CN114980308A - 一种定位方法、定位设备及计算机存储介质 - Google Patents

一种定位方法、定位设备及计算机存储介质 Download PDF

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CN114980308A CN202210507370.9A CN202210507370A CN114980308A CN 114980308 A CN114980308 A CN 114980308A CN 202210507370 A CN202210507370 A CN 202210507370A CN 114980308 A CN114980308 A CN 114980308A
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Abstract

本申请实施例公开了一种定位方法，该方法应用于定位设备，定位设备包括旋转体和UWB通信模块，UWB通信模块中设置有第一天线，第一天线设置于旋转体上，第一天线为由至少两个天线构成的定向天线，包括：根据第一天线与UWB标签的交互信号，确定出UWB标签是否在第一天线的辐射范围内，当UWB标签在第一天线的辐射范围内时，对UWB标签进行UWB定位，得到UWB标签到达第一天线的到达角度，以确定出UWB标签到达定位设备的到达角度。本申请实施例还同时提供了一种定位设备及计算机存储介质。

Description

一种定位方法、定位设备及计算机存储介质
技术领域
本申请涉及超宽带(Ultra Wide Band，UWB)定位技术，尤其涉及一种定位方法、定位设备及计算机存储介质。
背景技术
目前，利用UWB技术进行定位时，通常采用至少两组天线收发数据包来实现对UWB标签的定位，在实际应用中，通常采用轮流切换天线组的方式来分别对待定位的UWB标签进行定位的，最后将分别定位得到的定位结果进行处理，从而得到待定位的UWB标签的定位结果。
然而，上述采用至少两组天线来定位需要的时间较长，且定位精度欠佳；由此可以看出，现有的多组天线进行UWB定位时存在定位精度欠佳的问题。
发明内容
本申请实施例提供一种定位方法、定位设备及计算机存储介质，能够提高多组天线进行UWB定位的定位精度。
本申请的技术方案是这样实现的：
本申请实施例提供一种定位方法，所述方法应用于定位设备，所述定位设备包括旋转体和UWB通信模块，所述UWB通信模块中设置有第一天线，所述第一天线设置于所述旋转体上，所述第一天线为由至少两个天线构成的定向天线，包括：
根据所述第一天线与UWB标签的交互信号，确定出所述UWB标签是否在所述第一天线的辐射范围内；
当所述UWB标签在所述第一天线的辐射范围内时，对所述UWB标签进行UWB定位，得到所述UWB标签到达所述第一天线的到达角度，以确定出所述UWB标签到达所述定位设备的到达角度。
本申请实施例提供一种定位设备，所述定位设备包括旋转体和UWB通信单元，所述UWB通信模块中设置有第一天线，所述第一天线设置于所述旋转体上，所述第一天线为由至少两个天线构成的定向天线，包括：
第一确定模块，用于根据所述第一天线与UWB标签的交互信号，确定出所述UWB标签是否在所述第一天线的辐射角度内；
第二确定模块，用于当所述UWB标签在所述第一天线的辐射范围内时，对所述UWB标签进行UWB定位，得到所述UWB标签到达所述第一天线的到达角度，以确定出所述UWB标签到达所述定位设备的到达角度。
本申请实施例提供一种定位设备，包括：
处理器以及存储有所述处理器可执行指令的存储介质，所述存储介质通过通信总线依赖所述处理器执行操作，当所述指令被所述处理器执行时，执行上述一个或多个实施例中所述的定位方法。
本申请实施例提供一种计算机存储介质，存储有可执行指令，当所述可执行指令被一个或多个处理器执行的时候，所述处理器执行如一个或多个实施例所述的定位方法。
本申请实施例提供了一种定位方法、定位设备及计算机存储介质，该方法应用于定位设备中，该定位设备包括旋转体和UWB通信模块，UWB通信模块中设置有第一天线，第一天线设置于旋转体上，第一天线为由至少两个天线构成的定向天线，包括：根据第一天线与UWB标签的交互信号，确定出UWB标签是否在第一天线的辐射范围内，当UWB标签在第一天线的辐射范围内时，对UWB标签进行UWB定位，得到UWB标签到达第一天线的到达角度，以确定出UWB标签到达定位设备的到达角度；也就是说，在本申请实施例中，将第一天线设置于旋转体之上，只有根据第一天线与UWB标签的交互信号，确定出UWB标签在第一天线的辐射范围内，才对UWB标签进行定位，得到UWB标签到达第一天线的到达角度，如此，就可以确定出UWB标签到达定位设备的到达角度，也就是说，UWB标签在第一天线的辐射范围内时才对其进行定位，从而提高了UWB标签定位的精确性。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种可选的定位方法的流程示意图；
图2为本申请实施例提供的一种可选的旋转体的实例的结构示意图；
图3为本申请实施例提供的一种可选的定位基站的实例的结构示意图；
图4为本申请实施例提供的一种定位基站的天线的实例的结构示意图；
图5为本申请实施例提供的一种可选的定位基站的天线辐射示意图；
图6a为本申请实施例提供的一种可选的定位系统的实例一的结构示意图；
图6b为本申请实施例提供的一种可选的定位系统的实例二的结构示意图；
