设备可以为BLE蓝牙设备或其他能够发射信号的设备。上述信号发射设备可以发出协议数据单元(protocol data unit，PDU)数据包，在该数据包的末尾携带有定频率扩展(Constant Tone Extension，CTE)，定频率扩展是由一系列非白化“1”调制的射频正弦信号。信号接收设备在接收到上述数据包之后，可以解析出其中的定频率扩展，也即载波信号。
具体的，CTE可以包括保护周期、参考周期以及切换-采样周期，切换-采样周期为一个交换槽和采样槽交替出现的序列，就信号接收设备而言，信号接收设备可以在参考周期和切换-采样周期对载波信号进行采样得到IQ数据。当信号接收设备存在两个或两个以上天线，则可以在切换-采样周期的切换槽切换天线，并在采样槽由切换到的天线进行采样。每个采样时刻将由一个天线对载波信号进行采样。图2示出了一种CTE的数据结构，CTE的前4μs为保护周期，接着的8μs为参考周期，在参考周期之后为切换-采样周期，切换-采样周期中的交换槽和采样槽的时长可以为1μs或2μs等。
基于此，在本申请的一些实施方式中，上述信号接收设备可以控制参考天线在载波信号的参考周期对载波信号进行采样，得到第一IQ数据，并控制多个采样天线在载波信号的切换采样周期依次对载波信号进行采样，得到第二IQ数据。
其中，参考周期中包含多个第一采样时刻；切换采样周期中包含多个第二采样时刻。
更具体的，在本申请的一些实施方式中，上述信号接收设备可以控制一个参考天线在8μs的参考周期中每隔1μs进行一次采样，得到8个第一采样时刻分别对应的第一IQ数据。接着，上述信号接收设备可以控制10个采样天线轮流在60μs的切换采样周期中每隔2μs进行一次采样，其中，每十次连续的采样分别由不同的采样天线完成，得到30个第二采样时刻分别对应的第二IQ数据。
需要说明的是，上述例子中具体的采样时间间隔、参考周期的长度、切换采样周期的长度、采样天线的数量，以及采样天线依次进行采样的实现方式仅为了方便理解，实际应用中，采样时间间隔、参考周期的长度、切换采样周期的长度、采样天线的数量，以及采样天线依次进行采样的实现方式均可以根据实际情况进行调整。
基于CTE的数据结构，上述信号接收设备只需要采样得到一组IQ数据，这一组IQ数据包含参考周期中参考天线采样得到的第一IQ数据，以及切换采样周期中采样天线采样得到的第二IQ数据。
整一组IQ数据IQall可以用下式所示：
Figure BDA0003175283160000071
其中，Ii，T表示在T时刻信号接收设备的i天线采集得到的IQ数据，其中i表示IQ数据对应的天线的序号，ref表示参考天线，N表示参考周期中采样的总次数，M表示在完整的CTE中，信号接收设备采样的总次数。则在切换采样周期中采样天线采样的总次数为M-N。
相应的，参考周期中的采样间隔tref_sample_interval＝Ta-Ta-1，其中，a≤N；切换采样周期中的采样间隔tsw_sample_interval＝Ta-Ta-1，其中，N＜a≤M。
整一组IQ数据IQall可以拆分成参考周期中采集得到的IQ值序列IQref和切换采样周期中采集得到的IQ值序列IQswitch如下：
Figure BDA0003175283160000072
Figure BDA0003175283160000073
步骤S102，根据第一IQ数据，计算载波信号的频率偏移值。
在本申请的实施方式中，由于在第一采样时刻采样的参考天线是相同的，得到的第一IQ数据对应的相位值与采样时间具有一定的相关关系。
更具体的，由于CTE信号具有周期性，因此相位值随着时间变换同样具有周期性。图3示出了参考天线在参考周期中进行采样得出的第一相位值-采样时间图，其中，参考周期共8μs，参考天线在参考周期中每隔1μs进行一次采样，第一相位值
Figure BDA0003175283160000081
参考图3可知，信号的频率偏移不等于250kHz，存在一定误差，这个误差可以是由采样误差造成的。
为了更加准确的确定出频率偏移值，如图4所示，在本申请的一些实施方式中，上述步骤S102可以具体包括以下步骤S401至步骤S404。
步骤S401，确定在多个第一采样时刻中每个第一采样时刻第一IQ数据对应的第一相位值。
在本申请的一些实施方式中，信号接收设备可以根据预先确定好的相位值计算公式计算第一相位值。
其中，上述相位值计算公式可以基于第一IQ数据的取值，进行分类计算得到第一相位值。具体的，上述相位值计算公式可以为：
Figure BDA0003175283160000082
基于上述相位值计算公式，可以计算得到每一个第一采样时刻采样得到的第一IQ数据对应的相位值，依据时间顺序可以得到每一个第一采样时刻对应的相位值组成的相位序列
Figure BDA0003175283160000083
步骤S402，对第一相位值进行正增长排布处理，得到多个第一采样时刻中每个第一采样时刻对应的第二相位值。
其中，每个第一采样时刻对应的第二相位值大于在其之前的每个第一采样时刻对应的第二相位值。
也就是说，通过正增长排布处理改变部分第一采样时刻对应的第一相位值，使得得到的第二相位值随时间依次递增。
具体的，如图5所示，上述步骤S402，可以具体包括以下步骤S501至步骤S504。
步骤S501，将多个第一采样时刻中的第一个第一采样时刻对应的第一相位值作为第一个第一采样时刻对应的第二相位值。
步骤S502，将多个第一采样时刻中的第二个采样时刻作为当前采样时刻，并将多个第一采样时刻中的第一个第一采样时刻作为前一个采样时刻。
步骤S503，检测第三相位值是否小于或等于第四相位值。
其中，第三相位值为当前采样时刻对应的第一相位值，第四相位值为前一个采样时刻对应的第一相位值。
