CN116916442A - 终端定位方法、装置、计算机设备和存储介质 - Google Patents

终端定位方法、装置、计算机设备和存储介质 Download PDF

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CN116916442A
CN116916442A CN202310821418.8A CN202310821418A CN116916442A CN 116916442 A CN116916442 A CN 116916442A CN 202310821418 A CN202310821418 A CN 202310821418A CN 116916442 A CN116916442 A CN 116916442A
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庞涛
梁宇杰
朱先飞
曹鹏
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China Telecom Corp Ltd
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Abstract

本申请涉及一种终端定位方法、装置、计算机设备、存储介质和计算机程序产品。所述方法包括：获取终端的陀螺仪数据与至少两个基站的超带宽数据；根据所述超带宽数据确定所述终端相对于基准轴线的基准位置；根据所述陀螺仪数据确定终端的行进方向；根据所述基准位置与所述行进方向，确定所述终端的目标位置。采用本方法能够在仅具有两个基站的场景下，实现终端定位。

Description

终端定位方法、装置、计算机设备和存储介质
技术领域
本申请涉及室内定位技术领域，特别是涉及一种终端定位方法、装置、计算机设备、存储介质和计算机程序产品。
背景技术
定位技术目前被广泛应用于各种智能业务场景，例如元宇宙、智能驾驶等等。在室外场景下卫星导航系统(SNS)可以解决绝大部分的定位问题，而在室内场景下，定位技术主要分为基于射频(RF)信号的定位系统。
传统方案中，室内场景下的定位过程，采用最经典的基于飞行时间的TOF定位算法，终端需要同时接收到三个及以上基站的超宽带信号才能实现定位。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够在至少两个基站所在场景下，能够实现的终端定位方法、装置、计算机设备、计算机可读存储介质和计算机程序产品。
第一方面，本申请提供了一种终端定位方法。所述方法包括：
获取终端的陀螺仪数据与至少两个基站的超带宽数据；
根据所述超带宽数据确定所述终端相对于基准轴线的基准位置；
根据所述陀螺仪数据确定终端的行进方向；
根据所述基准位置与所述行进方向，确定所述终端的目标位置。
在其中一个实施例中，所述根据所述超带宽数据确定所述终端相对于基准轴线的基准位置，包括：
按照时间戳，将所述超带宽数据与所述陀螺仪数据进行匹配，得到对齐后超带宽数据；所述对齐后超带宽数据与所述陀螺仪数据是通过时间戳对齐的；
根据所述对齐后超带宽数据，确定所述终端相对于基准轴线的基准位置。
在其中一个实施例中，所述至少两个基站是两个基站，所述两个基站的距离为预设基站间距；
所述根据所述超带宽数据确定所述终端相对于基准轴线的基准位置，包括：
根据所述超带宽数据，计算出所述终端与所述两个基站的测距值；
根据所述测距值与所述预设基站间距，确定终端相对于基准轴线的基准位置。
在其中一个实施例中，所述根据所述陀螺仪数据确定终端的行进方向，包括：
确定所述陀螺仪数据在预设时间段内的变化角度；
根据所述变化角度，对所述终端的当前行进方向进行调整，得到调整后行进方向；
所述根据所述基准位置与所述行进方向，确定所述终端的目标位置，包括：
根据所述基准位置与所述调整后行进方向，确定所述终端相对于参考轴线的参考位置；其中，所述参考轴线与所述基准轴线存在交点；
根据所述基准位置和所述参考位置，确定所述终端的目标位置。
在其中一个实施例中，所述根据所述超带宽数据确定所述终端相对于基准轴线的基准位置，包括：
