CN114679781A - 基于多发射天线uwb系统的定位方法、装置、设备及介质 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种基于多发射天线UWB系统的定位方法、装置、设备及介质；该方法应用于具有单接收天线的待定位设备，所述方法可以包括：通过所述接收天线分别接收由发射端设备的至少两个发射天线依次发送的数据帧；根据依次接收到的数据帧获取所述至少两个发射天线到达所述接收天线的距离差；根据所述至少两个发射天线之间的距离、所述至少两个发射天线到达所述接收天线的距离差以及所述至少两个发射天线中的参考天线与所述接收天线之间的距离，计算获得所述待定位设备的位置。
Description
技术领域
本发明实施例涉及UWB通信技术领域，尤其涉及一种基于多发射天线超宽带（UWB，Ultra Wide Band）系统的定位方法、装置、设备及介质。
背景技术
目前，UWB系统进行定位的常规方案包括多基站定位方案和单基站定位方案；在多基站定位方案中，单天线的待定位设备需要与至少三个基站之间分别通过飞行时间（TOF，Time Of Flight）进行测距，随后基于待定位设备与三个基站之间的距离以及三个基站的固定位置对该待定位设备进行定位。在单基站定位方案中，单个多接收天线基站根据从待定设备接收到的多个接收信号计算相位差（PDOA，Phase-Difference-Of-Arrival），并以此对该待定位设备进行定位。
针对上述常规方案，多基站定位方案需要待定位设备与多个基站进行信息交互，需要合理调度待定位设备与各基站之间的交互时序，增加了UWB系统定位过程中的交互复杂度以及功耗；单基站定位方案的多个接收天线之间相互独立，因此每个接收天线均对应一个完整的接收前端通道，同样需要较大的功耗，并且在具体实施过程中，将两个接收天线及对应的接收前端通道布设在同一基站设备，增加了结构设计的复杂度以及成本。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例期望提供一种基于多发射天线超宽带（UWB，Ultra WideBand）系统的定位方法、装置、设备及介质；能够降低定位过程中的UWB系统的整体功耗以及交互复杂度，并且降低了UWB系统中设备结构的复杂度和成本。
本发明实施例的技术方案是这样实现的：
第一方面，本发明实施例提供了一种基于多发射天线UWB系统的定位方法，所述方法应用于具有单接收天线的待定位设备，所述方法包括：
通过所述接收天线分别接收由发射端设备的至少两个发射天线依次发送的数据帧；
根据依次接收到的数据帧获取所述至少两个发射天线到达所述接收天线的距离差；
根据所述至少两个发射天线之间的距离、所述至少两个发射天线到达所述接收天线的距离差以及所述至少两个发射天线中的参考天线与所述接收天线之间的距离，计算获得所述待定位设备的位置。
第二方面，本发明实施例提供了一种基于多发射天线UWB系统的定位装置，所述定位装置包括：接收部分、获取部分和计算部分；其中，
所述接收部分，经配置为通过所述接收天线分别接收由发射端设备的至少两个发射天线依次发送的数据帧；
所述获取部分，经配置为根据依次接收到的数据帧获取所述至少两个发射天线到达所述接收天线的距离差；
所述计算部分，经配置为根据所述至少两个发射天线之间的距离、所述至少两个发射天线到达所述接收天线的距离差以及所述至少两个发射天线中的参考天线与所述接收天线之间的距离，计算获得所述待定位设备的位置。
第三方面，本发明实施例提供了一种计算设备，所述计算设备包括：通信接口，存储器和处理器；各个组件通过总线系统耦合在一起；其中，
所述通信接口，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；
所述存储器，用于存储能够在所述处理器上运行的计算机程序；
所述处理器，用于在运行所述计算机程序时，执行第一方面所述基于多发射天线UWB系统的定位方法的步骤。
第四方面，本发明实施例提供了一种基于多发射天线UWB系统的定位系统，所述定位系统包括：具有至少两个发射天线的发射端设备，以及具有单接收天线的接收端设备；其中，
所述发射端设备，经配置为通过所述至少两个发射天线依次发送数据帧；
所述接收端设备，经配置为通过所述接收天线分别接收由发射端设备的至少两个发射天线依次发送的数据帧；以及，
根据依次接收到的数据帧获取所述至少两个发射天线到达所述接收天线的距离差；以及，
根据所述至少两个发射天线之间的距离、所述至少两个发射天线到达所述接收天线的距离差以及所述至少两个发射天线中的参考天线与所述接收天线之间的距离，计算获得所述待定位设备的位置。
