CN114577171A

CN114577171A - 一种三维角度测量方法、装置、设备及计算机存储介质

Info

Publication number: CN114577171A
Application number: CN202011376051.6A
Authority: CN
Inventors: 郭富祥
Original assignee: Guangdong Oppo Mobile Telecommunications Corp Ltd
Current assignee: Guangdong Oppo Mobile Telecommunications Corp Ltd
Priority date: 2020-11-30
Filing date: 2020-11-30
Publication date: 2022-06-03

Abstract

本申请实施例公开了一种三维角度测量方法、装置、设备及计算机存储介质，该方法包括：通过第一天线和第二天线接收第一频段的射频信号，确定所述第一天线和所述第二天线之间的第一相位差值；通过第一天线和第三天线接收第二频段的射频信号，确定所述第一天线和所述第三天线之间的第二相位差值；其中，所述第一频段和所述第二频段不同；基于所述第一相位差值和所述第二相位差值，确定三维角度的测量值。这样，由于第一天线、第二天线和第三天线采用了双频段(第一频段和第二频段)组合，使得终端设备在复杂电磁环境的情况下，仍然可以提高角度测量性能，从而获取到高精度的到达角度值。

Description

一种三维角度测量方法、装置、设备及计算机存储介质

技术领域

本申请涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种三维角度测量方法、装置、设备及计算机存储介质。

背景技术

随着无线通信技术的迅速发展，对于智能手机、笔记本电脑、无人机等终端设备而言，可以利用超宽带(Ultra Wide Band，UWB)技术进行角度测量，但其测量精度与天线设计密切相关。

目前，终端设备的天线设计不再局限于传统的效率指标，尤其是对天线边界条件、相位中心等都有很高的要求。其中，对于终端设备来讲，天线的电磁环境比较复杂，可能难以准确估计出到达角度，使得角度测量性能偏差。

发明内容

本申请提出一种三维角度测量方法、装置、设备及计算机存储介质，可以提高复杂电磁环境下的角度测量性能，获取高精度的到达角度值。

为达到上述目的，本申请的技术方案是这样实现的：

第一方面，本申请实施例提供了一种三维角度测量方法，该方法包括：

通过第一天线和第二天线接收第一频段的射频信号，确定所述第一天线和所述第二天线之间的第一相位差值；

通过第一天线和第三天线接收第二频段的射频信号，确定所述第一天线和所述第三天线之间的第二相位差值；其中，所述第一频段和所述第二频段不同；

基于所述第一相位差值和所述第二相位差值，确定三维角度的测量值。

第二方面，本申请实施例提供了一种三维角度测量装置，该三维角度测量装置包括接收单元、确定单元和计算单元；其中，

所述确定单元，配置为在所述接收单元通过第一天线和第二天线接收第一频段的射频信号的情况下，确定所述第一天线和所述第二天线之间的第一相位差值；

所述确定单元，还配置为在所述接收单元通过第一天线和第三天线接收第二频段的射频信号的情况下，确定所述第一天线和所述第三天线之间的第二相位差值；其中，所述第一频段和所述第二频段不同；

所述计算单元，配置为基于所述第一相位差值和所述第二相位差值，确定三维角度的测量值。

第三方面，本申请实施例提供了一种终端设备，该终端设备包括存储器和处理器；其中，

所述存储器，用于存储能够在所述处理器上运行的可执行指令；

所述处理器，用于在运行所述可执行指令时，执行如第一方面所述的方法。

第四方面，本申请实施例提供了一种计算机存储介质，该计算机存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被至少一个处理器执行时实现如第一方面所述的方法。

本申请实施例所提供的一种三维角度测量方法、装置、设备及计算机存储介质，通过第一天线和第二天线接收第一频段的射频信号，确定所述第一天线和所述第二天线之间的第一相位差值；通过第一天线和第三天线接收第二频段的射频信号，确定所述第一天线和所述第三天线之间的第二相位差值；其中，所述第一频段和所述第二频段不同；基于所述第一相位差值和所述第二相位差值，确定三维角度的测量值。这样，由于第一天线、第二天线和第三天线采用了双频段(第一频段和第二频段)组合，使得终端设备在复杂电磁环境的情况下，仍然可以提高角度测量性能，从而获取到高精度的到达角度值。