步骤S504，若第三相位值小于或等于第四相位值，则将第三相位值和预设值进行累加，并将得到的累加值作为第三相位值，重新检测第三相位值是否小于或等于第四相位值，直至第三相位值大于第四相位值，则将第三相位值作为当前采样时刻对应的第一采样时刻对应的第二相位值，并将当前采样时刻作为前一个采样时刻，将当前采样时刻的下一个第一采样时刻作为当前采样时刻，重新检测第三相位值是否小于或等于第四相位值，直至第三相位值大于第四相位值，并且当前采样时刻不存在下一个第一采样时刻，得到多个第一采样时刻中第一个第一采样时刻以外其余第一采样时刻对应的第二相位值。
也就是说，当前第一采样时刻对应的第一相位值小于或等于其前一个采样时刻对应的第一相位值时，当前第一采样时刻对应的第一相位值增加预设值，若增加预设值之后仍然小于前一个采样时刻对应的第一相位值，则再继续增加预设值，直至增加后的第一相位值大于其前一个采样时刻对应的第一相位值；而若当前第一采样时刻对应的第一相位值大于其前一个采样时刻对应的第一相位值，则不需要进行处理。依照第一采样时刻的时间顺序对每个第一采样时刻的第一IQ数据对应的第一相位值进行处理，可以得到每个第一采样时刻对应的第二相位值。
图6所示为图3所示的第一相位值-采样时间图所对应的第二相位值-采样时间图。参考图6可知，处理后的第二相位值随采样时间递增。
步骤S403，根据多个第一采样时刻中每个第一采样时刻对应的第二相位值进行直线拟合，得到直线方程。
其中，直线拟合的具体方式可以根据实际情况进行选择。在本申请的一些实施方式中，可以采用最小二乘法进行直线拟合，得到直线方程。
具体的，在本申请的实施方式中，根据每个第一采样时刻对应的第二相位值，可以拟合得到自变量为采样时间，因变量为第二相位值的直线方程。
步骤S404，根据直线方程的斜率，计算频率偏移值。
具体的，假设在进行正增长排布处理时所使用的预设值为2π，则频率偏移值
Figure BDA0003175283160000101
a为直线方程的斜率。也就是说，拟合得到的直线方程为
Figure BDA0003175283160000102
表示第二相位值，b为截距，t为采样时间。
步骤S103，根据频率偏移值和第二IQ数据，预估每个采样天线在多个第二采样时刻中的每个第二采样时刻的信号值。
基于前述说明，一个第二采样时刻仅有一个采样天线对载波信号进行采样，而在本申请的实施方式中，为了计算出信号发射设备和信号接收设备之间的到达角度，信号接收设备需要每个采样天线在多个第二采样时刻中的每个第二采样时刻的信号值。
在本申请的实施方式中，尽管每次进行采样的采样天线不同，但是信号发射设备发送的载波信号的频率偏移值并不会发生改变，基于此，信号接收设备可以根据频率偏移值和第二IQ数据，预估每个采样天线在多个第二采样时刻中的每个第二采样时刻的信号值。
具体的，在本申请的一些实施方式中，对于每个采样天线，信号接收设备可以根据频率偏移值，利用该采样天线在其对应的第二采样时刻采样得到的第二IQ数据的相位值，预估该采样天线在其未采样的第二采样时刻对应的相位值，进而得到每个采样天线在多个第二采样时刻中的每个第二采样时刻对应的相位值。再基于每个采样天线在每个第二采样时刻对应的相位值，确定每个采样天线在多个第二采样时刻中的每个第二采样时刻的信号值。
如图7所示，在本申请的一些实施方式中，上述步骤S103可以具体包括以下步骤S701至步骤S704。
步骤S701，确定在多个第二采样时刻中由多个采样天线进行采样构成的采样循环。
具体的，假设采样天线的总数为R，那么采样循环的个数
Figure BDA0003175283160000103
其中
Figure BDA0003175283160000104
表示对
Figure BDA0003175283160000105
向下取整，M-N为前述在切换采样周期中采样天线采样的总次数。
其中，在每一个采样循环对应的第二采样时刻的总数与采样天线的总数相同，并且，每个采样天线在一个采样循环中不同的第二采样时刻进行采样。
以前述例子进行说明，上述信号接收设备可以控制10个采样天线轮流在60μs的切换采样周期中每隔2μs进行一次采样，则可知采样循环的个数为3，在每个采样循环中，10个采样天线依次进行采样，每次采样使用的采样天线均不相同。
步骤S702，根据每个采样循环中每个采样天线采样得到的第二IQ数据，以及频率偏移值，计算每个采样循环中每个采样天线在该采样循环中每个第二采样时刻的第五相位值。
在本申请的一些实施方式中，基于每个第二采集时刻对应的第二IQ数据，可以计算出每个第二采集时刻第二IQ数据的相位值。其中，相位值的具体计算方式可以参考步骤S401中第一相位值的计算方式，本申请对此不进行赘述。
结合每个第一采集时刻对应的第一相位值，对每个第二采集时刻对应的相位值进行正增长排布处理，可以得到每个采样循环中每个采样天线在该采样循环中每个第二采样时刻的第五相位值。记正增长排布处理后得到的相位序列为
Figure BDA0003175283160000111
Figure BDA0003175283160000112
其中T1至TM表示采样时刻，且依次递增，则正增长排布处理后得到的相位值同样随采样时刻递增。
在相位序列
Figure BDA0003175283160000113
中包含前述第二相位值组成的相位值序列
Figure BDA0003175283160000114
以及第五相位值组成的相位值序列
Figure BDA0003175283160000115
在某个采样循环中，假设在与采样天线i对应的第二采样时刻Tsample对应的第五相位值为
Figure BDA0003175283160000116
则采样天线i在该采样循环中第r个第二采样时刻对应的第五相位值为
Figure BDA0003175283160000117
其中，tsw_sample_interval为前述采样间隔，也即相邻两个第二采样时刻之间的时长。
基于上述方式，信号接收设备可以得到采样天线i在该采样循环中每个第二采样时刻对应的第五相位值，同理，也可以得到其他采样天线在该采样循环中每个第二采样时刻对应的第五相位值，对其他采样循环进行同样的处理，最终可以得到每个采样循环中每个采样天线在该采样循环中每个第二采样时刻的第五相位值。