图7为本申请实施例提供的一种可选的定位基站的第一天线阵的辐射范围的示意图；
图8为本申请实施例提供的一种可选的UWB测距的示意图；
图9为本申请实施例提供的一种可选的UWB测角的示意图；
图10为本申请实施例提供的一种可选的定位设备的结构示意图；
图11为本申请实施例提供的另一种可选的定位设备的结构示意图。
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。
本申请实施例提供了一种定位方法，该方法应用于定位设备中，定位设备包括旋转体和UWB通信模块，UWB通信模块中设置有第一天线，第一天线设置于旋转体上，第一天线为由至少两个天线构成的定向天线，图1为本申请实施例提供的一种可选的定位方法的流程示意图，如图1所示，该定位方法可以包括：
S101：根据第一天线与UWB标签的交互信号，确定出UWB标签是否在第一天线的辐射范围内；
目前，在对UWB标签进行定位时，定位装置通常设置有4个天线，利用切换的方法，每切换一次计算每组天线下的到达角度和距离，从而实现对UWB标签的准确定位，然而，该定位方法需要对天线依次进行切换，使得定位时间较长，且定位精度欠佳。
为了提高UWB定位的定位精度，在本申请实施例中，定位设备的UWB通信模块的第一天线设置在定位设备的旋转体上，以方便旋转体在旋转的过程中能够移动第一天线，以使得UWB标签能够在第一天线的辐射范围之内。
这里，根据第一天线与UWB标签的交互信号来确定UWB标签是否在第一天线的辐射范围内，可以根据第一天线与UWB标签的定位交互信号来确定UWB标签是否在第一天线的辐射范围内，还可以是根据第一天线与UWB标签的其他交互信号来确定UWB标签是否在第一天线的辐射范围内，本申请实施例对此不作具体限定。
S102：当UWB标签在第一天线的辐射范围内时，对UWB标签进行UWB定位，得到UWB标签到达第一天线的到达角度，以确定出UWB标签到达定位设备的到达角度。
经过S101可以确定出UWB标签在第一天线的辐射范围内，或者UWB标签在第一天线的辐射范围之外，针对UWB标签在第一天线的辐射范围内时，认为此时对UWB标签进行定位的话定位的精度较高，所以此时对UWB标签进行UWB定位，从而可以得到UWB标签到达第一天线的到达角度，再利用UWB标签到达第一天线的到达角度计算UWB标签到达定位设备的到达角度。
这样，只有在UWB标签在第一天线的辐射范围内时，才对UWB标签进行UWB定位，之所以如此，是因为UWB标签在第一天线的辐射范围内时，第一天线与UWB标签的通信质量较好，如此，基于较好的通信质量对UWB标签进行定位，有助于提高UWB定位的定位精度。
其中，在对UWB标签进行定位中，可以利用接收到的来自UWB标签的数据包计算UWB标签到达第一天线的到达相位差(Phase Difference of Arrival，PDoA)，再根据UWB标签到达第一天线的到达相位差确定UWB标签到达第一天线的到达角度，还可以直接利用接收到的来自UWB标签的数据包计算UWB标签到达第一天线的到达角度，这里，本申请实施例对于此不作具体限定。
进一步地，为了提高定位设备的定位精度，在一种可选的实施例中，第一天线中至少两个天线的辐射体由辐射体向远离旋转体的底面的中心位置的方向辐射，以形成定向天线。
可以理解地，第一天线中至少两个天线的辐射体的辐射方向是由辐射体向着远离旋转体的底面的中心位置的，如此，使得第一天线的辐射范围尽可能地辐射到定位设备以外，以提高定位设备以外第一天线的辐射范围，进而提高UWB定位的定位精度。
另外，在一种可选的实施例中，第一天线中至少两个天线的辐射体垂直于旋转体的底面。
也就是说，将第一天线中至少两个天线的辐射体垂直于旋转体的底面，这样，使得第一天线的辐射范围在尽可能辐射到定位设备以外的同时，能够提高定位设备以外第一天线的辐射范围。
基于上述旋转体上的第一天线，为了确定出UWB标签是否在第一天线的范围之内，在一种可选的实施例中，S101，可以包括：
控制旋转体围绕旋转体的中心位置，按照预设步长旋转预设次数；
在每次旋转后对UWB标签进行定位，得到每次旋转后UWB标签到达第一天线的到达角度；
根据每次旋转后的旋转角度与每次旋转后UWB标签到达第一天线的到达角度，计算每次旋转后旋转角度与每次旋转后的UWB标签到达第一天线的到达角度之间的相关系数；
当相关系数大于等于预设的相关系数阈值时，确定UWB标签在第一天线的辐射范围内；
当相关系数小于预设的相关系数阈值时，确定UWB标签在第一天线的辐射范围之外。
这里，可以控制旋转体围绕其中心位置按照预设步长旋转预设次数，在每次旋转前后都对UWB标签进行定位，这样，可以得到每次旋转后UWB标签到达第一天线的到达角度。
将每次旋转后的旋转角度与每次旋转后UWB标签到达第一天线的到达角度组成的两组数，利用相关系数的计算公式，进行相关性的计算，从而得到每次旋转后旋转角度与到达角度之间的相关系数，再将计算得到的相关系数与预设的相关系数阈值进行比较，只有当相关系数大于等于预设的相关系数阈值时，认为每次旋转后旋转角度与每次旋转后的UWB标签到达第一天线的到达角度之间具有相关性，所以，确定UWB标签在第一天线的辐射范围内，当相关系数小于预设的相关系数阈值时，认为每次旋转后旋转角度与每次旋转后的UWB标签到达第一天线的到达角度之间不具有相关性，所以，确定UWB标签在第一天线的辐射范围之外。