附图说明

图1A为相关技术提供的一组AOA天线在一无线电频率上的PDOA性能示意图；

图1B为相关技术提供的一组AOA天线在另一无线电频率上的PDOA性能示意图；

图2为本申请实施例提供的一种三维角度测量方法的流程示意图；

图3为本申请实施例提供的一种UWB终端的组成结构示意图；

图4为本申请实施例提供的一种三个UWB天线的具体相对位置示意图；

图5A为本申请实施例提供的一种三个UWB天线的位置排列示意图；

图5B为本申请实施例提供的另一种三个UWB天线的位置排列示意图；

图6为本申请实施例提供的另一种三维角度测量方法的流程示意图；

图7为本申请实施例提供的一种UWB通信系统的组成结构示意图；

图8为本申请实施例提供的一种双频测角的交互逻辑示意图；

图9为本申请实施例提供的一种PDOA测量原理的结构示意图；

图10为本申请实施例提供的一种三维角度测量装置的组成结构示意图；

图11为本申请实施例提供的一种终端设备的硬件结构示意图。

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、完整地描述。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关申请，而非对该申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关申请相关的部分。

超宽带(Ultra Wide Band，UWB)技术是一种无线载波通信技术，它通过对具有很陡上升和下降时间的冲激脉冲进行直接调制，使信号具有GHz量级的带宽。另外，UWB技术不采用正弦载波，而是利用纳秒(nanosecond，ns)级的非正弦窄脉冲传输数据，使其所占的频谱范围很宽。

在测量、测绘、轨迹追踪等应用中，需要动态测量物体的方位角度。目前，对于智能手机、笔记本电脑、无人机等终端设备而言，利用UWB技术的测量精度与UWB技术下到达角度(Angle of Arrival，AOA)天线设计高度相关。UWB技术的AOA天线不再局限于传统的效率指标，尤其是对天线边界条件、相位中心等都有很高的要求。

可以理解，终端设备(如智能手机)的边界条件非常复杂，对于同一组AOA天线，可能会存在某个频段的到达相位差(Phase Difference of Arrival，PDOA)性能较好，但另一个频段的PDOA的性能很差。

示例性地，参见图1A和图1B，其示出了一组AOA天线在不同无线电频率上的PDOA性能。如图1A和图1B所示，水平坐标轴表示待测设备(可以用Tag表示)相对基站(可以用Node表示)的角度AOA，单位为度(deg，用°表示)；垂直坐标轴表示测量PDOA的角度值，单位仍然为度(deg，用°表示)。根据图1A和图1B可以得到，图1B比图1A的性能偏好。

在一种相关技术中，以应用于车辆的一种AOA天线组件为例，车辆的基站包括到达角度(AOA)天线组件和控制器。其中，AOA天线组件位于车辆的已知位置处。AOA天线组件包括印刷电路板上的一对天线，用于检测由AOA天线组件从便携式遥控器接收的无线信号的到达角度。无线信号可以是蓝牙(Bluetooth^TM)无线信号、蓝牙低功耗(Bluetooth^TM LowEnergy，BLE)无线信号、无线保真(Wireless Fidelity，WiFi^TM)无线信号或UWB无线信号。便携式遥控器可以是电话或钥匙的形式。控制器使用检测到的角度和AOA天线组件的已知位置来相对于车辆定位便携式遥控器。控制器可以根据遥控器的位置来执行车辆的被动进入被动启动(Passive Entry Passive Start，PEPS)操作。

目前的相关技术虽然提出了一种AOA天线组件的技术方案，但是该技术方案适用于汽车领域，电磁环境要求非常好，并不适用于智能手机等终端设备这种复杂电磁环境的装置。也就是说，对于终端设备来讲，天线的电磁环境比较复杂，可能难以准确估计出到达角度，使得角度测量性能偏差。

本申请一实施例提供了一种三维角度测量方法，该方法的基本思想是：通过第一天线和第二天线接收第一频段的射频信号，确定所述第一天线和所述第二天线之间的第一相位差值；通过第一天线和第三天线接收第二频段的射频信号，确定所述第一天线和所述第三天线之间的第二相位差值；其中，所述第一频段和所述第二频段不同；基于所述第一相位差值和所述第二相位差值，确定三维角度的测量值。这样，由于第一天线、第二天线和第三天线采用了双频段(第一频段和第二频段)组合，使得终端设备在复杂电磁环境的情况下，仍然可以提高角度测量性能，从而获取到高精度的到达角度值。

下面将结合附图对本申请各实施例进行详细阐述。

本申请的一实施例中，参见图2，其示出了本申请实施例提供的一种三维角度测量方法的流程示意图。如图2所示，该方法可以包括：

S201：通过第一天线和第二天线接收第一频段的射频信号，确定所述第一天线和所述第二天线之间的第一相位差值。

S202：通过第一天线和第三天线接收第二频段的射频信号，确定所述第一天线和所述第三天线之间的第二相位差值；其中，所述第一频段和所述第二频段不同。

需要说明的是，该方法应用于三维角度测量装置，或者集成有三维角度测量装置的终端设备。这里，终端设备可以是诸如智能手机、平板电脑、笔记本电脑、掌上电脑、个人数字助理(Personal Digital Assistant，PDA)、导航装置、无人机等等，本申请实施例不作具体限定。