第五方面，本发明实施例提供了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基于多发射天线UWB系统的定位程序，所述基于多发射天线UWB系统的定位程序被至少一个处理器执行时实现第一方面所述基于多发射天线UWB系统的定位方法步骤。
本发明实施例提供了一种基于多发射天线UWB系统的定位方法、装置、设备及介质；在进行UWB定位过程中，作为接收机的待定位设备，由于仅具有单接收天线，则相应降低了接收通道的数量；相较于常规方案中利用多接收天线的接收机进行定位的方案，避免了定位过程中接收通道同时工作的情况下，降低了功耗，并且由于仅保留了单个接收天线及对应的接收前端通道，因此降低了接收机的结构设计成本及复杂度。此外，尽管发射端设备具有多个发射天线，但是可以通过分时发送UWB数据帧、将各发射天线需要发送的UWB数据帧通过正交码进行编码等方式对各发射天线对应发送的数据进行区分，从而无需针对每个发射天线均各自设置发射前端通道，从而能够进一步降低发射端设备的结构设计成本以及功耗。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种网络环境示意图。
图2为本发明实施例提供的一种通信系统的架构示意图。
图3为本发明实施例提供的射频前端的架构示意图。
图4为本发明实施例提供的一种接收机的架构示意图。
图5为本发明实施例提供的另一种通信系统的架构示意图。
图6为本发明实施例提供的一种基于多发射天线UWB系统的定位方法流程示意图。
图7为本发明实施例提供的一种构建的笛卡尔坐标系示意图。
图8为本发明实施例提供的一种基于多发射天线UWB系统的定位装置组成示意图。
图9为本发明实施例提供的一种计算设备硬件结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
参见图1，其示出了能够适用于本发明实施例所阐述技术方案的网络环境100示意图，作为解说性示例而非限定，以无线通信设备102为例，无线通信设备102能够在该网络环境100内与处于该无线通信设备102近程的其他无线通信设备进行无线通信，其他无线通信设备比如打印机104、个人数字助理（PDA，Personal Digital Assistant）106、照相机108和接入点110，此外，还可以通过接入点110与通信耦合至接入点110的扬声器系统112和无线网络114进行无线通信。网络环境100中的所有无线通信设备均可利用任何适当的无线标准诸如802.11x或超宽带（UWB）进行无线通信。
需要说明的是，在图1所示的网络环境100中，术语“无线通信设备”也可以被本领域技术人员称之为移动站（MS）、订户站、移动单元、订户单元、无线单元、远程单元、移动设备、无线设备、远程设备、移动订户站、接入终端（AT，Access Termination）、移动终端、无线终端、远程终端、手持机、终端、用户代理、移动客户端、客户端、或某个其他合适的术语；并且，无线通信设备在某些示例中不一定需要具有移动能力，也可以是驻定的；此外，无线通信设备可包括大小、形状被设定成并且被布置成有助于实施无线通信的数个硬件结构组件，此类组件可包括彼此电耦合的天线、天线阵列、射频（RF，Radio Frequency）链、放大器、一个或多个处理器等等。另外，在一些非限定性示例中，除了以上所述的打印机、PDA、照相机、接入点、扬声器系统和无线网络以外，无线通信设备的其他非限定性示例还包括移动设备、蜂窝（蜂窝小区）电话、智能电话、会话发起协议（SIP，Session Initiation Protocol）电话、膝上型设备、个人计算机（PC，Personal Computer）、笔记本、上网本、智能本、平板设备、以及广泛多样的嵌入式系统，例如，对应于“物联网”（IoT）。附加地，无线通信设备可以是汽车或其他运输车辆、遥感器或致动器、机器人或机器人设备、卫星无线电、全球定位系统（GPS，Global Positioning System）设备、对象跟踪设备、无人机、多轴飞行器、四轴飞行器、遥控设备、消费者和/或可穿戴设备（诸如眼镜）、可穿戴相机、虚拟现实设备、智能手表、健康或健身跟踪器、数字音频播放器（例如，MP3播放器）、相机、游戏控制台等。附加地，无线通信设备还可以是数字家用或智能家用设备，诸如家用音频、视频和/或多媒体设备、电器、自动售货机、智能照明设备、家用安全系统、智能仪表等。附加地，无线通信设备也可以是智能能源设备，安全设备，太阳能电池板或太阳能电池阵，控制电力、照明、水等的市政基础设施设备（例如，智能电网）；工业自动化和企业设备；物流控制器；农业装备；军事防御装备、车辆、飞机、船和武器等。