如此，根据每次旋转后旋转角度与每次旋转后的UWB标签到达第一天线的到达角度的相关性，就可以确定出UWB标签是否在第一天线的范围内，从而可以提高UWB定位的定位精度。
进一步地，为了提高UWB定位的定位精度，在一种可选的实施例中，UWB通信模块中还设置有第二天线，第二天线设置于旋转体上，第二天线为全向天线，S101可以包括：
根据第一天线与UWB标签的交互信号和第二天线与UWB标签的交互信号，确定UWB标签是否在第一天线的辐射范围内。
可以理解地，UWB通信模块中还设置有第二天线，将第二天线设置于旋转体之上，且该第二天线在旋转体上的某个水平面上360°均匀辐射，如此，可以利用第一天线与UWB标签的交互信号和第二天线与UWB标签的交互信号来确定UWB标签是否在第一天线的辐射范围内。
也就是说，这里，借助第二天线可以来确定UWB标签是否在第一天线的辐射范围内，有助于准确地判断出UWB标签是否在第一天线的辐射范围内，从而提高了UWB定位的定位精度。
为了得到为全向天线的第二天线，在一种可选的实施例中，第二天线为一个单级子天线，以形成全向天线。
这里，采用单级子天线这样简单的天线结构就可以形成全向天线。
为了更加准确地确定出UWB标签是否在第一天线的辐射范围内，在一种可选的实施例中，第二天线设置于旋转体的底面的中心位置处。
也就是说，将第二天线设置于旋转体的底面的中心位置处，这样，第二天线能够从旋转体之上，以中心位置向周围辐射，从而形成全向天线，如此将第二天线设置在旋转体的底面的中心位置处，使得第二天线的辐射范围均匀地向旋转体的周围辐射，有利于准确地确定出UWB标签是否在第一天线的辐射范围内，从而提高了UWB定位的定位精度。
基于上述一个或多个实施例中的第一天线和第二天线的结构，为了准确地确定出UWB标签是否在第一天线的辐射范围内，在一种可选的实施例中，根据第一天线与UWB标签的交互信号和第二天线与UWB标签的交互信号，确定UWB标签是否在第一天线的辐射范围内，包括：
通过第一天线接收来自UWB标签的第一信号；
通过第二天线接收来自UWB标签的第二信号；
当第二信号的信号质量与第一信号的信号质量的差值小于等于预设的信号质量阈值时，确定UWB标签在第一天线的辐射范围内；
当第二信号的信号质量与第一信号的信号质量的差值大于预设的信号质量阈值时，确定UWB标签在第一天线的辐射范围之外。
这里，可以分别通过第一天线接收来自UWB标签的第一信号，通过第二天线来接收来自UWB标签的第二信号，其中，第一信号和第二信号可以是UWB标签发出的同一信号分别被第一天线和第二天线接收到的，也可以是UWB标签发出的不同信号分别被第一天线和第二天线接收到的，只要保证是UWB标签在同一位置向定位设备发出的即可。
在获取到第一信号和第二信号之后，比较第一信号的信号质量和第二信号的信号质量，当第二信号的信号质量与第一信号的信号质量的差值小于等于预设的信号质量阈值时，说明第一信号的信号质量与第二信号的信号质量相差不大，所以，确定UWB标签在第一天线的辐射范围内，当第二信号的信号质量与第一信号的信号质量的差值大于预设的信号质量阈值时，说明第一信号的信号质量与第二信号的信号质量相差较大，所以，确定UWB标签在第一天线的辐射范围之外，如此，通过比较第一信号的信号质量和第二信号的信号质量，能够准确地确定出UWB标签是否在第一天线的辐射范围内。
其中，上述信号质量可以包括以下任意一项：信噪比(Signal-Noise Ratio，SINR)，接收信号的强度指示(Received Signal Strength Indicator，RSSI)，参考信号的接收功率(Reference Signal Receiving Power，RSRP)和参考信号的接收质量(ReferenceSignal Received Quality，RSRQ)，这里，本申请实施例对此不作具体限定。
另外，为了准确地确定出UWB标签是否在第一天线的辐射范围内，在一种可选的实施例中，根据第一天线与UWB标签的交互信号和第二天线与UWB标签的交互信号，确定UWB标签是否在第一天线的辐射范围内，包括：
利用第一天线与UWB标签的定位交互信号和第二天线与UWB标签的定位交互信号，分别计算得到UWB标签与第一天线的第一距离和UWB标签与所述第二天线的第二距离；
当第一距离与第二距离之间的差值的绝对值小于等于预设的距离阈值时，确定UWB标签在第一天线的辐射范围内；
当第一距离与第二距离之间的差值的绝对值大于预设的距离阈值时，确定UWB标签在第一天线的辐射范围之外。
可以理解地，利用第一天线与UWB标签的定位交互信号计算得到UWB标签与第一天线的第一距离，利用第二天线与UWB标签的定位交互信号计算得到UWB标签与第二天线的第二距离，计算第一距离和第二距离之间的差值的绝对值，若差值的绝对值小于等于预设的距离阈值时，说明第一距离与第二距离相差不大，可以确定出UWB标签在第一天线的辐射范围内，若差值的绝对值大于预设的距离阈值时，说明第一距离和第二距离相差较大，可以确定出UWB标签在第一天线的辐射范围之外；如此，通过比较第一距离和第二距离，能够准确地确定出UWB标签是否在第一天线的辐射范围内。
除了上述UWB标签在第一天线的辐射范围内的情况以外，针对UWB标签在第一天线的辐射范围之外时，在一种可选的实施例中，上述方法还包括：
当UWB标签在第一天线的辐射范围之外时，控制旋转体围绕旋转体的中心位置，按照预设步长旋转；
当旋转后的旋转体使得UWB标签在第一天线的辐射范围内时，返回执行对UWB标签进行UWB定位，得到UWB标签到达第一天线的到达角度，以确定出UWB标签到达定位设备的到达角度。