还需要说明的是，在角度测量系统中，可以包括有终端设备和待测设备(DeviceUnder Test，DUT)。其中，待测设备(用Tag表示)又可称为待测物体或待测装置。当终端设备对DUT进行角度测量时，终端设备与DUT之间的通信可以采用UWB技术，具体是利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，用以实现基于UWB测量角度(可简称为UWB测角)。

可以理解，本申请实施例的终端设备至少可以包括有三个天线，即第一天线、第二天线和第三天线。在一种具体的实施例中，第一天线可以支持至少两个频段：第一频段和第二频段；第二天线可以为单频天线，即第二天线可以支持第一频段；第三天线也可以为单频天线，即第三天线可以支持第二频段。其中，第一频段和第二频段不同。

这样，对于终端设备而言，可以通过第一天线和第二天线接收第一频段的射频信号，用以确定出第一天线和第二天线之间的第一相位差(PDOA)值；然后将第一天线和第二天线的配置切换为第一天线和第三天线的配置，还可以通过第一天线和第三天线接收第二频段的射频信号，用以确定出第一天线和第三天线之间的第二相位差(PDOA)值。

还可以理解，由于电磁环境干扰以及设计空间的局限性，在终端设备中，第一天线、第二天线和第三天线的位置关系并不是随意设置的。

为了使得PDOA在可测量方位角内不会超出量程，在一些实施例中，第一天线和第二天线之间的第一距离值小于或等于第一频段的半个波长值，第一天线和第三天线之间的第二距离值小于或等于第二频段的半个波长值。也就是说，第一天线和第二天线之间的间距(d₁₂)小于或等于第一频段的半个波长值，第一天线和第三天线之间的间距(d₁₃)小于或等于第二频段的半个波长值。

为了得到两个正交平面的角度以表示三维角度(即空间角度)，在一些实施例中，第一天线设置在第二天线和第三天线之间，且第一天线与第二天线的连接线和第一天线与第三天线的连接线形成一个预设夹角。

在本申请实施例中，预设夹角的取值范围为60度～120度。在一种具体的实施例中，预设夹角可以取值为90度，但是这里并不作具体限定。

换句话说，由于90度即是正交的(可以理解为一个水平方向和一个垂直方向)，因此预设夹角的最佳取值可以为90度。当预设夹角为90度，这时候这两组天线可以测量得到2个正交维度的平面角度，这2个正交平面的角度才可以表示为空间角度(即三维角度测量)。还需要注意的是。在实际应用中，可能并不能够实现2组天线的预设夹角为90度，这时候可能存在一定偏差。通常情况下，偏差为30度属于可接受范围，因此，在本申请实施例中，预设夹角的取值范围为60度～120度。

需要说明的是，对于UWB技术，在终端设备和DUT中均可以包括有UWB通信模块，这时候通过UWB通信模块可以实现终端设备与DUT之间的UWB通信。在本申请实施例中，可以将具有UWB通信模块的终端设备简称为UWB终端。

以UWB终端为例，参见图3，其示出了一种UWB终端的组成结构示意图。如图3所示，UWB终端30至少可以包括UWB通信模块301、第一天线302、第二天线303和第三天线304。其中，第一天线302、第二天线303和第三天线304组成三个UWB天线(Antenna，ANT)。除此之外，UWB终端还可以包括处理器和存储器等等(图3中未示出)。

这里，UWB通信模块301可以支持802.15.4的UWB协议，802.15.4则是电气和电子工程师协会(Institute of Electrical and Electronics Engineers，IEEE)的一种无线通信基本标准。也就是说，UWB通信模块301为支持IEEE 802.15.4的UWB协议的射频收发器(Transceiver)，可以支持双向测距(Two-Way Ranging，TWR)、到达时间差(Timedifference of Arrival，TDOA)和PDOA的测量，比如某公司的DW3000芯片、另一公司的SR100T芯片。

在一些实施例中，第一天线302、第二天线303和第三天线304这三个UWB天线可以设置在终端设备的背面，如图4所示。在图4中，其示出了这三个UWB天线在终端设备的具体相对位置示例。需要注意的是，图4中所示的用网格线填充的矩形框表示UWB天线，但是这仅是一图示，并不表示天线的金属形状为矩形。

针对这三个UWB天线，第一天线302用UWB ANT1表示，第二天线303用UWB ANT2表示，第三天线304用UWB ANT3表示，其设计的关键点如下：

(1)UWB ANT1处于中间位置，UWB ANT2与UWB ANT1的连接线和UWB ANT3与UWBANT1的连接线形成一个合适的夹角。这里，该夹角为60度～120度之间，优选为90度。