步骤S703，根据第二IQ数据，确定多个第二采样时刻中的每个第二采样时刻对应的幅值。
在本申请的一些实施方式中，信号接收设备可以根据第二IQ数据中的I值和Q值计算出每个第二采样时刻对应的幅值，具体的，在与采样天线i对应的第二采样时刻Tsample对应的幅值
Figure BDA0003175283160000118
步骤S704，根据幅值和第五相位值预估每个采样天线在多个第二采样时刻中的每个第二采样时刻的信号值。
具体的，在本申请的一些实施方式中，可以将每个采样天线在每个第二采样时刻的第五相位值和其对应的第二采样时刻对应的幅值相乘，并将得到的乘积作为每个采样天线在每个第二采样时刻的信号值，该信号值为采样天线的接收信号的信号值。
为了方便理解，举例进行说明，假设在第一个第二采样时刻由第一个采样天线进行采样，得到的第五相位值为
Figure BDA0003175283160000121
幅值为
Figure BDA0003175283160000122
第二个第二采样时刻由第二个采样天线进行采样，得到的第五相位值为
Figure BDA0003175283160000123
幅值为
Figure BDA0003175283160000124
则通过前述方式可以预估出第一个采样天线在第二个第二采样时刻对应的第五相位值
Figure BDA0003175283160000125
同理可以预估出第二个采样天线在第一个第二采样时刻对应的第五相位值
Figure BDA0003175283160000126
基于此，第一个采样天线在第一个第二采样时刻的信号值为
Figure BDA0003175283160000127
Figure BDA0003175283160000128
第一个采样天线在第二个第二采样时刻的信号值为
Figure BDA0003175283160000129
第二个采样天线在第一个第二采样时刻的信号值为
Figure BDA00031752831600001210
第二个采样天线在第二个第二采样时刻的信号值为
Figure BDA00031752831600001211
因此，最终得到的每个采样天线在多个第二采样时刻中的每个第二采样时刻的信号值
Figure BDA00031752831600001212
其中，K表示第二采样时刻的序号，也即快拍数，或称为采样次数，Q代表采样天线的序号。
步骤S104，确定天线阵列对应的导向矢量。
其中，上述导向矢量为与相对角度关联的矢量，相对角度是指信号发射设备和信号接收设备之间的相对角度。
在本申请的一些实施方式中，工作人员可以根据信号接收设备包含的天线阵列的模型确定出天线阵列对应的导向矢量，并在计算到达角度时，获取预先确定好的导向矢量。
具体的，在本申请的一些实施方式中，若接收设备包含的天线阵列为线性阵列，如图8示出的线性阵列信号模型示意图，图中T点为信号发射设备，r为采样天线。假设第i个采样天线在第二采样时刻t对应的信号值Xi(t)，S(t)为来自信号发射设备的发射信号值，ni(t)为加性高斯白噪声(Additive White Gaussian Noise，AWGN)的第i个元素，则第i个采样天线的信号值和信号发射设备的发射信号值之间的关系为：Xi(t)＝S(t-τi)+ni(t)。其中，τi为信号发射设备与第i个采样天线之间的传播延迟。结合电磁波速度c，可以得到任一τj与第一个天线的传播延迟τ1之间的关系：
Figure BDA00031752831600001213
其中，dx为相邻采样天线之间的距离，θ为信号发射设备和信号接收设备之间的相对角度，在线性阵列中即为线性阵列中天线组成的直线与信号入射方向之间的夹角。基于此，可以计算得到任一采样天线的接收信号的信号值
Figure BDA0003175283160000131
其中，j为复数，λ为入射信号的波长。
将每个采样天线的所有接收信号方程联立，可以得出一般表达式：X(t)＝A(θ)X1(t)+N(t)，其中，X(t)表示每个采样天线接收信号的信号值，为一个Q×K的向量；X1(t)表示第一个采样天线接收信号的信号值，为一个1×K的向量；N(t)表示加性高斯白噪声，为一个Q×K的向量；A(θ)表示导向矢量，为一个Rx1的矢量，遵循经典范德蒙行列式(Vandermonde)结构。具体的，导向矢量
Figure BDA0003175283160000132
在本申请的另一些实施方式中，若接收设备包含的天线阵列为矩形阵列，如图9示出的矩形阵列信号模型示意图，构建天线阵列的天线阵面及天线阵列对应的空间坐标系OXYZ，其中，天线阵面位于空间坐标系中XOY平面的矩形阵列，其阵列中心位于空间坐标系的坐标轴原点O，该阵列中心位可以表示天线阵列中任意一个天线，原点O对应的采样天线和与其相邻的任意一个采样天线的连线方向作为X轴，天线阵面中与X轴垂直的方向为Y轴。设辐射方向为Z轴的正方向，即前半球方向，则信号发射设备和信号接收设备之间的相对角度可以用空间坐标系中的方位角α(Azimuth)和俯仰角β(Elevation)表示，其中，假设信号发射设备为T，则方位角α可以定义为OT在XOY平面上的投影OT’与X轴之间的夹角；俯仰角β可以定义为原点O到T点的矢量OT与Y轴的夹角；假设天线阵列包括M×N个天线组成的矩形阵列，用m和n表示位于X轴方向的第m个、Y轴方向的第n个的天线。则矩形阵列的导向矢量
Figure BDA0003175283160000133
其中，dx表示X轴方向的采样天线之间的距离，dy表示y轴方向上采样天线之间的距离，0≤α≤2，
Figure BDA0003175283160000134
Figure BDA0003175283160000135
类似的，如图10所示，方位角α也可以定义为原点O到T点的矢量OT与X轴的夹角，俯仰角β可以定义为OT在YOZ平面上的投影OT′与Y轴之间的夹角，此时得到的导向矢量