针对上述无线通信设备102，其能够在网络环境100中与其他无线通信设备任意一个实现双向的无线通信以形成通信系统200，如图2所示的通信系统200架构示意图，该通信系统200可以包括发射机202（比如图1所示的网络环境100中的无线通信设备102）和接收机206（比如图1所示的网络环境100中的其他无线通信设备的任一个），其中，发射机202可以包括一个发射天线204，接收机206可以包括一个或多个接收天线208（例如，N个接收天线）。发射机202通过发射天线204传送数据流，数据流经过无线信道210到达接收机206的每个接收天线208，接收机206可以接收来自每个接收天线208信号对数据流进行重构。
对于图2中的接收机206来说，每个接收天线208均对应一射频前端230，每个射频前端230的架构可以参见图3所示，包括设置在射频输入RF_in端口和基带输出端口之间的多个部件、这些部件依次包括低噪声放大器（LNA，Low Noise Amplifier）、混频器、模拟滤波器、可编程的可变增益放大器（VGA，Variable Gain Amplifiers）、模数转换器（ADC，Analog-to-Digital Converter）以及数字滤波器。需要说明的是，接收天线208将接收到的射频信号通过射频输入RF_in端口输入至对应的射频前端230；射频信号经射频前端230的处理后，通过基带输出端口输出至基带处理器。在图3所示的这些部件中，混频器可以将经过低噪声放大器放大后的射频信号按照本振信号（LO，Local Oscillator）的频率进行搬移。通常来说，混频器输出信号的频率高于射频信号的频率，则该混频器称之为上变频混频器；而混频器输出信号的频率低于射频信号的频率，则该混频器称之为下变频混频器。在常见的射频接收机架构中，混频器通常是下变频混频器。模拟滤波器可以在ADC 转换之前消除信号路径中的高频噪声和干扰，避免混叠噪声污染信号；此外，还能够消除滤波器带宽之外的过驱信号对信号路径的影响，避免在成ADC出现调制器饱和现象；并且在发生输入过压时，模拟滤波器还能限制输入电流，衰减输入电压。数字滤波器设置在ADC之后，可以移除模数转换过程中注入的数字噪声，通常数字滤波器可以选取由低通数字滤波器（LPF，LowPass Filter）和高通数字滤波器（HPF，High Pass Filter）串接所形成的带通滤波器。而对于VGA和ADC来说，目前在相关领域中，出现有内含VGA的ADC，因此，在一些射频接收机的结构中，ADC具体可以是具有可编程增益的模数转换器，所以图3中虚线框所示的VGA并非必须。本发明实施例对此不作具体限定。
基于上述多个接收天线208以及各接收天线208所对应的射频前端230，相应地形成了多个接收通道212；其中，如图4所示，每个接收通道212均包括一个接收天线208以及该接收天线208对应的射频前端230，每个接收通道212均会连接接收机206中的基带处理器214，以将各接收通道212经过模数转换后的接收数据传输至基带处理器214进行处理，当然，基带处理器214之后还可以包括多级针对接收信号的后续处理，本发明实施例对此不做赘述。
结合图2至图4，当接收机206具有多个接收天线的情况下，每个接收天线均对应一个完整的接收前端通道，由此在定位过程中同时工作的情况下需要较大的功耗，并且将所有接收天线及各自对应的接收前端通道布设在同一设备中，增加了接收机206的结构设计成本及复杂度。
有鉴于此，本发明实施例将图2所示的通信系统200架构中的接收机206配置为具有单接收天线，而将发射机202配置为多个发射天线204（例如，N个发射天线），具体如图5所示。期望通过多发射天线实现对接收机206进行定位，降低定位过程中的功耗以及设备结构的复杂度和成本。基于此，参见图6，其示出了本发明实施例提供的一种基于多发射天线UWB系统的定位方法，所述方法应用于图5中所示出的具有单接收天线的待定位设备，即接收机206，所述方法包括：
S601：通过所述接收天线分别接收由发射端设备的至少两个发射天线依次发送的数据帧；
S602：根据依次接收到的数据帧获取所述至少两个发射天线到达所述接收天线的距离差；
S603：根据所述至少两个发射天线之间的距离、所述至少两个发射天线到达所述接收天线的距离差以及所述至少两个发射天线中的参考天线与所述接收天线之间的距离，计算获得所述待定位设备的位置。