根据所述超带宽数据的信号功率所符合场景条件，判断所述终端与所述至少两个基站所在的定位场景；
若所述定位场景为视距场景，则根据所述视距场景下的超带宽数据，确定所述终端相对于基准轴线的基准位置。
在其中一个实施例中，所述方法还包括：
若所述定位场景为非视距场景，则接收后续超带宽数据，直至根据所述后续超带宽数据的信号功率确定所述定位场景更新为视距场景；
其中，所述非视距场景下的超带宽数据的时间戳，早于所述后续超带宽数据的时间戳。
在其中一个实施例中，所述根据所述超带宽数据的信号功率，判断所述终端与所述至少两个基站处于视距场景，包括：
根据所述超带宽数据的首次到达功率与接收功率，计算出信号收发功率差值；
若所述信号收发功率差值小于预设值，则判断所述终端与所述至少两个基站所在场景为视距场景。
第二方面，本申请还提供了一种终端定位装置。所述装置包括：
数据获取模块，用于获取终端的陀螺仪数据与至少两个基站的超带宽数据；
基准位置确定模块，用于根据所述超带宽数据确定所述终端相对于基准轴线的基准位置；
行进方向确定模块，用于根据所述陀螺仪数据确定终端的行进方向；
目标位置确定模块，用于根据所述基准位置与所述行进方向，确定所述终端的目标位置。
第三方面，本申请还提供了一种计算机设备。所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任意实施例中终端定位的步骤。
第四方面，本申请还提供了一种计算机可读存储介质。所述计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任意实施例中终端定位的步骤。
第五方面，本申请还提供了一种计算机程序产品。所述计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述任意实施例中终端定位的步骤。
上述终端定位方法、装置、计算机设备、存储介质和计算机程序产品，获取终端的陀螺仪数据与至少两个基站的超带宽数据；根据所述超带宽数据确定所述终端相对于基准轴线的基准位置，避免因陀螺仪数据估算步长数据而带来精度问题；根据所述陀螺仪数据代替基站来确定终端的行进方向，从而可以在仅具有两个基站的场景下，根据所述基准位置与所述行进方向，确定所述终端的目标位置，实现终端定位。
附图说明
图1为一个实施例中终端定位方法的应用环境图；
图2为一个实施例中终端定位方法的流程示意图；
图3为一个实施例中视距场景判断的流程示意图；
图4为另一个实施例中终端定位方法的流程示意图；
图5为另一个实施例中终端定位方法的应用环境图；
图6为一个实施例中终端定位方法的应用环境图；
图7为另一个实施例中终端定位方法的应用环境图；
图8为一个实施例中终端定位装置的结构框图；
图9为一个实施例中计算机设备的内部结构图。
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，此处描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本申请实施例提供的终端定位方法，可以应用于如图1所示的应用环境中。其中，终端102通过网络与至少两个基站104进行通信。
其中，终端102可以但不限于是各种个人计算机、笔记本电脑、智能手机、平板电脑和便携式可穿戴设备，便携式可穿戴设备可为智能手表、智能手环、头戴设备等。
在一个实施例中，如图2所示，提供了一种终端定位方法，以该方法应用于图1中的终端102为例进行说明，包括以下步骤：
步骤202，获取终端的陀螺仪数据与至少两个基站的超带宽数据。
陀螺仪数据是终端安装的陀螺仪传感器(IMU)所采集的。虽然陀螺仪数据可用于估算行人的步长信息与行进方向，从而获取用户实时位置和姿态变化，但是，估算出的步长信息存在累积误差，该误差会随着时间和/或距离的增加而逐渐增大。而且，实际场景中，行人的步长因实际环境的因素影响而产生波动，且该波动变化较为剧烈，使得根据历史数据或经验值估算的步长信息误差更大。