Figure BDA0003175283160000136
其中，0≤α≤π，0≤β≤π。
步骤S105，将使载波信号对应的空间谱值取得峰值时的相对角度作为信号发射设备和信号接收设备之间的到达角度。
其中，空间谱值为根据导向矢量和信号值计算得到的数值，可以用于描述相对角度和信号值之间的相关关系。空间谱值越大，则说明该相对角度对应的方向越可能是载波信号的来波方向，因此，在本申请的一些实施方式中，可以将使载波信号对应的空间谱值取得峰值时的相对角度作为信号发射设备和信号接收设备之间的到达角度。此处的峰值可以指最大值或极大值。
具体的，如图11所示，在本申请的是一些实施方式中，上述步骤S105可以具体包括以下步骤S1101至步骤S1102。
步骤S1101，基于每个采样天线在多个第二采样时刻中的每个第二采样时刻的信号值，计算第一个第二采样时刻中每个采样天线的信号值与每个第二采样时刻中每个采样天线的信号值之间的相关向量。
具体的，在本申请的一些实施方式中，可以将前述步骤S103计算得到的信号值X(t)拆分为第一个第二采样时刻中每个采样天线的信号值构成的第一子矩阵h＝[X1(t1) X1(t2) … … X1(tK)]和其他第二采样时刻中每个采样天线的信号值构成的第二子矩阵
Figure BDA0003175283160000141
定义1x(K-1)的传播向量p，用于表示接收到的第一个第二采样时刻中每个采样天线的信号值与其他第二采样时刻中每个采样天线的信号值之间的相关关系。p包含信号值在阵列上如何变化的信息，可以表示为每个元素的相位之和，该操作可以使第一个第二采样时刻中每个采样天线的信号值标准化，从而使信号值在时间上具有独立性。具体的，传播向量
Figure BDA0003175283160000142
其中，HH表示第二子矩阵H的共轭转置矩阵；hHH表示第一子矩阵h和第二子矩阵H的共轭转置矩阵HH的点乘，hhH表示第一子矩阵h和第一子矩阵h的共轭转置矩阵hH的点乘。
接着添加单位元素，表示第一个第二采样时刻中每个采样天线的信号值与其自身的相关关系，得到相关向量e＝[1 p]T，其中，[1 p]T表示[1 p]的转置矩阵。
步骤S1102，将使载波信号对应的空间谱值取得峰值时的相对角度作为信号发射设备和信号接收设备之间的到达角度。
其中，空间谱值为根据导向矢量和相关向量计算得到的数值。具体的，在本申请的一些实施方式中，上述空间谱PPDDA＝|AHe|，其中，AH表示导向矢量A的共轭转置矩阵。
在本申请的一些实施方式中，对于线性阵列的天线阵列，信号接收设备可以计算每个相对角度θ的空间谱PPDDA(θ)，确定出其中的最大值，并将取得最大值时的相对角度θ作为信号发射设备和信号接收设备之间的到达角度，即载波信号的来波方向。对于矩形阵列的天线阵列，信号接收设备可以计算每个相对角度的空间谱PPDDA(α，β)，确定出其中的最大值，并将取得最大值时的相对角度α和β作为信号发射设备和信号接收设备之间的到达角度，即载波信号的来波方向。
需要说明的是，在得到上述到达角度之后，信号接收设备可以结合其他信号接收设备计算出的另一个到达角度，确定出信号发射设备的位置，也可以由信号接收设备作为一个基站，进行单基站定位，从而实现对信号发射设备的定位。
本申请的实施方式中，通过获取天线阵列的参考天线在多个第一采样时刻对接收到的信号发射设备发送的载波信号进行采样得到的第一IQ数据，以及天线阵列中的每个采样天线依次在多个第二采样时刻中与其对应的第二采样时刻对接收到的信号发射设备发送的载波信号进行采样得到的第二IQ数据，根据第一IQ数据计算载波信号的频率偏移值，并利用频率偏移值预估在各个第二采样时刻每个采样天线接收信号的信号值，再根据天线阵列对应的导向矢量，计算出使载波信号对应的空间谱值取得峰值时的相对角度，并将该相对角度作为到达角度，一方面，信号接收设备不需要在每个第二采样时刻让所有采样天线同时对载波信号进行采样，而是通过在每个第二采样时刻让一个采样天线对载波信号进行采样，并利用采样到的第二IQ数据预估出未采样的采样天线对应的信号值，因此，避免了在定位时对同一采样时刻所有采样天线采样的同步性要求，可以有效地提高相对角度的准确度，进而提高定位的准确性；另一方面，由于每个第二采样时刻只需让一个采样天线对载波信号进行采样，因此，在每个第二采样时刻，信号接收设备只需要一组IQ数据，而不需要每个采样天线分别对应的多组IQ数据，能够有效地降低需传输的数据量。
此外，在本申请的一些实施方式中，基于天线阵列对应的导向矢量，包含排布为线性阵列的天线阵列的信号接收设备，以及包含排布为矩形阵列的天线阵列的信号接收设备，均可以通过本申请实施例所提供的方法计算出到达角度，也即本申请提供的到达角度计算方法既适用于平面角度的计算，也适用于空间角度的计算，具有更好的普适性。
在本申请的另一些实施方式中，通过计算第一个第二采样时刻中每个采样天线的信号值与每个第二采样时刻中每个采样天线的信号值之间的相关向量计算出空间谱值，从而确定出到达角度，相较于使用协方差矩阵的方式，能够减少计算量和算法复杂度。
利用图12所示的信号接收设备对本申请提供的到达角度计算方法进行实验。
首先，利用图12所示的信号接收设备中线性排布的四个天线组成的天线阵列，在Channel37、Channel38、Channel39三个不同的广播信道上进行实验。其中，Channel37表示中心频率为2402MHz的广播信道、Channel38表示中心频率为2426MHz的广播信道、Channel39表示中心频率为2480MHz的广播信道。通过本申请提供的到达角度计算方法计算出的计算角度和实际角度之间的结果如图13所示，参考图13可知，在不同的广播信道，本申请提供的到达角度计算方法均具有较高的准确性。