对于图6所示的技术方案，在进行UWB定位过程中，作为接收机206的待定位设备，由于仅具有单接收天线，则相应降低了接收通道的数量；相较于常规方案中利用多接收天线的接收机206进行定位的方案，避免了定位过程中接收通道同时工作的情况下，降低了功耗，并且由于仅保留了单个接收天线及对应的接收前端通道，因此降低了接收机206的结构设计成本及复杂度。
对于图6所示的技术方案，需要说明的是，尽管发射端设备具有多个发射天线，但是可以通过分时发送UWB数据帧、将各发射天线需要发送的UWB数据帧通过正交码进行编码等方式对各发射天线对应发送的数据进行区分，从而无需针对每个发射天线均各自设置发射前端通道，从而能够进一步降低发射端设备的结构设计成本以及功耗。
对于图1所示的技术方案，在一些示例中，所述根据依次接收到的数据帧获取所述至少两个发射天线到达所述接收天线的距离差，包括：
根据依次接收到的数据帧获取所述至少两个发射天线与所述接收天线之间的相
位差
；
根据所述相位差
以及下式获取所述至少两个发射天线到达接收天线的距离差p：
其中，
表示发射信号的载波波长。
在上述示例中，以发射端设备具有2个发射天线为例，详细来说，接收机206可以通
过依次接收两个发射天线依次发送的UWB数据帧获取两个发射天线到达接收天线的相位差
；可以理解地，关于相位差
的具体实现方式，可按照获取到达相位差（PDOA，Phase-
Difference-Of-Arrival）的实现方式进行实施，本发明实施例不再赘述。并且由于两个发
射天线连接发送的两帧数据时间间隔很短，即对于慢速运动的接收机204来说，可看作是相
对静止的
对于图1所示的技术方案，在一些示例中，所述根据依次接收到的数据帧获取所述至少两个发射天线到达所述接收天线的距离差，包括：
根据UWB数据帧交互获取所述至少两个发射天线分别到达所述接收天线的飞行时间；
根据所述飞行时间的差获取所述至少两个发射天线到达接收天线的距离差。
在上述示例中，仍然以发射端设备具有2个发射天线为例，详细来说，接收机206可
以通过与两个发射天线的数据帧交互分别获取两个发射天线到达接收天线的飞行时间，设
定第一个发射天线到达接收天线的飞行时间为t1，第二个发射天线到达接收天线的飞行时
间为t2，则两个发射天线分别到达接收天线的距离差
。
对于图1所示的技术方案，在一些示例中，所述根据依次接收到的数据帧获取所述至少两个发射天线到达所述接收天线的距离差，包括：
根据依次接收到的数据帧的时间戳以及所述数据帧的发送时间延迟，获取所述至少两个发射天线分别到达所述接收天线的时间差；
根据所述时间差获取所述至少两个发射天线到达接收天线的距离差。
在上述示例中，仍然以发射端设备具有2个发射天线为例，详细来说，以第一发射天线先于第二发射天线发送数据帧为例，接收机206可以根据依次接收到的数据帧的时间戳以及2个发射天线依次发送数据帧之间的延迟时长，根据下式获取至少两个发射天线到达接收天线的距离差：
在上式中，t1表示第一发射天线发送的数据帧到达接收天线的时间戳数据，t2表
示第二发射天线发送的数据帧到达接收天线的时间戳数据，
表示第一发射天线与第二
发射天线发送数据帧之间的延迟时长。
对于图1所示的技术方案，在一些示例中，所述根据所述至少两个发射天线之间的距离、所述至少两个发射天线到达所述接收天线的距离差以及所述至少两个发射天线中的参考天线与所述接收天线之间的距离，计算获得所述待定位设备的位置，包括：
以所述至少两个发射天线的所在直线为X轴，以所述接收天线所在直线为Y轴建立
笛卡尔坐标系，并设定所述参考天线的坐标为（
，0），所述接收天线的坐标为（0，
）；
在所述建立的笛卡尔坐标中，根据所述至少两个发射天线之间的距离d、所述至少两个发射天线到达所述接收天线的距离差p、以及所述参考天线与所述接收天线之间的距离r，通过下式获取所述参考天线的X轴坐标值：
根据所述参考天线的X轴坐标值
以及所述参考天线与所述接收天线之间的距离r，通过下式获取所述接收天线的Y轴坐标值：
为了阐述本发明实施例技术方案的具体实现过程，以发射机202具有2个发射天线
为例，基于图5构建如图7所示的笛卡尔坐标系；其中，将图7中黑色实心点所示的发射天线
204-1与204-2所在直线设置为坐标系X轴，坐标系的Y轴经过图7中黑色圈点所示接收天线
208所在直线，并且将发射天线204-1设置为参考天线，并且所述参考天线的坐标为（
，0），
所述接收天线的坐标为（0，
）。其中，r表示参考天线，即发射天线204-1到达接收天线的距
离；d表示发射天线204-1与204-2之间的距离；发射天线204-2到达接收天线的距离为r-p；α、β分别是发射天线204-1与204-2到达接收天线的发射角。在图7所示出的坐标系统，利用
余弦定理
，则有：
也就是说：
，因此得到参考天线的X轴坐标值为：
另外，由于三角形中有
