CN115685063B - 测距校准方法、装置、电子设备及介质 - Google Patents

测距校准方法、装置、电子设备及介质 Download PDF

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Abstract

本公开实施例提供了一种测距校准方法、装置、电子设备及介质。该测距校准设备包括一种测距校准方法，包括获取样本标签设备在多个校准值条件下测量的多个偏差值；通过线性回归方式确定所述偏差值相对于所述校准值的边际变化量；基于所述边际变化量确定多个标签设备中的每个标签设备的最终校准值。该方法通过对样本标签设备的校准，测定偏差值相对于校准值的边际变化量，从而实现对同类设备的快速校准，校准成本低。

Description

测距校准方法、装置、电子设备及介质
技术领域
本说明书涉及无线通讯信术领域，尤其涉及一种测距校准方法、装置、电子设备及介质。
背景技术
超宽带(Ultra Wide Band，UWB)定位系统具有测距和定位的能力，其中测距是定位的基础。该系统可用于实现人员位置实时显现、前史轨道回放、人员考勤、电子围栏、行为剖析、多卡判别、智能巡检等多种功能。
但是，在实际的使用过程中，由于时钟、天线等硬件方面的偏差会导致最后的测距精度不足。传统的校准方法通常针对每个设备的每一种误差来源分别进行校准，校准过程复杂，耗时较长。
发明内容
为解决相关技术中的问题，本公开实施例提供了一种测距校准方法、装置、电子设备及介质。
本公开的一个方面提供了一种测距校准方法。该方法包括获取样本标签设备在多个校准值条件下测量的多个偏差值，通过线性回归方式确定所述偏差值相对于所述校准值的边际变化量，基于所述边际变化量确定多个标签设备中的每个标签设备的最终校准值。
本公开的另一个方面提供一种测距校准装置。该装置包括获取模块、第一确定模块以及第二确定模块。获取模块，被配置为获取样本标签设备在多个校准值条件下测量的多个偏差值。第一确定模块，被配置为通过线性回归方式确定所述偏差值相对于所述校准值的边际变化量。第二确定模块，被配置为基于所述边际变化量确定多个标签设备中的每个标签设备的最终校准值。
本公开的另一个方面提供了一种电子设备，包括至少一个处理器以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器，其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行时用于实现如上所述的测距校准方法。
本公开的另一个方面提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机可读指令，所述指令在被处理器执行时用于实现如上所述的测距校准方法。
本公开的另一个方面提供了一种计算机程序，所述计算机程序包括计算机可执行指令，所述指令在被执行时用于实现如上所述的测距校准方法。
本公开实施例提供的技术方案通过对样本标签设备的校准，测定偏差值相对于校准值的边际变化量，从而实现对同类设备的快速校准，校准成本低。
附图说明
结合附图，通过以下非限制性实施方式的详细描述，本公开的其它特征、目的和优点将变得更加明显。在附图中：
图1示意性示出应用本公开实施例的测距校准方法的系统架构示意图；
图2示意性示出本公开实施例的测距校准方法的流程图；
图3示意性示出本公开实施例的获取多个偏差值的流程图；
图4示意性示出本公开实施例的确定最终校准值的流程图；
图5示意性示出本公开实施例的测距校准方法的交互示意图；
图6示意性示出本公开实施例的测距校准装置的示意图；
图7示意性示出本公开实施例的获取模块的示意图；
图8示意性示出本公开实施例的第二确定模块的示意图；以及
图9示意性示出应用本公开实施例的方法和系统的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
下文中，将参考附图详细描述本公开的示例性实施例，以使本领域技术人员可容易地实现它们。此外，为了清楚起见，在附图中省略了与描述示例性实施例无关的部分。