接着，利用图12所示的信号接收设备中矩形排布的多个天线组成的天线阵列，在Channel37、Channel38、Channel39三个不同的广播信道上进行实验，假设图9中，信号发射设备的高度h＝3.61m，即在高度已知的情况下，通过本申请提供的到达角度计算方法进行定位得到的计算位置和实际角度之间的结果如图14所示，参考图14可知，在不同的广播信道，本申请提供的到达角度计算方法均具有较高的准确性。
此外，本申请实施例还提供一种到达角度的确定系统，该到达角度的确定系统包括信号接收设备和信号发射设备。
在到达角度的确定系统中的信号发射设备用于发送载波信号。在本申请的一些实施方式中，信号发射设备可以在广播信道上对数据包进行广播，使信号接收设备能够采样得到第一IQ数据和第二IQ数据。
在到达角度的确定系统中的信号接收设备则用于根据图1至图14所描述的到达角度的确定方法确定信号接收设备和信号发射设备之间的到达角度。该到达角度的确定系统的具体实现方式可以参看前述说明，本申请对此不进行赘述。
需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为根据本申请，某些步骤可以采用其它顺序进行。
如图15所示为本申请实施例提供的一种到达角度的确定装置1500的结构示意图，上述到达角度的确定装置1500配置于信号接收设备上，并且，信号接收设备包含天线阵列。
具体的，上述到达角度的确定装置1500可以包括：
获取单元1501，用于获取所述天线阵列的参考天线在多个第一采样时刻对接收到的信号发射设备发送的载波信号进行采样得到的第一IQ数据，以及所述天线阵列中的每个采样天线依次在多个第二采样时刻中与其对应的第二采样时刻对接收到的所述信号发射设备发送的所述载波信号进行采样得到的第二IQ数据；
频率偏移计算单元1502，用于根据所述第一IQ数据，计算所述载波信号的频率偏移值；
信号值确定单元1503，用于根据所述频率偏移值和所述第二IQ数据，预估每个所述采样天线在所述多个第二采样时刻中的每个第二采样时刻的信号值；
导向矢量确定单元1504，用于确定所述天线阵列对应的导向矢量，所述导向矢量为与相对角度关联的矢量，所述相对角度指所述信号发射设备和所述信号接收设备之间的相对角度；
到达角度确定单元1505，用于将使所述载波信号对应的空间谱值取得峰值时的所述相对角度作为所述信号发射设备和所述信号接收设备之间的到达角度，所述空间谱值为根据所述导向矢量和所述信号值计算得到的数值。
在本申请的一些实施方式中，上述频率偏移计算单元1502可以具体用于：确定在所述多个第一采样时刻中每个第一采样时刻所述第一IQ数据对应的第一相位值；对所述第一相位值进行正增长排布处理，得到所述多个第一采样时刻中每个第一采样时刻对应的第二相位值，其中，每个第一采样时刻对应的第二相位值大于在其之前的每个第一采样时刻对应的第二相位值；根据所述多个第一采样时刻中每个第一采样时刻对应的第二相位值进行直线拟合，得到直线方程；根据所述直线方程的斜率，计算所述频率偏移值。
在本申请的一些实施方式中，上述频率偏移计算单元1502可以具体用于：将所述多个第一采样时刻中的第一个第一采样时刻对应的第一相位值作为第一个第一采样时刻对应的第二相位值；将所述多个第一采样时刻中的第二个采样时刻作为当前采样时刻，并将所述多个第一采样时刻中的第一个第一采样时刻作为前一个采样时刻；检测第三相位值是否小于或等于第四相位值，其中，第三相位值为当前采样时刻对应的第一相位值，第四相位值为前一个采样时刻对应的第一相位值；若第三相位值小于或等于第四相位值，则将第三相位值和预设值进行累加，并将得到的累加值作为第三相位值，重新检测第三相位值是否小于或等于第四相位值，直至第三相位值大于第四相位值，则将第三相位值作为当前采样时刻对应的第一采样时刻对应的第二相位值，并将当前采样时刻作为前一个采样时刻，将当前采样时刻的下一个第一采样时刻作为当前采样时刻，重新检测第三相位值是否小于或等于第四相位值，直至第三相位值大于第四相位值，并且当前采样时刻不存在下一个第一采样时刻，得到所述多个第一采样时刻中第一个第一采样时刻以外其余第一采样时刻对应的第二相位值。
在本申请的一些实施方式中，上述信号值确定单元1503可以具体用于：确定在所述多个第二采样时刻中由多个所述采样天线进行采样构成的采样循环，其中，在每一个所述采样循环对应的第二采样时刻的总数与所述采样天线的总数相同，并且，每个所述采样天线在一个所述采样循环中不同的第二采样时刻进行采样；根据每个所述采样循环中每个所述采样天线采样得到的所述第二IQ数据，以及所述频率偏移值，计算每个所述采样循环中每个所述采样天线在该采样循环中每个第二采样时刻的第五相位值；根据所述第二IQ数据，确定所述多个第二采样时刻中的每个第二采样时刻对应的幅值；根据所述幅值和所述第五相位值预估每个所述采样天线在所述多个第二采样时刻中的每个第二采样时刻的信号值。
在本申请的一些实施方式中，上述到达角度确定单元1505可以具体用于：基于每个所述采样天线在所述多个第二采样时刻中的每个第二采样时刻的信号值，计算第一个第二采样时刻中每个所述采样天线的信号值与每个所述第二采样时刻中每个所述采样天线的信号值之间的相关向量；将使所述载波信号对应的空间谱值取得峰值时的所述相对角度作为所述信号发射设备和所述信号接收设备之间的到达角度，其中，所述空间谱值为根据所述导向矢量和所述相关向量计算得到的数值。
在本申请的一些实施方式中，上述获取单元1501可以具体用于：控制所述参考天线在所述载波信号的参考周期对所述载波信号进行采样，得到所述第一IQ数据，其中，所述参考周期中包含多个所述第一采样时刻；控制多个所述采样天线在所述载波信号的切换采样周期依次对所述载波信号进行采样，得到所述第二IQ数据，其中，所述切换采样周期中包含多个所述第二采样时刻。
需要说明的是，为描述的方便和简洁，上述到达角度的确定装置1500的具体工作过程，可以参考图1至图14所述方法的对应过程，在此不再赘述。