，所以将上述x代入可得：
进一步则有：
因此，接收天线的Y轴坐标值为：
在图7所示的坐标系中，不考虑y值为负，因此，有：
另外，在具体实施过程中，由于d和p对于r来说是非常小的，d 2对于r 2也是非常小的，可以忽略掉，所以上述x与y的值可以近似为：
通过上式可知，只需要知道r，d，p的值，就可以确定x和y的坐标位置，也就能够达到针对接收机204的待定位设备进行定位的目的。
对于图1所示的技术方案，在一些示例中，所述根据所述至少两个发射天线之间的距离、所述至少两个发射天线到达所述接收天线的距离差以及所述至少两个发射天线中的参考天线与所述接收天线之间的距离，计算获得所述待定位设备的位置，包括：
以所述至少两个发射天线的所在直线为X轴，以所述接收天线所在直线为Y轴建立
笛卡尔坐标系，并设定所述参考天线的坐标为（
，0），所述接收天线的坐标为（0，
），所述
至少两个发射天线之间的中点与所述接收天线形成发射角
；
根据所述至少两个发射天线之间的距离d、所述至少两个发射天线到达所述接收
天线的距离差p、以及所述参考天线与所述接收天线之间的距离r，通过下式获取所述发射
角
的正切值：
根据所述发射角的正切值以及所述参考天线与所述接收天线之间的距离r，获取所述参考天线的X轴坐标值以及所述接收天线的Y轴坐标值。
对于上述示例，详细来说，继续参考图7所示的坐标系及相应设定，并且设定发射天线204-1与204-2的中点到达接收天线的角度为发射角γ，那么根据x与y的值，可以得到发射角γ的正切值为：
通过该正切值就能够获得发射角γ的具体角度值，并且结合参考天线与所述接收天线之间的距离r，能够通过三角函数计算过程得到参考天线的X轴坐标值以及所述接收天线的Y轴坐标值，从而实现了定位的目的。
基于前述技术方案相同的发明构思，参见图8，其示出了本发明实施例提供的一种基于多发射天线UWB系统的定位装置80，所述定位装置80包括：接收部分801、获取部分802和计算部分803；其中，
所述接收部分801，经配置为通过所述接收天线分别接收由发射端设备的至少两个发射天线依次发送的数据帧；
所述获取部分802，经配置为根据依次接收到的数据帧获取所述至少两个发射天线到达所述接收天线的距离差；
所述计算部分803，经配置为根据所述至少两个发射天线之间的距离、所述至少两个发射天线到达所述接收天线的距离差以及所述至少两个发射天线中的参考天线与所述接收天线之间的距离，计算获得所述待定位设备的位置。
在上述方案中，所述获取部分802，经配置为：
根据依次接收到的数据帧获取所述至少两个发射天线与所述接收天线之间的相
位差
；
根据所述相位差
以及下式获取所述至少两个发射天线到达接收天线的距离差p：
其中，
表示发射信号的载波波长。
在上述方案中，所述获取部分802，经配置为：
根据UWB数据帧交互获取所述至少两个发射天线分别到达所述接收天线的飞行时间；
根据所述飞行时间的差获取所述至少两个发射天线到达接收天线的距离差。
在上述方案中，所述获取部分802，经配置为：
根据依次接收到的数据帧的时间戳以及所述数据帧的发送时间延迟，获取所述至少两个发射天线分别到达所述接收天线的时间差；
根据所述时间差获取所述至少两个发射天线到达接收天线的距离差。
在上述方案中，所述计算部分803，经配置为：
以所述至少两个发射天线的所在直线为X轴，以所述接收天线所在直线为Y轴建立
笛卡尔坐标系，并设定所述参考天线的坐标为（
，0），所述接收天线的坐标为（0，
）；
在所述建立的笛卡尔坐标中，根据所述至少两个发射天线之间的距离d、所述至少两个发射天线到达所述接收天线的距离差p、以及所述参考天线与所述接收天线之间的距离r，通过下式获取所述参考天线的X轴坐标值：
根据所述参考天线的X轴坐标值
以及所述参考天线与所述接收天线之间的距离r，通过下式获取所述接收天线的Y轴坐标值：
在上述方案中，所述计算部分803，经配置为：
以所述至少两个发射天线的所在直线为X轴，以所述接收天线所在直线为Y轴建立
笛卡尔坐标系，并设定所述参考天线的坐标为（
，0），所述接收天线的坐标为（0，
），所述
至少两个发射天线之间的中点与所述接收天线形成发射角
；
根据所述至少两个发射天线之间的距离d、所述至少两个发射天线到达所述接收
天线的距离差p、以及所述参考天线与所述接收天线之间的距离r，通过下式获取所述发射
角
的正切值：
根据所述发射角的正切值以及所述参考天线与所述接收天线之间的距离r，获取所述参考天线的X轴坐标值以及所述接收天线的Y轴坐标值。
可以理解地，在本实施例中，“部分”可以是部分电路、部分处理器、部分程序或软件等等，当然也可以是单元，还可以是模块也可以是非模块化的。