超带宽数据是至少两个基站通过超带宽技术(UWB)采集并发送到终端的。不同基站所发送超带宽数据的信号强度随着终端的位置而逐步变化，且超带宽数据用于测量终端与至少两个基站之间的距离。可以理解的是，上述至少两个基站用于对某场景内的终端进行定位，且各基站在该场景中的位置是已知的。其中，本方案应用的场景可以是室内的全局场景或局部场景，全局场景是以室内与室外的环境划分的场景，局部场景是以室内的环境细化所得的场景；例如，狭长房间是可应用本方案的全局场景，而大型楼宇内的狭长走廊是可应用本方案的局部场景。
超宽带技术(UWB)是高精度射频定位技术，通过超高带宽数据获得的时间分辨率更高，可达到厘米级的室内定位效果。然而，超宽带技术需要提前在场景中部署较高密度的超宽带基站以达到良好的精度和覆盖效果，且部署成本很高。其部署成本高的问题可基于本申请的步骤202-208及相应实施例可以解决。此外，超带宽技术存在射频定位技术的通病，即受场景信号传输质量的影响较大，准确性欠佳，此准确性问题可通过本申请在步骤302-304的相应实施例解决。
在一个实施例中，获取终端的陀螺仪数据与至少两个基站的超带宽数据之前，该方法还包括初始化的步骤；初始化的步骤包括：在终端进入某场景时，确定终端处于预设入口位置与预设的初始行进方向；预设入口位置是指，行人从室内已知坐标的起始点，例如房间或大楼的门口出发；而初始行进方向是已知的，初始行进方向路线可用直线y＝kx表示。
在一个实施例中，获取终端的陀螺仪数据与至少两个基站的超带宽数据，包括：基于终端102内置的陀螺仪传感器进行数据采集，得到终端的陀螺仪数据；接收至少两个基站发送的超带宽数据。
步骤204，根据超带宽数据确定终端相对于基准轴线的基准位置。
基准轴线是沿着定位场景的基准方向设定的直线，这条直线提供了终端在基准方向上的位置集合，可根据至少两个基站的超带宽数据确定该位置集合中的基准位置。
基准位置是终端在基准方向上的位置参数。由于场景内存在至少两个基站，至少两个基站各自的基站位置是已知的，且通过超带宽技术可测量出终端与至少两个基站之间的测距值，因而可通过基站位置与基站间距计算出基准位置。示例性地，基准轴线是某个直角坐标系下的x轴，基准位置是终端在这个直角坐标系中的x坐标。
在一个可行地实施例中，根据超带宽数据确定终端相对于基准轴线的基准位置，包括：终端将至少两个基站的超带宽数据，输入到终端内置的超带宽数据处理芯片中，得到终端与至少两个基站之间的测距值；根据至少两个基站各自的基站位置，确定基站间距；将该测距值与该基站间距代入到基准位置转换关系中，得到终端相对于基准轴线的基准位置。可选地，当终端产生位移时，该终端接收到的超带宽数据及超带宽数据的信号功率随之变化，从而根据信号功率的变化值，实时更新基准位置。
在一个实施例中，根据超带宽数据确定终端相对于基准轴线的基准位置，包括：按照时间戳，将超带宽数据与陀螺仪数据进行匹配，得到对齐后超带宽数据；对齐后超带宽数据与陀螺仪数据是通过时间戳对齐的；根据对齐后超带宽数据，确定终端相对于基准轴线的基准位置。
对齐后超带宽数据与陀螺仪数据是通过时间戳对齐的，每部分陀螺仪数据通过时间戳确定这部分陀螺仪数据相匹配的对齐后超带宽数据。可选地，陀螺仪数据与其匹配的对齐后超带宽数据具有相同的时间戳，且二者也可以是基于传输时间等环境因素进行时间戳调整与匹配所得的。
在一个实施方式中，按照时间戳，将超带宽数据与陀螺仪数据进行匹配，得到对齐后超带宽数据，包括：获取两个基站发送到终端的超带宽数据；每当接收到陀螺仪数据帧时，从超带宽数据中，查找与终端所接收陀螺仪数据帧时间戳相同的对齐后超带宽数据。本实施方式中，陀螺仪数据帧的输出频率小于超带宽数据的输出频率，因而每次收到陀螺仪数据帧触发超带宽数据的匹配过程；在匹配过程中，根据陀螺仪数据帧的时间戳找到相同时间戳的超带宽数据，得到对齐后超带宽数据。
将超带宽数据与陀螺仪数据进行匹配，得到对齐后超带宽数据，可在超带宽数据与陀螺仪数据是不同频率输出的情况下，保障上述基准位置与终端的行进方向是同一时刻的，从而更准确地确定终端的目标位置。
在一个实施例中，至少两个基站是两个基站，这两个基站的距离为预设基站间距。
相对应的，根据超带宽数据确定终端相对于基准轴线的基准位置，包括：根据超带宽数据，计算出终端与两个基站的测距值；根据测距值与预设基站间距，确定终端相对于基准轴线的基准位置。