如图16所示，为本申请实施例提供的一种信号接收设备的示意图。该信号接收设备16可以包括：处理器160、存储器161以及存储在所述存储器161中并可在所述处理器160上运行的计算机程序162，例如到达角度的确定程序。所述处理器160执行所述计算机程序162时实现上述各个到达角度的确定方法实施例中的步骤，例如图1所示的步骤S101至S105。或者，所述处理器160执行所述计算机程序162时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能，例如图15所示的获取单元1501、频率偏移计算单元1502、信号值确定单元1503、导向矢量确定单元1504和到达角度确定单元1505。
所述计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器161中，并由所述处理器160执行，以完成本申请。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序在所述信号接收设备中的执行过程。
例如，所述计算机程序可以被分割成：获取单元、频率偏移计算单元、信号值确定单元、导向矢量确定单元和到达角度确定单元。
各单元具体功能如下：获取单元，用于获取所述天线阵列的参考天线在多个第一采样时刻对接收到的信号发射设备发送的载波信号进行采样得到的第一IQ数据，以及所述天线阵列中的每个采样天线依次在多个第二采样时刻中与其对应的第二采样时刻对接收到的所述信号发射设备发送的所述载波信号进行采样得到的第二IQ数据；频率偏移计算单元，用于根据所述第一IQ数据，计算所述载波信号的频率偏移值；信号值确定单元，用于根据所述频率偏移值和所述第二IQ数据，预估每个所述采样天线在所述多个第二采样时刻中的每个第二采样时刻的信号值；导向矢量确定单元，用于确定所述天线阵列对应的导向矢量，所述导向矢量为与相对角度关联的矢量，所述相对角度指所述信号发射设备和所述信号接收设备之间的相对角度；到达角度确定单元，用于将使所述载波信号对应的空间谱值取得峰值时的所述相对角度作为所述信号发射设备和所述信号接收设备之间的到达角度，所述空间谱值为根据所述导向矢量和所述信号值计算得到的数值。
所述信号接收设备可包括，但不仅限于，处理器160、存储器161。本领域技术人员可以理解，图16仅仅是信号接收设备的示例，并不构成对信号接收设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述信号接收设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
所述处理器160可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。所述存储器161可以是所述信号接收设备的内部存储单元，例如信号接收设备的硬盘或内存。所述存储器161也可以是所述信号接收设备的外部存储设备，例如所述信号接收设备上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card，SMC)，安全数字(Secure Digital，SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述存储器161还可以既包括所述信号接收设备的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器161用于存储所述计算机程序以及所述信号接收设备所需的其他程序和数据。所述存储器161还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对各个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/信号接收设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/信号接收设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(RandomAccess Memory，RAM)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种到达角度的确定方法，其特征在于，应用于信号接收设备，所述信号接收设备包含天线阵列，所述到达角度的确定方法包括：
获取所述天线阵列的参考天线在多个第一采样时刻对接收到的信号发射设备发送的载波信号进行采样得到的第一IQ数据，以及所述天线阵列中的每个采样天线依次在多个第二采样时刻中与其对应的第二采样时刻对接收到的所述信号发射设备发送的所述载波信号进行采样得到的第二IQ数据；
根据所述第一IQ数据，计算所述载波信号的频率偏移值；
根据所述频率偏移值和所述第二IQ数据，预估每个所述采样天线在所述多个第二采样时刻中的每个第二采样时刻的信号值；
确定所述天线阵列对应的导向矢量，所述导向矢量为与相对角度关联的矢量，所述相对角度指所述信号发射设备和所述信号接收设备之间的相对角度；
将使所述载波信号对应的空间谱值取得峰值时的所述相对角度作为所述信号发射设备和所述信号接收设备之间的到达角度，所述空间谱值为根据所述导向矢量和所述信号值计算得到的数值。
2.如权利要求1所述的到达角度的确定方法，其特征在于，所述根据所述第一IQ数据，计算所述载波信号的频率偏移值，包括：
确定在所述多个第一采样时刻中每个第一采样时刻所述第一IQ数据对应的第一相位值；
对所述第一相位值进行正增长排布处理，得到所述多个第一采样时刻中每个第一采样时刻对应的第二相位值，其中，每个第一采样时刻对应的第二相位值大于在其之前的每个第一采样时刻对应的第二相位值；
根据所述多个第一采样时刻中每个第一采样时刻对应的第二相位值进行直线拟合，得到直线方程；
根据所述直线方程的斜率，计算所述频率偏移值。
3.如权利要求2所述的到达角度的确定方法，其特征在于，所述对所述第一相位值进行正增长排布处理，得到所述多个第一采样时刻中每个第一采样时刻对应的第二相位值，包括：