可以理解地，当UWB标签在第一天线的辐射范围之外时，需要通过旋转旋转体以将UWB标签处于第一天线的辐射范围内，所以，这里，控制旋转体围绕旋转体的中心位置按照预设步长旋转，在旋转体旋转之后，重新确定UWB标签是否在第一天线的辐射范围内，其中，确定UWB标签是否在第一天线的辐射范围内的方式如上述一个或多个实施例所述的确定方式，这里，不再赘述。
为了进一步地提高定位精度，在一种可选的实施例中，上述方法还包括：
当UWB标签到达第一天线的到达角度的绝对值大于预设角度时，控制旋转体围绕旋转体的中心位置，按照预设步长旋转；
对UWB标签进行定位，得到旋转后UWB标签到达第一天线的到达角度；
当旋转后UWB标签到达第一天线的到达角度的绝对值大于预设角度时，返回执行控制旋转体围绕旋转体的中心位置，按照预设步长旋转；
当旋转后UWB标签到达第一天线的到达角度的绝对值小于等于预设角度时，将UWB标签到达第一天线的到达角度更新为旋转后UWB标签到达第一天线的到达角度。
可以理解地，在定位设备中设置一个预设角度，其中，该预设角度小于第一天线的辐射角度；例如，10°。
当通过对UWB标签进行定位得到UWB标签到达第一天线的到达角度的绝对值大于预设角度时，此时为了进一步提高定位精度，可以控制旋转体围绕旋转体的中心位置按照预设步长旋转，然后再对UWB标签进行定位，得到旋转后UWB标签到达第一天线的到达角度，在比较旋转后UWB标签到达第一天线的到达角度与预设角度之间的关系，若大于，说明UWB标签在第一天线的预设角度以外，定位精度有待提高，所以，返回执行控制旋转体围绕旋转体的中心位置按照预设步长旋转，若小于等于，说明UWB标签在第一天线的预设角度以内，定位精度较好，所以直接将UEB标签到达第一天线的到达角度更新为旋转后UWB标签到达第一天线的到达角度即可。
如此，由于在该预设角度之内UWB标签的定位精度较高，所以这里利用旋转体的旋转功能将UWB标签位于第一天线的辐射范围的预设角度之内，从而得到的UWB标签到达第一天线的到达角度更加精确。
需要说明的是，上述对UWB标签定位中的测距可以是通过第一天线来实现的，也可以是通过第二天线来实现的，还可以是通过第一天线和第二天线来实现的，这里，本申请实施例对此不作具体限定。
其中，上述交互信号可以为UWB测距中的交互信号(相当于上述定位交互信号)，该UWB测距可以为单边双向测距，还可以为双边双向测距，双向双边测距可以为3消息的双边双向测距，还可以为4消息的双边双向测距，这里，本申请实施例对此不作具体限定。
下面举实例来对上述一个或多个实施例中的定位方法进行描述。
以定位设备为定位基站为例，图2为本申请实施例提供的一种可选的旋转体的实例的结构示意图，如图2所示，定位基站200包括：底座21和旋转体22，底座21内部含有传动单元，可以使旋转体22绕底座21进行圆周运动。
基于上述图2，图3为本申请实施例提供的一种可选的定位基站的实例的结构示意图，如图3所示，定位基站200，包括：传动单元31，UWB通信模块32，处理单元33和存储器34。
传动单元31位于底座21内部，传动单元31在处理单元33的控制指令下可以带动旋转体22进行顺时针旋转θ度或者逆时针旋转θ度，该控制指令包括旋转的方向和旋转的角度θ，旋转体22单次旋转后或者连续旋转后，处理单元33通过累积计算(或者传动单元31的直接反馈)可获得当前旋转体22相对于初始方向的角度θrot；该UWB通信模块32包括UWB通信单元321和与UWB通信单元321连接的第一天线阵322和第二天线323，UWB通信单元321为支持电气与电子工程师协会(Institute of Electrical and Electronics Engineers，IEEE)802.15.4、IEEE802.15.4z的UWB协议的通信芯片，支持双向测距(Two-way Ranging，TWR)和到达相位差(Phase Difference of Arrival，PDoA)的测量。
基于上述图2和图3提供的定位基站，图4为本申请实施例提供的一种定位基站的天线的实例的结构示意图，如图4所示，第一天线阵322，由2个定向天线单元构成，设置在靠近旋转体22壳边缘的区域，并且天线辐射体垂直于旋转体22的底面(或垂直于旋转体22内部底部的印制电路板(Printed Circuit Board，PCB))；UWB通信单元321通过第一天线阵322接收UWB信号时，可测量出另一UWB装置相对于第一天线阵322的方位角AoAant。
第二天线323，是全向天线单元，设置在旋转体22内中心的区域，典型的实施例为垂直于旋转体22底面(或垂直于旋转体22内部底部的PCB板)的单极子天线，其辐射方向图在水平面上近似为一个圆。
基于上述图4提供的定位基站的天线结构，图5为本申请实施例提供的一种可选的定位基站的天线辐射示意图，如图5所示，包括第一天线阵322的辐射方向图和第二天线323的辐射方向图。