(2)UWB ANT1支持至少UWB频段的2个频段，比如频段A和频段B。UWB ANT2可为单频天线，支持频段A。UWB ANT3也可为单频天线，支持频段B。

(3)UWB ANT1与UWB ANT2之间的第一距离值(d₁₂)小于或等于频段A的半个波长，UWB ANT1与UWB ANT3之间的第二距离值(d₁₃)小于或等于频段B的半个波长。

示例性地，如图5A和图5B所示，图5A示出了本申请实施例提供的一种三个UWB天线的位置排列示意图，图5B示出了本申请实施例提供的另一种三个UWB天线的位置排列示意图。其中，在图5A中，第一天线302(用UWB ANT2表示)的频段为频率较低的频段，第三天线302(用UWB ANT3)的频段为频率较高的频段。在图5B中，第一天线302(用UWB ANT2表示)的频段为频率较高的频段，第三天线302(用UWB ANT3)的频段为频率较低的频段。

这样，针对终端设备的第一天线、第二天线和第三天线，在通过第一天线和第二天线接收到第一频段的射频信号后，可以确定出第一天线和第二天线之间的第一相位差值；在通过第一天线和第三天线接收到第二频段的射频信号后，可以确定出第一天线和第三天线之间的第二相位差值。

S203：基于所述第一相位差值和所述第二相位差值，确定三维角度的测量值。

需要说明的是，在得到第一相位差值和第二相位差值后，通过特定的转换或者计算关系，可以得到三维角度的测量值。在一些实施例中，所述基于所述第一相位差值和所述第二相位差值，确定三维角度的测量值，可以包括：

将所述第一相位差值和所述第二相位差值输入第一预设计算模型，得到水平方向角度的测量值；

将预设传播速度、第二距离值和所述第二相位差值输入第二预设计算模型，得到垂直方向角度的测量值；其中，所述第二距离值表示所述第一天线和所述第三天线之间的距离；

根据所述水平方向角度的测量值和所述水平方向角度的测量值，得到所述三维角度的测量值。

需要说明的是，假定预设夹角为90度，第一频段的中心频率为f₁，第二频段的中心频率为f₂，第一相位差值为p₁，第二相位差值为p₂。第一预设计算模型用式(1)表示，第二预设计算模型用式(2)表示，如下所示，

其中，AoA_H表示水平方向的角度测量值，AoA_V表示垂直方向的角度测量值，c表示预设传播速度，即电磁波在空中的传播速度，d₁₃表示第一天线与第三天线之间的距离值，a₀、a₁、a₂表示第一预设计算模型的预设系数，k表示第二预设计算模型的预设系数。

在本申请实施例中，式(1)和式(2)仅是特定的转换或计算关系的一种实施例。这样，根据式(1)，可以计算得到水平方向的角度测量值；根据式(2)，可以计算得到垂直方向的角度测量值，也就实现了终端设备的双频三维角度的测量。

本实施例提供了一种三维角度测量方法，通过第一天线和第二天线接收第一频段的射频信号，确定所述第一天线和所述第二天线之间的第一相位差值；通过第一天线和第三天线接收第二频段的射频信号，确定所述第一天线和所述第三天线之间的第二相位差值；其中，所述第一频段和所述第二频段不同；基于所述第一相位差值和所述第二相位差值，确定三维角度的测量值。这样，由于第一天线、第二天线和第三天线采用了双频段(第一频段和第二频段)组合，使得终端设备在复杂电磁环境的情况下，仍然可以提高角度测量性能，从而获取到高精度的到达角度值。

本申请的另一实施例中，参见图6，其示出了本申请实施例提供的另一种三维角度测量方法的流程示意图。如图6所示，该方法可以包括：

S601：将第一天线和第二天线配置为第一待接收状态；其中，所述第一待接收状态表示所述第一天线和所述第二天线等待接收第一频段的射频信号。

S602：当通过所述第一天线接收到所述第一频段的射频信号时，获取所述第一天线接收所述第一频段的射频信号的第一一相位值。

S603：当通过所述第二天线接收到所述第一频段的射频信号时，获取所述第二天线接收所述第一频段的射频信号的第一二相位值。

S604：对所述第一一相位值和所述第一二相位值进行差值计算，得到所述第一相位差值。

需要说明的是，对于第一PDOA值而言，首先需要测量出第一一相位值和第一二相位值。而对于第一一相位值和第一二相位值的测量，则需要通过第一天线接收第一频段的射频信号以及通过第二天线接收第一频段的射频信号。也就是说，在此之前，首先需要将第一天线和第二天线配置为第一待接收状态。这里，第一待接收状态表示第一天线和第二天线等待接收第一频段的射频信号。