将所述多个第一采样时刻中的第一个第一采样时刻对应的第一相位值作为第一个第一采样时刻对应的第二相位值；
将所述多个第一采样时刻中的第二个采样时刻作为当前采样时刻，并将所述多个第一采样时刻中的第一个第一采样时刻作为前一个采样时刻；
检测第三相位值是否小于或等于第四相位值，其中，第三相位值为当前采样时刻对应的第一相位值，第四相位值为前一个采样时刻对应的第一相位值；
若第三相位值小于或等于第四相位值，则将第三相位值和预设值进行累加，并将得到的累加值作为第三相位值，重新检测第三相位值是否小于或等于第四相位值，直至第三相位值大于第四相位值，则将第三相位值作为当前采样时刻对应的第一采样时刻对应的第二相位值，并将当前采样时刻作为前一个采样时刻，将当前采样时刻的下一个第一采样时刻作为当前采样时刻，重新检测第三相位值是否小于或等于第四相位值，直至第三相位值大于第四相位值，并且当前采样时刻不存在下一个第一采样时刻，得到所述多个第一采样时刻中第一个第一采样时刻以外其余第一采样时刻对应的第二相位值。
4.如权利要求1至3任意一项所述的到达角度的确定方法，其特征在于，所述根据所述频率偏移值和所述第二IQ数据，预估每个所述采样天线在所述多个第二采样时刻中的每个第二采样时刻的信号值，包括：
确定在所述多个第二采样时刻中由多个所述采样天线进行采样构成的采样循环，其中，在每一个所述采样循环对应的第二采样时刻的总数与所述采样天线的总数相同，并且，每个所述采样天线在一个所述采样循环中不同的第二采样时刻进行采样；
根据每个所述采样循环中每个所述采样天线采样得到的所述第二IQ数据，以及所述频率偏移值，计算每个所述采样循环中每个所述采样天线在该采样循环中每个第二采样时刻的第五相位值；
根据所述第二IQ数据，确定所述多个第二采样时刻中的每个第二采样时刻对应的幅值；
根据所述幅值和所述第五相位值预估每个所述采样天线在所述多个第二采样时刻中的每个第二采样时刻的信号值。
5.如权利要求1至3任意一项所述的到达角度的确定方法，其特征在于，所述将使所述载波信号对应的空间谱值取得峰值时的所述相对角度作为所述信号发射设备和所述信号接收设备之间的到达角度，包括：
基于每个所述采样天线在所述多个第二采样时刻中的每个第二采样时刻的信号值，计算第一个第二采样时刻中每个所述采样天线的信号值与每个所述第二采样时刻中每个所述采样天线的信号值之间的相关向量；
将使所述载波信号对应的空间谱值取得峰值时的所述相对角度作为所述信号发射设备和所述信号接收设备之间的到达角度，其中，所述空间谱值为根据所述导向矢量和所述相关向量计算得到的数值。
6.如权利要求1至3任意一项所述的到达角度的确定方法，其特征在于，所述获取所述天线阵列的参考天线在多个第一采样时刻对接收到的信号发射设备发送的载波信号进行采样得到的第一IQ数据，以及所述天线阵列中的每个采样天线依次在多个第二采样时刻中与其对应的第二采样时刻对接收到的所述信号发射设备发送的所述载波信号进行采样得到的第二IQ数据，包括：
控制所述参考天线在所述载波信号的参考周期对所述载波信号进行采样，得到所述第一IQ数据，其中，所述参考周期中包含多个所述第一采样时刻；
控制多个所述采样天线在所述载波信号的切换采样周期依次对所述载波信号进行采样，得到所述第二IQ数据，其中，所述切换采样周期中包含多个所述第二采样时刻。
7.一种到达角度的确定装置，其特征在于，配置于信号接收设备，所述信号接收设备包含天线阵列，所述到达角度的确定装置包括：
获取单元，用于获取所述天线阵列的参考天线在多个第一采样时刻对接收到的信号发射设备发送的载波信号进行采样得到的第一IQ数据，以及所述天线阵列中的每个采样天线依次在多个第二采样时刻中与其对应的第二采样时刻对接收到的所述信号发射设备发送的所述载波信号进行采样得到的第二IQ数据；
频率偏移计算单元，用于根据所述第一IQ数据，计算所述载波信号的频率偏移值；
信号值确定单元，用于根据所述频率偏移值和所述第二IQ数据，预估每个所述采样天线在所述多个第二采样时刻中的每个第二采样时刻的信号值；
导向矢量确定单元，用于确定所述天线阵列对应的导向矢量，所述导向矢量为与相对角度关联的矢量，所述相对角度指所述信号发射设备和所述信号接收设备之间的相对角度；
到达角度确定单元，用于将使所述载波信号对应的空间谱值取得峰值时的所述相对角度作为所述信号发射设备和所述信号接收设备之间的到达角度，所述空间谱值为根据所述导向矢量和所述信号值计算得到的数值。
8.一种信号接收设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至6任一项所述的方法。
9.一种到达角度的确定系统，其特征在于，所述到达角度的确定系统包括信号接收设备和信号发射设备；
所述信号发射设备用于发送载波信号；
所述信号接收设备用于根据权利要求1至6任意一项所述的到达角度的确定方法确定所述信号接收设备和所述信号发射设备之间的到达角度。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述的方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115022963A (zh) * 2022-05-28 2022-09-06 江苏蓝策电子科技有限公司 基于蓝牙的室内定位方法及装置
CN115460693A (zh) * 2022-09-19 2022-12-09 北京信息职业技术学院 基于蓝牙的定位方法及装置

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101295018A (zh) * 2007-04-23 2008-10-29 电子科技大学 实波束形成器的设计方法
US20110074633A1 (en) * 2009-09-30 2011-03-31 Broadcom Corporation Methods and Systems for Estimating Angle of Arrival