另外，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（ROM， Read Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、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，所述计算机存储介质存储有基于多发射天线UWB系统的定位程序，所述基于多发射天线UWB系统的定位程序被至少一个处理器执行时实现上述技术方案中所述基于多发射天线UWB系统的定位方法的步骤。
根据上述基于多发射天线UWB系统的定位装置80以及计算机存储介质，参见图9，其示出了本发明实施例提供的一种能够实施上述基于多发射天线UWB系统的定位装置80的计算设备90的具体硬件结构，该计算设备90包括：通信接口901，存储器902和处理器903；各个组件通过总线系统904耦合在一起。可理解，总线系统904用于实现这些组件之间的连接通信。总线系统904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9中将各种总线都标为总线系统904。其中，
所述通信接口901，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；
所述存储器902，用于存储能够在所述处理器903上运行的计算机程序；
所述处理器903，用于在运行所述计算机程序时，执行上述技术方案中所述基于多发射天线UWB系统的定位方法的步骤。
可以理解，本发明实施例中的存储器902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)、同步连接动态随机存取存储器(Synchlink 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902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903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903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903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发明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。结合本发明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902，处理器903读取存储器902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。
可以理解地，上述基于多发射天线UWB系统的定位装置80以及计算设备90的示例性技术方案，与前述基于多发射天线UWB系统的定位方法的技术方案属于同一构思，因此，上述对于基于多发射天线UWB系统的定位装置80以及计算设备90的技术方案未详细描述的细节内容，均可以参见前述基于多发射天线UWB系统的定位方法的技术方案的描述。本发明实施例对此不做赘述。
需要说明的是：本发明实施例所记载的技术方案之间，在不冲突的情况下，可以任意组合。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种基于多发射天线UWB系统的定位方法，其特征在于，所述方法应用于具有单接收天线的待定位设备，所述方法包括：
通过所述接收天线分别接收由发射端设备的至少两个发射天线依次发送的数据帧；
根据依次接收到的数据帧获取所述至少两个发射天线到达所述接收天线的距离差；
根据所述至少两个发射天线之间的距离、所述至少两个发射天线到达所述接收天线的距离差以及所述至少两个发射天线中的参考天线与所述接收天线之间的距离，计算获得所述待定位设备的位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据依次接收到的数据帧获取所述至少两个发射天线到达所述接收天线的距离差，包括：
根据依次接收到的数据帧获取所述至少两个发射天线与所述接收天线之间的相位差
；
根据所述相位差
以及下式获取所述至少两个发射天线到达接收天线的距离差p：
其中，
表示发射信号的载波波长。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据依次接收到的数据帧获取所述至少两个发射天线到达所述接收天线的距离差，包括：