基于上述图2-图5中的定位基站200，图6a为本申请实施例提供的一种可选的定位系统的实例一的结构示意图，图6b为本申请实施例提供的一种可选的定位系统的实例二的结构示意图，如图6a和6b所示，该定位基站200可以固定在机器狗、机器车等设备上，定位基站200可以获取另一UWB装置(相当于上述UWB标签)的相对位置，包括方位角和距离，如图6a所示，当定位基站200的第一天线阵322靠近机器车的正前方时，另一UWB装置并不在第一天线阵322的辐射范围内，为了提高定位精度，定位基站200控制旋转体22旋转，得到图6b所示，使得另一UWB装置在第一天线阵322的辐射范围之内，通过对另一UWB装置进行定位，得到另一UWB装置到达第一天线阵322的到达角度AoAant，由于旋转体22相对于初始参考方向的旋转角度为θrot，从而可以得到另一UWB装置相对于定位基站200的方位AoA＝AoAant+θrot。
另一UWB装置相对于定位基站200的距离可通过双向测距得出。基于上述图1至图5提供的定位基站200，上述对另一UWB装置的定位方法可以包括：
1.定位基站200中UWB通信单元321与第二天线323进行连接时，定位基站200与另一UWB装置进行TWR，则定位基站200可以测量到另一UWB装置与自身的距离D2；当然，定位基站200中UWB通信单元321与第一天线阵322进行连接时，定位基站200也可以与另一UWB装置进行TWR，获得测距值D1。
2.定位基站200中UWB通信单元321与第一天线阵322进行连接，定位基站200通过接收另一UWB装置发射的UWB信号，可测量出另一UWB装置相对于第一天线阵322的方位角AoAant。
然而，由于第一天线阵322是由定向天线单元构成，定位基站200的UWB通信模块32的测角AoAant在第一天线阵322的辐射范围内时是准确的，图7为本申请实施例提供的一种可选的定位基站的第一天线阵的辐射范围的示意图，如图7所示，为第一天线阵322的视场角(Field of View,FOV)，该FOV一般是第一天线阵322辐射方向上一定范围的角度。当另一UWB装置在这个FOV范围以外时，若定位基站200还能接收另一UWB装置发射的UWB信号，那么定位基站200依然可以测量出AoAant，但该方位角通常是严重错误的。
为了避免错误的方位角，使得本实例中的定位基站200可以实现对另一UWB装置的全方位的高精度的定位，需要判断另一UWB装置是否在第一天线阵322的测角FOV内(等同于判断测量到的AoAant是否可信)，该判断方法包括以下任意一种：
方法1：通过第一天线阵322对另一UWB装置发送的UWB信号接收时，可以获得信号质量Q1，通过第二天线323对另一UWB装置发送的UWB信号接收时，可以获得信号质量Q2，若Q2-Q1大于预设的阈值ΔQ(即信号质量Q1明显差于Q2)，则判断另一UWB装置在第一天线阵322的测角FOV之外。否则，另一UWB装置在第一天线阵322的测角FOV之内，其中，信号质量包括但不限于信号强度，信噪比等。
方法2：通过第一天线阵322与另一UWB装置进行TWR，测量到距离D3，通过第二天线323与另一UWB装置进行TWR，测量到距离D4。若|D3-D4|大于预设的阈值ΔD(即测距值D3与D4相差较大)，则判断另一UWB装置在第一天线阵322的测角FOV之外，否则，另一UWB装置在第一天线阵322的测角FOV之内。
方法3：处理单元33控制旋转体22旋转，旋转幅度为Δθ，旋转前后，另一UWB装置相对第一天线阵322的AoAant变化为AoAant'，一段时间内，若旋转后旋转体22的旋转角度与旋转后另一UWB装置相对第一天线阵322的AoAant的幅度之间是相关的(这里可以利用计算得到的相关系数与预设的相关系数阈值来比较从而确定出是否相关)，则一UWB装置在第一天线阵322的测角FOV之内，否则，另一UWB装置在第一天线阵322的测角FOV之外。
通过上述判断方法，若判定另一UWB装置在第一天线阵322的测角FOV之外，则定位基站200的处理单元33控制旋转体22旋转，旋转过程中可实时获取当前旋转体22相对于初始参考方向的旋转角度θrot，同时定位基站200依然与另一UWB装置进行UWB测距和测角，检测另一UWB装置是否在第一天线阵322的测角FOV之内。
持续上述控制旋转体22旋转后的检测方法，直到定位基站200确定出另一UWB装置位于第一天线阵322的测角FOV之内，则输出最终的另一UWB装置相对于定位基站200的方位AoA＝AoAant+θrot。
另外，需要说明的是，进行上述步骤确定出另一UWB装置在第一天线阵322的辐射范围内之后，定位基站200可以进入跟随模式：根据AoAant的数值控制旋转体旋转，使得另一UWB装置位于第一天线阵322列前方范围内(比如|AoAant|＜10°)，当发现|AoAant|超过此前方范围时，继续控制旋转体22旋转，使得另一UWB装置依然位于第一天线阵322的前方范围。若发现另一UWB装置在第一天线阵322的测角FOV之外，则重复进行上述判断步骤。第一天线阵322法线方向附近的测角精度最佳，因此跟随模式有利于提高对另一UWB装置的测角精度。
下面以3消息的双边双向测距为例，图8为本申请实施例提供的一种可选的UWB测距的示意图，如图8所示，双边双向测距(Double-Dided Two-Way Ranging，DS-TWR)是对两个往返消息时间上的简单测量，主要通过数据包中的标记点(RMARKER)进行简单测量，设备A主动发送poll packet到设备B，设备B返回reply packet响应设备A，设备A再返回finalpacket响应设备B；那么，最终得到的无线信号的飞行时间
Figure BDA0003636597630000141
为：
Figure BDA0003636597630000142