US20170310416A1 (en) * 2016-04-22 2017-10-26 Fujitsu Limited Apparatus and method for processing a frequency offset of a pilot and receiver
US20180074153A1 (en) * 2016-09-09 2018-03-15 Raytheon Company Systems And Methods For Direction Finding Based On Minimum Distance Search To Principal Components
EP3515030A2 (en) * 2012-10-01 2019-07-24 Joshua Park Rf carrier synchronization and phase alignment methods and systems
CN110187304A (zh) * 2019-05-21 2019-08-30 泰凌微电子（上海）有限公司 一种信号到达角估计方法及装置
CN110857973A (zh) * 2018-08-23 2020-03-03 华为技术有限公司 一种到达角估计方法及设备
CN111175693A (zh) * 2020-01-19 2020-05-19 河北科技大学 一种波达方向估计方法及波达方向估计装置
CN111323744A (zh) * 2020-03-19 2020-06-23 哈尔滨工程大学 一种基于mdl准则的目标个数和目标角度估计方法
US20210096207A1 (en) * 2019-09-30 2021-04-01 Silicon Laboratories Inc. Angle of Arrival Using Machine Learning

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101295018A (zh) * 2007-04-23 2008-10-29 电子科技大学 实波束形成器的设计方法
US20110074633A1 (en) * 2009-09-30 2011-03-31 Broadcom Corporation Methods and Systems for Estimating Angle of Arrival
EP3515030A2 (en) * 2012-10-01 2019-07-24 Joshua Park Rf carrier synchronization and phase alignment methods and systems
US20170310416A1 (en) * 2016-04-22 2017-10-26 Fujitsu Limited Apparatus and method for processing a frequency offset of a pilot and receiver
US20180074153A1 (en) * 2016-09-09 2018-03-15 Raytheon Company Systems And Methods For Direction Finding Based On Minimum Distance Search To Principal Components
CN110857973A (zh) * 2018-08-23 2020-03-03 华为技术有限公司 一种到达角估计方法及设备
CN110187304A (zh) * 2019-05-21 2019-08-30 泰凌微电子（上海）有限公司 一种信号到达角估计方法及装置
US20210096207A1 (en) * 2019-09-30 2021-04-01 Silicon Laboratories Inc. Angle of Arrival Using Machine Learning
CN111175693A (zh) * 2020-01-19 2020-05-19 河北科技大学 一种波达方向估计方法及波达方向估计装置
CN111323744A (zh) * 2020-03-19 2020-06-23 哈尔滨工程大学 一种基于mdl准则的目标个数和目标角度估计方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
SEO, SEUNGWOO; PARK, YOUNGBUM; SONG, KIWON: "An Iterative MUSIC-Based DOA Estimation System Using Antenna Direction Control for GNSS Interference", JOURNAL OF POSITIONING, NAVIGATION, AND TIMING *
张昊平: "基于深度学习和接收信号强度的DOA估计算法研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库·信息科技辑》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115022963A (zh) * 2022-05-28 2022-09-06 江苏蓝策电子科技有限公司 基于蓝牙的室内定位方法及装置
CN115022963B (zh) * 2022-05-28 2023-12-01 江苏蓝策电子科技有限公司 基于蓝牙的室内定位方法及装置
CN115460693A (zh) * 2022-09-19 2022-12-09 北京信息职业技术学院 基于蓝牙的定位方法及装置

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