在本公开中，应理解，诸如“包括”或“具有”等的术语旨在指示本说明书中所公开的特征、数字、步骤、行为、部件、部分或其组合的存在，并且不欲排除一个或多个其他特征、数字、步骤、行为、部件、部分或其组合存在或被添加的可能性。
另外还需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开。
本公开的实施例提供了一种测距校准方法，包括获取样本标签设备在多个校准值条件下测量的多个偏差值，通过线性回归方式确定所述偏差值相对于所述校准值的边际变化量，基于所述边际变化量确定多个标签设备中的每个标签设备的最终校准值。该方法通过对样本标签设备的校准，测定偏差值相对于校准值的边际变化量，从而实现对同类设备的快速校准，校准成本低。
图1示意性示出应用本公开实施例的测距校准方法的系统架构示意图。
如图1所示，该系统架构100可以包括服务端110、基站120和标签设备131、132、133。网络用以在服务端110、基站120和标签设备131、132、133之间提供通信链路的介质。网络可以包括各种连接类型，例如有线、无线通信链路或者光纤电缆等等。在本公开实施例中，服务端110与基站120之间可以通过各种方式连接，而为了实现精确测距，基站120和标签设备131、132、133之间的网络主要是指超带宽(UWB)方式。服务端110与基站120交互，基站120与标签设备131、132、133交互。
服务端110可以是硬件，也可以是软件。当服务端110为硬件时，可以实现成多个服务器组成的分布式服务器集群，也可以实现成单个服务器。当服务端110为软件时，可以实现成多个软件或软件模块(例如用来提供分布式服务的多个软件或软件模块)，也可以实现成单个软件或软件模块。
基站120与服务端110可通信地连接，用于发送无线信号。标签设备131、132、133可以基于该信号在基站120处注册，以实现与基站120之间的通信。基站120和标签设备131、132、133各自设有时钟电路，产生各自的时间，通过信号的发送与接收，结合时钟电路给出的时间信息，可以用于测量基站120与标签设备131、132、133之间的距离。
应该理解，图1中的服务端、基站和标签设备的数目仅仅是示意性的。根据实现需要，可以具有任意数目的测距校准设备、网络和调度服务器。
图2示意性示出本公开实施例的测距校准方法的流程图。
如图2所示，该方法包括操作S210-S230。该方法例如可以由上文图1所述的服务端110执行。
在操作S210，获取样本标签设备在多个校准值条件下测量的多个偏差值。
在操作S220，通过线性回归方式确定所述偏差值相对于所述校准值的边际变化量。
在操作S230，基于所述边际变化量确定多个标签设备中的每个标签设备的最终校准值。
根据本公开实施例，对于同一批标签设备，可以先选取少量的一个或数个设备作为样本标签设备，先对样本标签设备进行测试。针对每个样本标签设备，首先取得距离真值作为后续偏差值的确定依据，该距离真值可以保存在服务端。可通过测距算法测量样本标签设备在不同校准值条件下的测量值，并分别与距离真值比较得到多个偏差值。在此过程中，使偏差值最小的校准值即可作为该样本标签设备的最终校准值。然而，该最终校准值并不能直接适用于其他标签设备。
根据本公开实施例，校准值与偏差值之间存在线性关系，例如可以使用最小二乘法对偏差值和校准值做线性回归处理，得到线性回归曲线，曲线的斜率即偏差值相对于校准值的边际变化量。
例如，在某一实施例中，通过多次测距，可以得到如下<偏差值-校准值>表。
表1偏差值-校准值表
偏差值 校准值 偏差值 校准值 偏差值 校准值
0 29000 2.268 29070 4.534 29140
0.324 29010 2.590 29080 4.862 29150
0.649 29020 2.910 29090 5.187 29160
0.982 29030 3.200 29100 5.510 29170
1.301 29040 3.566 29110 5.835 29180
1.625 29050 3.900 29120 6.158 29190
1.940 29060 4.212 29130 6.482 29200
本公开实施例中，偏差值的单位例如可以是厘米，校准值的单位例如可以是纳秒。