换句话说，在本申请实施例中，首先需要将终端设备的PDOA天线配置为第一天线和第二天线，并且以第一频段的射频配置等待接收。这样，当通过第一天线接收到第一频段的射频信号时，可以获取到第一天线接收第一频段的射频信号的第一一相位值；当通过第二天线接收到第一频段的射频信号时，可以获取到第二天线接收第一频段的射频信号的第一二相位值；根据第一一相位值和第一二相位值的差值就可以得到第一PDOA值。

S605：通过预设开关将第一天线和第二天线切换为第一天线和第三天线，并将第一天线和第三天线配置为第二待接收状态；其中，所述第二待接收状态表示所述第一天线和所述第三天线等待接收第二频段的射频信号。

S606：当通过所述第一天线接收到所述第二频段的射频信号时，获取所述第一天线接收所述第二频段的射频信号的第二一相位值。

S607：当通过所述第三天线接收到所述第二频段的射频信号时，获取所述第三天线接收所述第二频段的射频信号的第二二相位值。

S608：对所述第二一相位值和所述第二二相位值进行差值计算，得到所述第二相位差值。

需要说明的是，在根据第一天线和第二天线测量得到第一PDOA值后，这时候可以通过终端设备内部的预设开关将第一天线和第二天线切换为第一天线和第三天线。也就是说，通过预设开关将终端设备的PDOA天线配置切换为第一天线和第三天线，并且以第二频段的射频配置等待接收。

还需要说明的是，在第一天线和第三天线以第二频段的射频配置等待接收的情况下，当通过第一天线接收到第二频段的射频信号时，可以获取到第一天线接收第二频段的射频信号的第二一相位值；当通过第三天线接收到第二频段的射频信号时，可以获取到第三天线接收第二频段的射频信号的第二二相位值；根据第二一相位值和第二二相位值的差值就可以得到第二PDOA值。

S609：基于所述第一相位差值和所述第二相位差值，确定三维角度的测量值。

需要说明的是，在得到第一PDOA值和第二PDOA值后，通过特定的转换或者计算关系(如上述的式(1)或式(2))，就可以得到三维角度的测量值。这时候由于采用了双频段(第一频段和第二频段)组合，并且在三维角度测量中还包含有双频切换，使得终端设备在复杂电磁环境的情况下，仍然可以得到高精度的三维角度测量性能。

本申请的又一实施例中，以图7所示的UWB通信系统的应用场景为例进行双频测角的交互逻辑描述。

如图7所示，UWB通信系统70可以包括终端设备(如智能手机)和待测设备(如DUT)。其中，终端设备内可包括有第一UWB通信模块701、第一天线(UWB ANT1)、第二天线(UWBANT2)和第三天线(UWB ANT3)，待测设备内可包括有第二UWB通信模块702和第四天线(UWBANT)。这里，终端设备可以通过第一UWB通信模块701与待测设备中的第二UWB通信模块702进行UWB通信。

示例性地，参见图8，其示出了本申请实施例提供的一种双频测角的交互逻辑示意图。如图8所示，在双频测角的过程中，待测设备首先向终端设备发送第一消息帧(UWBmessage1，可简称为UWB msg1)，然后终端设备在接收到UWB msg1之后，可以向待测设备发送第二消息帧(UWB message2，可简称为UWB msg2)；待测设备在接收到UWB msg2之后，可以向终端设备发送第三消息帧(UWB message3，可简称为UWB msg3)。根据UWB msg1、UWB msg2和UWB msg3这三帧的交互，可以实现终端设备对待测设备的三维角度测量。这里，该双频测角交互逻辑的具体过程如下：

(1)终端设备内第一UWB通信模块701通过内部预设开关切换将PDOA天线配置设为UWB ANT1和UWB ANT2，并以UWB频段A的射频配置等待接收。

(2)待测设备将第二UWB通信模块702配置成UWB频段A，向终端设备发送UWB msg1。发送完成后频段配置保持不变，等待接收。

(3)终端设备通过第一UWB通信模块701接收到UWB msg1后，可以计算得到第一PDOA值。

(4)终端设备通过第一UWB通信模块701向待测设备发送UWB msg2，随后通过内部预设开关切换将PDOA天线配置设为UWB ANT1和UWB ANT3，并以UWB频段B的射频配置等待接收。

(5)待测设备通过第二UWB通信模块702接收到UWB msg2后，将第二UWB通信模块702配置成UWB频段B，并向终端设备发送UWB msg3。

(6)终端设备通过第一UWB通信模块701接收到UWB msg3后，可以计算得到第二PDOA值。

(7)终端设备将第一PDOA值和第二PDOA值通过特定的转换或计算关系，可以得到三维AOA的测量值。

对于所述特定的转换或计算关系，一种具体的实施例中，假定UWB ANT2与UWBANT1的连接线和UWB ANT3与UWB ANT1的连接线的预设夹角为90°，记录UWB频段A的中心频率为f₁，UWB频段B的中心频率为f₂，并记录第一PDOA值为p₁，第二PDOA值为p₂。这样，根据上述式(1)所示的第一预设计算模型，就可以计算得到AoA_H；根据上述式(2)所示的第二预设计算模型，就可以计算得到AoA_V。