根据UWB数据帧交互获取所述至少两个发射天线分别到达所述接收天线的飞行时间；
根据所述飞行时间的差获取所述至少两个发射天线到达接收天线的距离差。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据依次接收到的数据帧获取所述至少两个发射天线到达所述接收天线的距离差，包括：
根据依次接收到的数据帧的时间戳以及所述数据帧的发送时间延迟，获取所述至少两个发射天线分别到达所述接收天线的时间差；
根据所述时间差获取所述至少两个发射天线到达接收天线的距离差。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述至少两个发射天线之间的距离、所述至少两个发射天线到达所述接收天线的距离差以及所述至少两个发射天线中的参考天线与所述接收天线之间的距离，计算获得所述待定位设备的位置，包括：
以所述至少两个发射天线的所在直线为X轴，以所述接收天线所在直线为Y轴建立笛卡尔坐标系，并设定所述参考天线的坐标为（
，0），所述接收天线的坐标为（0，
）；
在所述建立的笛卡尔坐标中，根据所述至少两个发射天线之间的距离d、所述至少两个发射天线到达所述接收天线的距离差p、以及所述参考天线与所述接收天线之间的距离r，通过下式获取所述参考天线的X轴坐标值：
根据所述参考天线的X轴坐标值
以及所述参考天线与所述接收天线之间的距离r，通过下式获取所述接收天线的Y轴坐标值：
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述至少两个发射天线之间的距离、所述至少两个发射天线到达所述接收天线的距离差以及所述至少两个发射天线中的参考天线与所述接收天线之间的距离，计算获得所述待定位设备的位置，包括：
以所述至少两个发射天线的所在直线为X轴，以所述接收天线所在直线为Y轴建立笛卡尔坐标系，并设定所述参考天线的坐标为（
，0），所述接收天线的坐标为（0，
），所述至少两个发射天线之间的中点与所述接收天线形成发射角
；
根据所述至少两个发射天线之间的距离d、所述至少两个发射天线到达所述接收天线的距离差p、以及所述参考天线与所述接收天线之间的距离r，通过下式获取所述发射角
的正切值：
根据所述发射角的正切值以及所述参考天线与所述接收天线之间的距离r，获取所述参考天线的X轴坐标值以及所述接收天线的Y轴坐标值。
7.一种基于多发射天线UWB系统的定位装置，其特征在于，所述定位装置包括：接收部分、获取部分和计算部分；其中，
所述接收部分，经配置为通过所述接收天线分别接收由发射端设备的至少两个发射天线依次发送的数据帧；
所述获取部分，经配置为根据依次接收到的数据帧获取所述至少两个发射天线到达所述接收天线的距离差；
所述计算部分，经配置为根据所述至少两个发射天线之间的距离、所述至少两个发射天线到达所述接收天线的距离差以及所述至少两个发射天线中的参考天线与所述接收天线之间的距离，计算获得所述待定位设备的位置。
8.一种计算设备，其特征在于，所述计算设备包括：通信接口，存储器和处理器；各个组件通过总线系统耦合在一起；其中，
所述通信接口，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；
所述存储器，用于存储能够在所述处理器上运行的计算机程序；
所述处理器，用于在运行所述计算机程序时，执行权利要求1至6任一项所述基于多发射天线UWB系统的定位方法的步骤。
9.一种基于多发射天线UWB系统的定位系统，其特征在于，所述定位系统包括：具有至少两个发射天线的发射端设备，以及具有单接收天线的接收端设备；其中，
所述发射端设备，经配置为通过所述至少两个发射天线依次发送数据帧；
所述接收端设备，经配置为通过所述接收天线分别接收由发射端设备的至少两个发射天线依次发送的数据帧；以及，
根据依次接收到的数据帧获取所述至少两个发射天线到达所述接收天线的距离差；以及，
根据所述至少两个发射天线之间的距离、所述至少两个发射天线到达所述接收天线的距离差以及所述至少两个发射天线中的参考天线与所述接收天线之间的距离，计算获得所述待定位设备的位置。
10.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质存储有基于多发射天线UWB系统的定位程序，所述基于多发射天线UWB系统的定位程序被至少一个处理器执行时实现权利要求1至6任一项所述基于多发射天线UWB系统的定位方法步骤。
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