根据本公开实施例，可以校准值为自变量x，偏差值为因变量y，对表1中的数据进行线性回归，得到线性回归方程为y＝0.0324x-939.6569，相关系数为1.0000。本实施例中，斜率0.0324即为偏差值相对于校准值的边际变化量。该边际变化量表示，校准值每变动1单位，偏差值将变动0.0324个单位。
本发明人发现，同一批的标签设备间的上述边际变化量存在较强的一致性，因此上述结论可以较好地适用同一批次的不同标签设备。本公开的技术方案可以利用该边际变化量，对同一批设备中的其他设备进行快速校准。例如，可以通过一次测量得到一组校准值和偏差值，基于该校准值、偏差值和上述边际变化量即可确定出的最终校准值的估计值。此时只需要对该值进行验证，若误差落入可接受范围内，则完成校准。也就是说，在测定偏差值相对于校准值的边际变化量后，只需两次测距，就可大概率地完成任一其他标签设备的校准工作。
图3示意性示出本公开实施例的获取多个偏差值的流程图。
如图3所示，操作S210可以包括多个测距循环。其中，在每个测距循环中执行操作S310-S340。
在操作S310，向样本标签设备发送本轮校准值。
在操作S320，接收本轮测距结果。
在操作S330，基于历史测距结果对本轮测距结果执行卡尔曼滤波处理，得到本轮修正结果。
在操作S340，确定距离真值与所述本轮修正结果的差值为本轮偏差值。
根据本公开实施例，在首轮循环中，由于样本标签设备可能带有初始校准值，操作S310可以被省略。在第二轮以后的每轮循环中，服务端可以向样本标签设备发送本轮校准值。每轮发送的校准值可以以某种方式，例如，每轮发送的校准值可以是等距的，即，该些校准值按顺序可组成等差数列，例如29000、29010、29020、29030、……。
根据本公开实施例，本轮测距结果为基站与样本标签设备通过双向测距方式(TWR，Two-Way Ranging)产生的测距信息。例如，单边双向测距方式(SS-TWR，Single-SidedTwo-Way Ranging)是对单个往返消息时间上的简单测量。具体地，基站主动发送数据到标签设备，同时记录发送时间戳T1，标签设备接收到之后记录接收时间戳T2；延时Treply之后，标签设备发送数据，同时记录发送时间戳T3，基站接收数据，同时记录接收时间戳T4。此时可以确定基站的时间差Tround＝T4-T1，以及标签设备的时间差Treply＝T3-T2。于是，无线信号的飞行时间Tprop＝(Tround-Treply)/2，进而得到测距结果L＝Tprop*c，其中，c为光速。
根据本公开实施例，校准值可以是距离校准值，也可以是时间校准值。当校准值C为距离校准值CL时，测距结果可以为L＝Tprop*c+CL；当校准值C为时间校准值CT时，测距结果可以为L＝(Tprop+CT)*c。
根据本公开实施例，历史测距结果是在本轮测距以前的各轮次的测距结果。在首轮循环中，由于缺乏历史测距结果，操作S330可以被省略。在第二轮以后的每轮循环中，可以基于历史测距结果对本轮测距结果执行卡尔曼滤波处理，得到本轮修正结果。
卡尔曼滤波(Kalman filtering)是一种利用线性系统状态方程，通过系统输入输出观测数据，对系统状态进行最优估计的算法。由于观测数据中包括系统中的噪声和干扰的影响，所以最优估计也可看作是滤波过程。数据滤波是去除噪声还原真实数据的一种数据处理技术，卡尔曼滤波在测量方差已知的情况下能够从一系列存在测量噪声的数据中，估计动态系统的状态。由于它便于计算机编程实现，并能够对现场采集的数据进行实时的更新和处理，卡尔曼滤波是目前应用最为广泛的滤波方法，在通信，导航，制导与控制等多领域得到了较好的应用。
根据本公开实施例的技术方案，通过加入卡尔曼滤波技术，数据平滑而变得更加可靠，可以提高校准的稳定性和精确度。
图4示意性示出本公开实施例的确定最终校准值的流程图。
如图4所示，在操作S230，对于任意一个目标标签设备，可以执行操作S410-S460。
在操作S410，接收目标测距结果，其中，所述目标测距结果包括在初始校准值的条件下，通过基站对目标标签设备进行测距产生的测距结果。
在操作S420，确定距离真值与所述目标测距结果的差值为目标偏差值。