另外，对于第一PDOA值和第二PDOA值，下面将针对UWB测角的基本原理进行详细说明。

参见图9，其示出了本申请实施例提供的一种PDOA测量原理的结构示意图。如图9所示，DUT为待测设备，PDOA测量端为用于PDOA测量的终端设备。其中，DUT中包括有基带发射器(Baseband Transmitter)，然后通过载波(Carrier)进行调制，可以得到UWB信号，以将该UWB信号发送给PDOA测量端。PDOA测量端设置有两个天线(天线A和天线B)，天线A和天线B之间的距离用d表示。

这里，当DUT为待测设备时，在进行UWB PDOA测量时，这时候DUT为发射方。而PDOA测量端在进行UWB PDOA测量时，这时候PDOA测量端为接收方。具体地，PDOA测量端可以分别测量出天线A和天线B接收到的从DUT发送的UWB信号的相位，从而计算出天线A和天线B之间的相位差PDOA。然后根据PDOA计算出DUT的天线距离天线A和天线B的路径差(用p表示)。如此，根据p和d，通过(三角)函数关系可以计算出到达角度θ(即DUT相对于PDOA测量端的方位角)。

在一些实施例中，这里的函数关系可以如式(3)所示，

其中，asin()表示反正弦函数，p表示DUT的天线距离天线A和天线B的路径之差，d表示天线A和天线B之间的距离。

在实际应用中，由于天线之间互耦的影响，难以使用式(3)所示简单的三角函数计算到达角度。这时候需要对不同的装置进行校准，从而可以得到特定的映射表或者AOA计算函数。这里，映射表是用于表征PDOA和AOA之间的对应关系，以便根据PDOA值，可以确定出到达角度(AOA)。

除此之外，在IEEE 802.15.4协议中，针对UWB频段还进行了相关规定。

如表1所示，其示出了不同频段所对应的中心频率和带宽。在表1中，第一列为基带组(Band group)，用十进制(decimal)表示；第二列为通道编号(Channel number)，也是用十进制(decimal)表示，这里不同的通道编号即对应不同的频段；第三列为中心频率(Center frequency)，可以用fc表示，单位为兆赫兹(MHz)；第四列为带宽(Band width)，单位为兆赫兹(MHz)；第五列则为强制/可选择(Mandatory/Optional)的说明。其中，“Optional”表示可选择，“Mandatory below 1GHz”表示强制在1GHz之下，“Mandatory inlow band”表示强制在低频带，“Mandatory in high band”表示强制在高频带。

表1

在本申请实施例中，一般以Channel 5和Channel 9最为常见。也就是说，第一频段(或频段A)可以设置为通道编号为5的频段(Channel 5)，这时候中心频率为6489.6MHz，带宽为499.2MHz；第二频段(或频段B)可以设置为通道编号为9的频段(Channel 9)，这时候中心频率为7987.2MHz，带宽为499.2MHz。

综上可知，在本申请实施例中，一方面终端设备的UWB AOA天线采用特殊的双频段组合，而且在三维AOA的测量逻辑中还包含有双频切换。这样，当终端设备的AOA天线在特殊的非良好情况下，仍然可以得到较高精度的三维AOA测量性能。

在本申请实施例中，通过上述实施例对前述实施例的具体实现进行了详细阐述，从中可以看出，通过前述实施例的技术方案，由于第一天线、第二天线和第三天线采用了双频段(第一频段和第二频段)组合，使得终端设备在复杂电磁环境的情况下，仍然可以提高角度测量性能，从而获取到高精度的到达角度值。

基于前述实施例相同的发明构思，参见图10，其示出了本申请实施例提供的一种三维角度测量装置100的组成结构示意图。如图10所示，三维角度测量装置100可以包括：接收单元1001、确定单元1002和计算单元1003；其中，

确定单元1002，配置为在接收单元1001通过第一天线和第二天线接收第一频段的射频信号的情况下，确定所述第一天线和所述第二天线之间的第一相位差值；

确定单元1002，还配置为在接收单元1001通过第一天线和第三天线接收第二频段的射频信号的情况下，确定所述第一天线和所述第三天线之间的第二相位差值；其中，所述第一频段和所述第二频段不同；