其中，Tround1表示设备A发送poll packet和接收reply packet的时间差，Tround2表示设备B发送reply packet和接收final packet的时间差，Treply1表示设备B接收pollpacket和发送reply packet的时间差，Treply2表示设备A接收reply packet和发送finalpacket的时间差。
通过上述UWB测距方法可以确定出定位基站与UWB标签的飞行时间，进而可以确定出定位基站与UWB标签的距离。
下面以PDoA测量为例进行说明，图9为本申请实施例提供的一种可选的UWB测角的示意图，如图9所示，定位基站，包括UWB模块91(相当于上述UWB通信单元321)和天线(ANT)911和ANT912(相当于上述第一天线阵322)，UWB标签，只有1个UWB模块92和1个UWB天线ANT921。
为UWB标签的UWB模块92向定位给基站的UWB模块91发送数据包，定位基站(比如手机、基站)上设有特定间距d的ANT911和ANT912。
UWB标签发射特定的UWB数据包，UWB模块91接收到来自UWB标签发射的UWB数据包时，UWB模块91上的2个天线都能接收到UWB数据包。ANT921到ANT911、ANT92到ANT912的路径距离的关系与UWB标签相对于定位基站的方位角AoA有关，两个路径距离相差△p，距离差的因素对于电磁波的传输来说就会产生相位差PDoA，PDoA＝ANT911的到达相位(Phase ofarrival，PoA)–ANT912的PoA，其中，ANT911的PoA为ANT911接收的UWB数据包的相位，而PDoA、ANT911的PoA和ANT911的PoA等参数由UWB模块91可以测量出来。
最后，UWB模块91根据PDoA和天线间距d，通过预设的一些函数关系计算出定位标签相对定位基站的方位角。如此，采用上述UWB的测角方法可以计算出UWB标签到达每个UWB通信模块的到达相位差PDoA1和PDoA2，进而得到到达角度。
本实例中，UWB定位系统实现了定位基站对定位标签360°平面全方位的定位(包括测距和测角)。可设置在机器狗的机身上，帮助机器狗对主人进行任意方位的定位，实现机器狗对主人的伴随功能。
本申请实施例提供了一种定位方法，该方法应用于定位设备中，该定位设备包括旋转体和UWB通信模块，UWB通信模块中设置有第一天线，第一天线设置于旋转体上，第一天线为由至少两个天线构成的定向天线，包括：根据通过第一天线与UWB标签的交互信号，确定出UWB标签是否在第一天线的辐射范围内，当UWB标签在第一天线的辐射范围内时，对UWB标签进行UWB定位，得到UWB标签到达第一天线的到达角度，以确定出UWB标签到达定位设备的到达角度；也就是说，在本申请实施例中，将第一天线设置于旋转体之上，只有根据通过第一天线与UWB标签的交互信号，确定出UWB标签在第一天线的辐射范围内，才对UWB标签进行定位，得到UWB标签到达第一天线的到达角度，如此，就可以确定出UWB标签到达定位设备的到达角度，也就是说，UWB标签在第一天线的辐射范围内时才对其进行定位，从而提高了UWB标签定位的精确性。
基于前述实施例相同的发明构思，本申请实施例提供一种定位设备，定位设备包括旋转体和UWB通信模块，UWB通信模块中设置有第一天线，第一天线设置于旋转体上，第一天线为由至少两个天线构成的定向天线，图10为本申请实施例提供的一种可选的定位设备的结构示意图，如图10所示，该定位设备包括：
第一确定模块101，用于根据第一天线与UWB标签的交互信号，确定出UWB标签是否在第一天线的辐射角度内；
第二确定模块102，用于当UWB标签在第一天线的辐射范围内时，对UWB标签进行UWB定位，得到UWB标签到达第一天线的到达角度，以确定出UWB标签到达定位设备的到达角度。
在一种可选的实施例中，第一天线中至少两个天线的辐射体由辐射体向远离旋转体的底面的中心位置的方向辐射，以形成定向天线。。
在一种可选的实施例中，第一天线中至少两个天线的辐射体垂直于旋转体的底面。
在一种可选的实施例中，第一确定模块101，具体用于：
控制旋转体围绕旋转体的中心位置，按照预设步长旋转预设次数；
在每次旋转后对UWB标签进行定位，得到每次旋转后UWB标签到达第一天线的到达角度；
根据每次旋转后的旋转角度与每次旋转后所述UWB标签到达第一天线的到达角度，计算每次旋转后旋转角度与每次旋转后所述UWB标签到达第一天线的到达角度之间的相关系数；
当相关系数大于等于预设的相关系数阈值时，确定UWB标签在第一天线的辐射范围内；
当相关系数小于预设的相关系数阈值时，确定UWB标签在第一天线的辐射范围之外。
在一种可选的实施例中，UWB通信模块中还设置有第二天线，第二天线设置于旋转体上，第二天线为全向天线，第一确定模块101，具体用于：
根据第一天线与UWB标签的交互信号和第二天线与UWB标签的交互信号，确定UWB标签是否在第一天线的辐射范围内。
在一种可选的实施例中，第一确定模块101根据第一天线与UWB标签的交互信号和第二天线与UWB标签的交互信号，确定UWB标签是否在第一天线的辐射范围内中，包括：
通过第一天线接收来自UWB标签的第一信号；
通过第二天线接收来自UWB标签的第二信号；
当第二信号的信号质量与第一信号的信号质量的差值小于等于预设的信号质量阈值时，确定UWB标签在第一天线的辐射范围内；
当第二信号的信号质量与第一信号的信号质量的差值大于预设的信号质量阈值时，确定UWB标签在第一天线的辐射范围之外。