测距值，是终端基于超带宽数据进行距离测量所得的结果，用于表征终端与这两个基站之间的距离。可选地，测距值的生成方法可以利用到达时间法(Time of Arrival，TOA)、和往返时间法(Round-Trip Time，RTT)等方式确定。其中，到达时间法是指，基于超带宽数据这一信号的发送时间和到达时间，从而测量出信号的传输时间，并根据光速计算出信号传播的测距值。往返时间法是指，通过终端与基站往返传输超带宽数据，并测量超带宽数据的往返时间，从而计算出信号传播距离，再根据该信号传播距离确定测距值。可选地，将测距值与预设基站间距，代入到某个基准位置转换关系，以得到终端相对于基准轴线的基准位置。
在一个具体的实施方式中，终端位于第一平面中，至少两个基站是第二平面的两个基站，两个基站的距离为预设基站间距，第一平面与第二平面平行，且基准轴线位于第一平面中，则用于表征基准位置转换关系的公式如下：
其中，x1是基准位置，d是预设基站间距，d11是一个基站与终端间的测距值，d12是另一个基站与终端间的测距值。
当终端所在场景存在两个基站时，终端定位方法的可应用场景得以增加，可将这两个基站部署于大型楼宇内的狭长走廊中，且一定程度上增加了基站采用超带宽技术对遮挡和信号丢失的鲁棒性。
步骤206，根据陀螺仪数据确定终端的行进方向。
行进方向，用于确定终端在方向上的变化趋势。由于陀螺仪数据并不用于确定终端的位置，无需估算行人步长这一步稳定的数据，因而行进方向的误差累积的程度较小，使得该行进方向的准确性较高。终端的行进方向是以基准轴线或场景内的其他参照物所定义的方向，当终端是手机或可穿戴设备时，终端的行进方向是行人的运动方向。
在一个可行地实施例中，根据陀螺仪数据确定终端的行进方向，包括：按照预先设定的映射表，对陀螺仪数据进行映射，得到映射结果；根据该映射结果确定终端的行进方向。
在另一个可选地实施例中，根据陀螺仪数据确定终端的行进方向，包括：对陀螺仪数据进行积分处理，根据积分处理的结果确定终端的行进方向。
步骤208，根据基准位置与行进方向，确定终端的目标位置。
目标位置是终端在场景内的定位结果。可选地，目标位置可以是极坐标系下的位置，也可以是直角坐标系下的位置；当目标位置属于直角坐标系下的位置时，可以是按照三角函数对基准位置与行进方向进行处理，以得到另一个轴线的参考位置，进而通过基准位置与参考位置确定目标位置。示例性地，基准位置是终端在x轴的坐标，参考位置是终端在y轴的坐标，目标位置是终端所在平面内的坐标对，目标位置可表示为(x，y)。
在一个实施例中，目标位置可以是实时更新的；相对应的，根据基准位置与行进方向，确定终端的目标位置，包括：当该终端在从已知位置开始移动的时间积累到预设时间段时，基于基准位置，确定终端从已知位置沿基准轴线的基准长度；根据行进方向确定终端的当前位置相对于基准轴线的变化角度；根据该基准长度与变化角度，确定终端的目标位置。
可以理解的是，在执行本方案前，即，不曾确定终端的目标位置时，上述初始化过程的预设入口位置是已知位置；本次计算的目标位置，可作为下一次目标位置计算过程中的部分已知位置。相对应的，在执行过至少一次本方案后，即，在初始化后，曾经确定终端的目标位置时，上一次计算出的目标位置作为本次目标位置计算过程中的部分已知位置。
在一个实施例中，根据陀螺仪数据确定终端的行进方向，包括：确定陀螺仪数据在预设时间段内的变化角度；根据变化角度，对终端的当前行进方向进行调整，得到调整后行进方向。
相对应的，根据基准位置与行进方向，确定终端的目标位置，包括：根据基准位置与调整后行进方向，确定终端相对于参考轴线的参考位置；其中，参考轴线与基准轴线存在交点；根据基准位置和参考位置，确定终端的目标位置。
预设时间段是对陀螺仪进行处理的时间长度，预设时间段内的变化角度用于确定行进方向变化程度；其中，预设时间段越短，陀螺仪数据在预设时间段内的变化角度越准确。可选地，可通过对预设时间段内的陀螺仪数据进行积分处理，得到预设时间段内的变化角度。