计算单元1003，配置为基于所述第一相位差值和所述第二相位差值，确定三维角度的测量值。

在一些实施例中，所述第一天线支持所述第一频段和所述第二频段，所述第二天线支持所述第一频段，所述第三天线支持所述第二频段。

在一些实施例中，所述第一天线和所述第二天线之间的第一距离值小于或等于所述第一频段的半个波长值，所述第一天线和所述第三天线之间的第二距离值小于或等于所述第二频段的半个波长值。

在一些实施例中，所述第一天线设置在所述第二天线和所述第三天线之间，且所述第一天线与所述第二天线的连接线和所述第一天线与所述第三天线的连接线形成一个预设夹角；其中，所述预设夹角的取值范围为60度～120度。

在一些实施例中，参见图10，三维角度测量装置100可以包括设置单元1004，配置为将所述第一天线和所述第二天线配置为第一待接收状态；其中，所述第一待接收状态表示所述第一天线和所述第二天线等待接收第一频段的射频信号。

在一些实施例中，确定单元1002，具体配置为当通过所述第一天线接收到所述第一频段的射频信号时，获取所述第一天线接收所述第一频段的射频信号的第一一相位值；以及当通过所述第二天线接收到所述第一频段的射频信号时，获取所述第二天线接收所述第一频段的射频信号的第一二相位值；

计算单元1003，还配置为对所述第一一相位值和所述第一二相位值进行差值计算，得到所述第一相位差值。

在一些实施例中，参见图10，三维角度测量装置100可以包括切换单元1005，配置为通过预设开关将所述第一天线和所述第二天线切换为所述第一天线和所述第三天线；

设置单元1004，还配置为将所述第一天线和所述第三天线配置为第二待接收状态；其中，所述第二待接收状态表示所述第一天线和所述第三天线等待接收第二频段的射频信号。

在一些实施例中，确定单元1002，具体配置为当通过所述第一天线接收到所述第二频段的射频信号时，获取所述第一天线接收所述第二频段的射频信号的第二一相位值；以及当通过所述第三天线接收到所述第二频段的射频信号时，获取所述第三天线接收所述第二频段的射频信号的第二二相位值；

计算单元1003，还配置为对所述第二一相位值和所述第二二相位值进行差值计算，得到所述第二相位差值。

在一些实施例中，计算单元1003，具体配置为将所述第一相位差值和所述第二相位差值输入第一预设计算模型，得到水平方向角度的测量值；以及将预设传播速度、第二距离值和所述第二相位差值输入第二预设计算模型，得到垂直方向角度的测量值；其中，所述第二距离值表示所述第一天线和所述第三天线之间的距离；以及根据所述水平方向角度的测量值和所述水平方向角度的测量值，得到所述三维角度的测量值。

可以理解地，在本实施例中，“单元”可以是部分电路、部分处理器、部分程序或软件等等，当然也可以是模块，还可以是非模块化的。而且在本实施例中的各组成部分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模块的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能模块的形式实现并非作为独立的产品进行销售或使用时，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，本实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以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中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或processor(处理器)执行本实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

因此，本实施例提供了一种计算机存储介质，该计算机存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被至少一个处理器执行时实现前述实施例中任一项所述的方法的步骤。

基于上述三维角度测量装置100的组成以及计算机存储介质，参见图11，其示出了本申请实施例提供的终端设备110的具体硬件结构示意图。如图11所示，可以包括：通信接口1101、存储器1102和处理器1103；各个组件通过总线系统1104耦合在一起。可理解，总线系统1104用于实现这些组件之间的连接通信。总线系统1104除包括数据总线之外，还包括电源总线、控制总线和状态信号总线。但是为了清楚说明起见，在图11中将各种总线都标为总线系统1104。其中，通信接口1101，用于在与其他外部网元之间进行收发信息过程中，信号的接收和发送；

存储器1102，用于存储能够在处理器1103上运行的可执行指令；

处理器1103，用于在运行所述可执行指令时，执行：

可以理解，本申请实施例中的存储器1102可以是易失性存储器或非易失性存储器，或可包括易失性和非易失性存储器两者。其中，非易失性存储器可以是只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、可编程只读存储器(Programmable ROM，PROM)、可擦除可编程只读存储器(Erasable PROM，EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(Electrically EPROM，EEPROM)或闪存。易失性存储器可以是随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明，许多形式的RAM可用，例如静态随机存取存储器(Static RAM，SRAM)、动态随机存取存储器(Dynamic RAM，DRAM)、同步动态随机存取存储器(Synchronous DRAM，SDRAM)、双倍数据速率同步动态随机存取存储器(Double DataRate SDRAM，DDRSDRAM)、增强型同步动态随机存取存储器(Enhanced SDRAM，ESDRAM)、同步链动态随机存取存储器(Synchronous link DRAM，SLDRAM)和直接内存总线随机存取存储器(Direct Rambus RAM，DRRAM)。本文描述的系统和方法的存储器1102旨在包括但不限于这些和任意其它适合类型的存储器。