在操作S430，基于所述初始校准值、所述目标偏差值以及所述边际变化量确定所述目标标签设备的修正校准值。
在操作S440，使用所述修正校准值进行测距，得到修正测距结果。
在操作S450，判断修正测距结果的误差是否小于预设值，若是，则执行操作S460。
在操作S460，确定所述修正校准值为最终校准值。
根据本公开实施例，对于任意一个目标标签设备，例如同一批次的标签设备中除样本标签设备以外的任一其他标签设备，可以将其放置在指定位置，取得其与基站之间的距离真值。可以在初始校准值的条件下利用例如如上所述的SS-TWR算法进行一次测距，得到测距结果。比较距离真值与该测距结果，得到目标偏差值。
根据本公开实施例，在操作S430，可以基于初始校准值Ci、目标偏差值O以及边际变化量R确定所述目标标签设备的修正校准值C。例如，C＝Ci-(O/R)。举例来说，在初始校准值Ci为29000的情况下，若O＝32cm，R＝1，则可以确定修正校准值C＝29000-(32/1)＝28968。
根据本公开实施例，在完成操作S430后，需要进行第二次测距对修正校准值进行验证，即操作S440-S460。
根据本公开实施例，可以设定可接受误差的预设值，例如30cm。当使用修正校准值产生的测距结果在该预设值以内时，确认该修正校准值为最终校准值。
根据本公开实施例，如图4所示，该方法还可以包括操作S470，在所述修正测距结果的误差不小于预设值的情况下，更新所述边际变化量。更新变化量的方法可参考上文如图3描述，例如可以选择当前的目标标签设备作为样本标签设备重新测定偏差值相对于校准值的边际变化量，进而可使用更新后的边际变化量对后续的标签设备进行校准。
图5示意性示出本公开实施例的测距校准方法的交互示意图。
根据本公开实施例，在将基站和标签放到指定位置后，能够知道基站和标签的实际距离，并且将实际距离录入服务端。
如图5所示，基站设置好信道，模式等基础配置后，开始发送UWB信号并等待标签设备注册。标签设备接收到基站的信号后，向基站发送注册信息。基站接收到标签的注册信息后，开始和标签进行多次通讯，采用TWR的方式计算多次测距信息。基站不断将测距信息通过串口发送给到服务端。服务端通过卡尔曼滤波将测距信息进行平滑处理。服务端得到所需的数据后，可以执行上文所述的测距校准方法，将最终校准值发送给标签设备。标签设备获取到最终校准值后，可以写入内部的存储器(例如一次性可编程存储器，OTP，One TimeProgrammable)中。重启后，即可利用最终的校准值进行测距。
本公开实施例的技术方案，通过基站、标签设备和服务端的配合使用，提高校准效率，从而提高产线生产效率。通过自动化校准流程，替代人工校准，提高校准的便捷性，降低校准的复杂度。
基于同一发明构思，本公开还提供了一种测距校准装置，下面参照图6-图8对本公开实施例的测距校准装置进行说明。
图6示意性示出本公开实施例的测距校准装置600的框图。其中，该装置600可以通过软件、硬件或者两者的结合实现成为电子设备的部分或者全部。
如图6所示，该测距校准装置600包括获取模块610、第一确定模块620和第二确定模块630。该测距校准装置600可以执行上文描述的各种方法。
获取模块610，被配置为获取样本标签设备在多个校准值条件下测量的多个偏差值。
第一确定模块620，被配置为通过线性回归方式确定所述偏差值相对于所述校准值的边际变化量。
第二确定模块630，被配置为基于所述边际变化量确定多个标签设备中的每个标签设备的最终校准值。
该装置通过对样本标签设备的校准，测定偏差值相对于校准值的边际变化量，从而实现对同类设备的快速校准，校准成本低。
图7示意性示出本公开实施例的获取模块700的框图。
如图7所示，该获取模块700包括发送子模块710、第一接收子模块720、滤波子模块730以及第一确定子模块740。
发送子模块710，被配置为向样本标签设备发送本轮校准值。
第一接收子模块720，被配置为接收本轮测距结果。
滤波子模块730，被配置为基于历史测距结果对本轮测距结果执行卡尔曼滤波处理，得到本轮修正结果。
第一确定子模块740，被配置为确定距离真值与所述本轮修正结果的差值为本轮偏差值。