在一种可选的实施例中，第一确定模块101根据第一天线与UWB标签的交互信号和第二天线与UWB标签的交互信号，确定UWB标签是否在第一天线的辐射范围内中，包括：
利用第一天线与UWB标签的定位交互信号和第二天线与UWB标签的定位交互信号，分别计算得到UWB标签与第一天线的第一距离和UWB标签与第二天线的第二距离；
当第一距离与第二距离之间的差值的绝对值小于等于预设的距离阈值时，确定UWB标签在第一天线的辐射范围内；
当第一距离与第二距离之间的差值的绝对值大于预设的距离阈值时，确定UWB标签在第一天线的辐射范围之外。
在一种可选的实施例中，第二天线为一个单级子天线，以形成全向天线。
在一种可选的实施例中，第二天线设置于旋转体的底面的中心位置处。
在一种可选的实施例中，上述定位设备还用于：
当UWB标签在第一天线的辐射范围之外时，控制旋转体围绕旋转体的中心位置，按照预设步长旋转；
当旋转后的旋转体使得UWB标签在第一天线的辐射范围内时，返回执行对UWB标签进行UWB定位，得到UWB标签到达第一天线的到达角度，以确定出UWB标签到达定位设备的到达角度。
在一种可选的实施例中，上述定位设备还用于：
当UWB标签到达第一天线的到达角度的绝对值大于预设角度时，控制旋转体围绕旋转体的中心位置，按照预设步长旋转；其中，预设角度小于第一天线的辐射角度；
对UWB标签进行定位，得到旋转后UWB标签到达第一天线的到达角度；
当旋转后UWB标签到达第一天线的到达角度的绝对值大于预设角度时，返回执行控制旋转体围绕旋转体的中心位置，按照预设步长旋转；
当旋转后UWB标签到达第一天线的到达角度的绝对值小于等于预设角度时，将UWB标签到达第一天线的到达角度更新为旋转后UWB标签到达第一天线的到达角度。
在实际应用中，上述第一确定模块101和第二确定模块102可由位于定位设备上的处理器实现，具体为中央处理器(CPU，Central Processing Unit)、微处理器(MPU，Microprocessor Unit)、数字信号处理器(DSP，Digital Signal Processing)或现场可编程门阵列(FPGA，Field Programmable Gate Array)等实现。
图11为本申请实施例提供的另一种可选的定位设备的结构示意图，如图11所示，本申请实施例提供了一种定位设备1100，包括：
处理器111以及存储有所述处理器111可执行指令的存储介质112，所述存储介质112通过通信总线113依赖所述处理器111执行操作，当所述指令被所述处理器111执行时，执行上述一个或多个实施例中所执行的所述定位方法。
需要说明的是，实际应用时，终端中的各个组件通过通信总线113耦合在一起。可理解，通信总线113用于实现这些组件之间的连接通信。通信总线113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通信总线113。
本申请实施例提供了一种计算机存储介质，存储有可执行指令，当所述可执行指令被一个或多个处理器执行的时候，所述处理器执行如上述一个或多个实施例中控制设备执行的所述的定位方法。
其中，计算机可读存储介质可以是磁性随机存取存储器(ferromagnetic randomaccess memory，FRAM)、只读存储器(Read Only Memory，ROM)、可编程只读存储器(Programmable Read-Only Memory，PROM)、可擦除可编程只读存储器(ErasableProgrammable Read-Only Memory，EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(ElectricallyErasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)、快闪存储器(Flash Memory)、磁表面存储器、光盘、或只读光盘(Compact Disc Read-Only Memory，CD-ROM)等存储器。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述，仅为本申请的较佳实施例而已，并非用于限定本申请的保护范围。

Claims (14)

1.一种定位方法，其特征在于，所述方法应用于定位设备，所述定位设备包括旋转体和UWB通信模块，所述UWB通信模块中设置有第一天线，所述第一天线设置于所述旋转体上，所述第一天线为由至少两个天线构成的定向天线，包括：
根据所述第一天线与UWB标签的交互信号，确定出所述UWB标签是否在所述第一天线的辐射范围内；
当所述UWB标签在所述第一天线的辐射范围内时，对所述UWB标签进行UWB定位，得到所述UWB标签到达所述第一天线的到达角度，以确定出所述UWB标签到达所述定位设备的到达角度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一天线中至少两个天线的辐射体由所述辐射体向远离所述旋转体的底面的中心位置的方向辐射，以形成所述定向天线。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一天线中至少两个天线的辐射体垂直于所述旋转体的底面。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一天线与UWB标签的交互信号，确定出所述UWB标签是否在第一天线的辐射角度内，包括：