而处理器1103可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器1103中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器1103可以是通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(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。可以实现或者执行本申请实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。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。结合本申请实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器1102，处理器1103读取存储器1102中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。

可以理解的是，本文描述的这些实施例可以用硬件、软件、固件、中间件、微码或其组合来实现。对于硬件实现，处理单元可以实现在一个或多个专用集成电路(ApplicationSpecific Integrated Circuits，ASIC)、数字信号处理器(Digital Signal Processing，DSP)、数字信号处理设备(DSP Device，DSPD)、可编程逻辑设备(Programmable LogicDevice，PLD)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)、通用处理器、控制器、微控制器、微处理器、用于执行本申请所述功能的其它电子单元或其组合中。

对于软件实现，可通过执行本文所述功能的模块(例如过程、函数等)来实现本文所述的技术。软件代码可存储在存储器中并通过处理器执行。存储器可以在处理器中或在处理器外部实现。

可选地，作为另一个实施例，处理器1103还配置为在运行所述计算机程序时，执行前述实施例中任一项所述的方法的步骤。

可选地，作为另一个实施例，终端设备110中还可以集成有三维角度测量装置100。这样，由于本申请采用了双频段(第一频段和第二频段)组合，使得终端设备110在复杂电磁环境的情况下，仍然可以提高角度测量性能，从而获取到高精度的到达角度值。

需要说明的是，在本申请中，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。

上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

本申请所提供的几个方法实施例中所揭露的方法，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的方法实施例。

本申请所提供的几个产品实施例中所揭露的特征，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的产品实施例。

本申请所提供的几个方法或设备实施例中所揭露的特征，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的方法实施例或设备实施例。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种三维角度测量方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一天线支持所述第一频段和所述第二频段，所述第二天线支持所述第一频段，所述第三天线支持所述第二频段。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一天线和所述第二天线之间的第一距离值小于或等于所述第一频段的半个波长值，所述第一天线和所述第三天线之间的第二距离值小于或等于所述第二频段的半个波长值。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一天线设置在所述第二天线和所述第三天线之间，且所述第一天线与所述第二天线的连接线和所述第一天线与所述第三天线的连接线形成一个预设夹角；其中，所述预设夹角的取值范围为60度～120度。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述通过第一天线和第二天线接收第一频段的射频信号，确定所述第一天线和所述第二天线之间的第一相位差值之前，所述方法还包括：

将所述第一天线和所述第二天线配置为第一待接收状态；其中，所述第一待接收状态表示所述第一天线和所述第二天线等待接收第一频段的射频信号。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述通过第一天线和第二天线接收第一频段的射频信号，确定所述第一天线和所述第二天线之间的第一相位差值，包括：

当通过所述第一天线接收到所述第一频段的射频信号时，获取所述第一天线接收所述第一频段的射频信号的第一一相位值；

当通过所述第二天线接收到所述第一频段的射频信号时，获取所述第二天线接收所述第一频段的射频信号的第一二相位值；

对所述第一一相位值和所述第一二相位值进行差值计算，得到所述第一相位差值。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述通过第一天线和第三天线接收第二频段的射频信号，确定所述第一天线和所述第三天线之间的第二相位差值之前，所述方法还包括：

通过预设开关将所述第一天线和所述第二天线切换为所述第一天线和所述第三天线，并将所述第一天线和所述第三天线配置为第二待接收状态；其中，所述第二待接收状态表示所述第一天线和所述第三天线等待接收第二频段的射频信号。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述通过第一天线和第三天线接收第二频段的射频信号，确定所述第一天线和所述第三天线之间的第二相位差值，包括：

当通过所述第一天线接收到所述第二频段的射频信号时，获取所述第一天线接收所述第二频段的射频信号的第二一相位值；

当通过所述第三天线接收到所述第二频段的射频信号时，获取所述第三天线接收所述第二频段的射频信号的第二二相位值；

对所述第二一相位值和所述第二二相位值进行差值计算，得到所述第二相位差值。

9.根据权利要求1至8任一项所述的方法，其特征在于，所述基于所述第一相位差值和所述第二相位差值，确定三维角度的测量值，包括：

10.一种三维角度测量装置，其特征在于，所述三维角度测量装置包括接收单元、确定单元和计算单元；其中，

11.一种终端设备，其特征在于，所述终端设备包括存储器和处理器；其中，

所述处理器，用于在运行所述可执行指令时，执行如权利要求1至9任一项所述的方法。

12.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被至少一个处理器执行时实现如权利要求1至9任一项所述的方法。