根据本公开实施例，所述本轮测距结果为基站与样本标签设备通过双向测距方式产生的测距信息。
图8示意性示出本公开实施例的第二确定模块800的框图。
如图8所示，该第二确定模块800包括第二接收子模块810、第二确定子模块820、第三确定子模块830、修正子模块840以及第四确定子模块850。
第二接收子模块810，被配置为接收目标测距结果，其中，所述目标测距结果包括在初始校准值的条件下，通过基站对目标标签设备进行测距产生的测距结果。
第二确定子模块820，被配置为确定距离真值与所述目标测距结果的差值为目标偏差值。
第三确定子模块830，被配置为基于所述初始校准值、所述目标偏差值以及所述边际变化量确定所述目标标签设备的修正校准值。
修正子模块840，被配置为使用所述修正校准值进行测距，得到修正测距结果。
第四确定子模块850，被配置为在所述修正测距结果的误差小于预设值的情况下，确定所述修正校准值为最终校准值。
根据本公开实施例，该第二确定模块还可以包括更新子模块，被配置为在修正测距结果的误差不小于预设值的情况下，更新所述边际变化量。
本公开还公开了一种电子设备，该电子设备包括存储器和处理器，其中，该存储器用于存储支持电子设备执行上述任一实施例中的测距校准方法的程序，该处理器被配置为用于执行该存储器中存储的程序，以实现如上文图2-图5任一实施例描述的测距校准方法。
图9示意性示出适于实现本公开实施例的测距校准方法的计算机系统的结构示意图。
如图9所示，计算机系统900包括处理单元901，其可以根据存储在只读存储器(ROM)902中的程序或者从存储部分908加载到随机访问存储器(RAM)903中的程序而执行上述实施例中的各种处理。在RAM903中，还存储有系统900操作所需的各种程序和数据。处理单元901、ROM 902以及RAM 903通过总线904彼此相连。输入/输出(I/O)接口905也连接至总线904。
以下部件连接至I/O接口905：包括键盘、鼠标等的输入部分906；包括诸如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)等以及扬声器等的输出部分907；包括硬盘等的存储部分908；以及包括诸如LAN卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分909。通信部分909经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器9010也根据需要连接至I/O接口905。可拆卸介质911，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器9010上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入存储部分908。其中，所述处理单元901可实现为CPU、GPU、TPU、FPGA、NPU等处理单元。
特别地，根据本公开的实施例，上文描述的方法可以被实现为计算机软件程序。例如，本公开的实施例包括一种计算机程序产品，其包括有形地包含在及其可读介质上的计算机程序，所述计算机程序包含用于执行上述方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分909从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质911被安装。
附图中的流程图和框图，图示了按照本公开各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
描述于本公开实施例中所涉及到的单元或模块可以通过软件的方式实现，也可以通过可编程硬件的方式来实现。所描述的单元或模块也可以设置在处理器中，这些单元或模块的名称在某种情况下并不构成对该单元或模块本身的限定。
作为另一方面，本公开还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是上述实施例中电子设备或计算机系统中所包含的计算机可读存储介质；也可以是单独存在，未装配入设备中的计算机可读存储介质。计算机可读存储介质存储有一个或者一个以上程序，所述程序被一个或者一个以上的处理器用来执行描述于本公开的方法。