控制所述旋转体围绕所述旋转体的中心位置，按照预设步长旋转预设次数；
在每次旋转后对所述UWB标签进行定位，得到每次旋转后所述UWB标签到达所述第一天线的到达角度；
根据每次旋转后的旋转角度与每次旋转后所述UWB标签到达所述第一天线的到达角度，计算每次旋转后旋转角度与每次旋转后所述UWB标签到达所述第一天线的到达角度之间的相关系数；
当所述相关系数大于等于预设的相关系数阈值时，确定所述UWB标签在所述第一天线的辐射范围内；
当所述相关系数小于预设的相关系数阈值时，确定所述UWB标签在所述第一天线的辐射范围之外。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述UWB通信模块中还设置有第二天线，所述第二天线设置于所述旋转体上，所述第二天线为全向天线，所述根据所述第一天线与UWB标签的交互信号，确定出所述UWB标签是否在第一天线的辐射角度内，包括：
根据所述第一天线与所述UWB标签的交互信号和所述第二天线与所述UWB标签的交互信号，确定所述UWB标签是否在所述第一天线的辐射范围内。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一天线与所述UWB标签的交互信号和所述第二天线与所述UWB标签的交互信号，确定所述UWB标签是否在所述第一天线的辐射范围内，包括：
通过所述第一天线接收来自所述UWB标签的第一信号；
通过所述第二天线接收来自所述UWB标签的第二信号；
当所述第二信号的信号质量与所述第一信号的信号质量的差值小于等于预设的信号质量阈值时，确定所述UWB标签在所述第一天线的辐射范围内；
当所述第二信号的信号质量与所述第一信号的信号质量的差值大于预设的信号质量阈值时，确定所述UWB标签在所述第一天线的辐射范围之外。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一天线与所述UWB标签的交互信号和所述第二天线与所述UWB标签的交互信号，确定所述UWB标签是否在所述第一天线的辐射范围内，包括：
利用所述第一天线与所述UWB标签的定位交互信号和所述第二天线与所述UWB标签的定位交互信号，分别计算得到所述UWB标签与所述第一天线的第一距离和所述UWB标签与所述第二天线的第二距离；
当所述第一距离与所述第二距离之间的差值的绝对值小于等于预设的距离阈值时，确定所述UWB标签在所述第一天线的辐射范围内；
当所述第一距离与所述第二距离之间的差值的绝对值大于预设的距离阈值时，确定所述UWB标签在所述第一天线的辐射范围之外。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第二天线为一个单级子天线，以形成所述全向天线。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第二天线设置于所述旋转体的底面的中心位置处。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
当所述UWB标签在所述第一天线的辐射范围之外时，控制所述旋转体围绕所述旋转体的中心位置，按照预设步长旋转；
当旋转后的所述旋转体使得所述UWB标签在所述第一天线的辐射范围内时，返回执行所述对所述UWB标签进行UWB定位，得到所述UWB标签到达所述第一天线的到达角度，以确定出所述UWB标签到达所述定位设备的到达角度。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
当所述UWB标签到达所述第一天线的到达角度的绝对值大于预设角度时，控制所述旋转体围绕所述旋转体的中心位置，按照预设步长旋转；其中，所述预设角度小于所述第一天线的辐射角度；
对所述UWB标签进行定位，得到旋转后所述UWB标签到达所述第一天线的到达角度；
当旋转后所述UWB标签到达所述第一天线的到达角度的绝对值大于预设角度时，返回执行所述控制所述旋转体围绕所述旋转体的中心位置，按照预设步长旋转；
当旋转后所述UWB标签到达所述第一天线的到达角度的绝对值小于等于预设角度时，将所述UWB标签到达所述第一天线的到达角度更新为旋转后所述UWB标签到达所述第一天线的到达角度。
12.一种定位设备，其特征在于，所述定位设备包括旋转体和UWB通信单元，所述UWB通信模块中设置有第一天线，所述第一天线设置于所述旋转体上，所述第一天线为由至少两个天线构成的定向天线，包括：
第一确定模块，用于根据所述第一天线与UWB标签的交互信号，确定出所述UWB标签是否在所述第一天线的辐射角度内；
第二确定模块，用于当所述UWB标签在所述第一天线的辐射范围内时，对所述UWB标签进行UWB定位，得到所述UWB标签到达所述第一天线的到达角度，以确定出所述UWB标签到达所述定位设备的到达角度。
13.一种定位设备，其特征在于，包括：
处理器以及存储有所述处理器可执行指令的存储介质，所述存储介质通过通信总线依赖所述处理器执行操作，当所述指令被所述处理器执行时，执行上述的权利要求1至11任一项所述的定位方法。
14.一种计算机存储介质，其特征在于，存储有可执行指令，当所述可执行指令被一个或多个处理器执行的时候，所述处理器执行如权利要求1至11任一项所述的定位方法。
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