以上描述仅为本公开的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本公开中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。

Claims (6)

1.一种测距校准方法，其特征在于，包括：
获取样本标签设备在多个校准值条件下测量的多个偏差值；
通过线性回归方式确定所述偏差值相对于所述校准值的边际变化量，其中，所述边际变化量是指基于偏差值和校准值产生的线性回归曲线的斜率；以及
基于所述边际变化量确定多个标签设备中的每个标签设备的最终校准值，
其中，所述获取样本标签设备在多个校准值条件下测量的多个偏差值，包括执行多个测距循环，其中，每个测距循环包括如下操作：
向样本标签设备发送本轮校准值；
接收本轮测距结果；
基于历史测距结果对本轮测距结果执行卡尔曼滤波处理，得到本轮修正结果；以及
确定距离真值与所述本轮修正结果的差值为本轮偏差值，
其中，所述基于所述边际变化量确定多个标签设备中的每个标签设备的最终校准值，包括，对于任意一个目标标签设备，执行如下操作：
接收目标测距结果，其中，所述目标测距结果包括在初始校准值的条件下，通过基站对目标标签设备进行测距产生的测距结果；
确定距离真值与所述目标测距结果的差值为目标偏差值；
基于所述初始校准值、所述目标偏差值以及所述边际变化量确定所述目标标签设备的修正校准值；
使用所述修正校准值进行测距，得到修正测距结果；以及
在所述修正测距结果的误差小于预设值的情况下，确定所述修正校准值为最终校准值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述本轮测距结果为基站与样本标签设备通过双向测距方式产生的测距信息。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，还包括：
在所述修正测距结果的误差不小于预设值的情况下，更新所述边际QYP22047YX-OA1
变化量。
4.一种测距校准装置，其特征在于，包括：
获取模块，被配置为获取样本标签设备在多个校准值条件下测量的多个偏差值；
第一确定模块，被配置为通过线性回归方式确定所述偏差值相对于所述校准值的边际变化量，其中，所述边际变化量是指基于偏差值和校准值产生的线性回归曲线的斜率；以及
第二确定模块，被配置为基于所述边际变化量确定多个标签设备中的每个标签设备的最终校准值，
其中，所述获取模块包括：
发送子模块，被配置为向样本标签设备发送本轮校准值；
第一接收子模块，被配置为接收本轮测距结果；
滤波子模块，被配置为基于历史测距结果对本轮测距结果执行卡尔曼滤波处理，得到本轮修正结果；以及
第一确定子模块，被配置为确定距离真值与所述本轮修正结果的差值为本轮偏差值，
其中，所述第二确定模块包括：
第二接收子模块，被配置为接收目标测距结果，其中，所述目标测距结果包括在初始校准值的条件下，通过基站对目标标签设备进行测距产生的测距结果；
第二确定子模块，被配置为确定距离真值与所述目标测距结果的差值为目标偏差值；
第三确定子模块，被配置为基于所述初始校准值、所述目标偏差值以及所述边际变化量确定所述目标标签设备的修正校准值；
修正子模块，被配置为使用所述修正校准值进行测距，得到修正测距结果；以及
第四确定子模块，被配置为在所述修正测距结果的误差小于预设值的情况下，确定所述修正校准值为最终校准值。
5.一种电子设备，其特征在于，包括：
处理器；以及
存储器，其上存储有可执行指令，当所述可执行指令被所述处理器QYP22047YX-OA1
执行时，使所述处理器执行如权利要求1-3任一项所述的方法。
6.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有可执行指令，当所述可执行指令被电子设备的处理器执行时，使所述处理器执行如权利要求1-3中任一项所述的方法。
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