当前行进方向是当前时间戳的行进方向，且该行进方向是已知的；当前行进方向可以是上述初始行进方向，也可以是基于上一预设时间段的当前行进方向进行调整所得，而基于上一预设时间段的当前行进方向进行多次调整，可实现终端的实时定位。可选地，每经过一个预设时间段，则获取这个预设时间段内的变化角度，并根据该变化角度对当前行进方向进行调整，得到这个预设时间段对应的调整后行进方向。
参考轴线是沿着定位场景的参考方向而设定的直线。由于参考轴线与基准轴线是存在交点的相交线，参考轴线与基准轴线并不是重合或平行的轴线，因此，参考方向上的参考位置与基准方向上的基准位置，能够准确地反映目标位置。
在一个示例性地实施例中，以终端所在平面构建了某平面直角坐标系。该平面直角坐标系的x轴是基准轴线，基准位置是终端的x坐标，而该平面直角坐标系的y轴是参考轴线，参考位置是终端的y坐标，目标位置是二维坐标(x，y)；其中，不同时刻的目标位置是(xn，yn)，n为正整数。
由于通过陀螺仪数据在预设时间段内的变化角度，其与行人步长并无关系，解决了陀螺仪数据因步长估计而存在的累计漂移误差问题；且可通过预设时间段的长短来控制变化角度的准确性，因而根据变化角度，对终端的当前行进方向进行调整，得到调整后行进方向，以此得到更准确的参考位置。
上述终端定位方法中，获取终端的陀螺仪数据与至少两个基站的超带宽数据；根据超带宽数据确定终端相对于基准轴线的基准位置，避免因陀螺仪数据估算步长数据而带来精度问题；根据陀螺仪数据代替基站来确定终端的行进方向，从而可以在仅具有两个基站的场景下，根据基准位置与行进方向，确定终端的目标位置，实现终端定位。
基于此，只需要收到两个基站的超带宽数据配合移动终端常备的IMU陀螺仪即可实现定位，对基站的部署密度要求大大降低；可以有效抑制陀螺仪数据因步长累计而产生的误差问题，实现长距离高精度定位。
由于超带宽技术存在射频定位技术的通病，会因场景而严重影响信号传输质量，为了提高终端定位的准确性，引入定位场景的判断过程。
在一个实施例中，根据超带宽数据确定终端相对于基准轴线的基准位置，包括：
步骤302，根据超带宽数据的信号功率所符合场景条件，判断终端与至少两个基站所在的定位场景。
信号功率用于表征超带宽数据通过信号接收时的能量，以对超带宽数据的信号传播过程进行信号衰减、损耗的监测。当信号功率的大小、数据类型、波形或其他属性符合某一场景条件时，则可以此确定终端与至少两个基站所在的定位场景。
定位场景用于是终端与至少两个基站间进行超带宽数据传输的信号传播场景，各定位场景可采用各自的定位策略。可选地，对于根据超带宽数据因障碍物而导致的信号衰减、损耗等情况，可将定位场景划分为信号传播过程不经过障碍物的视距场景(line-of-sight，LOS)，以及，信号传播过程经过障碍物的非视距场景(not line of sight，NLOS)。
在一个实施方式中，根据超带宽数据的信号功率所符合场景条件，判断终端与至少两个基站所在的定位场景，包括：根据超带宽数据的信号功率确定场景判断值；根据该场景判断值所在的场景类别区间，从视距场景与非视距场景中，确定终端与至少两个基站所在的定位场景。
在另一个实施方式中，根据超带宽数据的信号功率，判断终端与至少两个基站处于视距场景，包括：根据超带宽数据的首次到达功率与接收功率，计算出信号收发功率差值；若信号收发功率差值小于预设值，则判断终端与至少两个基站所在场景为视距场景。
首次到达功率是承载超带宽数据的信号通过某个路径到达终端，且终端将到达的超带宽数据首次解析时的功率。首次到达功率是信号到达接收端的第一个路径(firstpath)的信号功率参考值，其可用于表征信号在到达接收端时的最大峰值信号功率。
接收功率是终端接收到信号的功率大小，在终端接收信号的灵敏度等因素不变的情况下，接收功率与首次到达功率之间存在某种对应关系，可根据这种对应关系确定与信号收发功率差值相关的预设值；根据信号收发功率差值和预设值的比较结果，判断终端是否处于视距场景中。
信号收发功率差值可以是首次到达功率与接收功率的差值，或者，对该差值进行某种处理所得的数值。例如：其可以是对某时间段内的众数差值，其可以是对某时间段内的各差值进行累加所得的累加值，或某时间段内的各差值进行累加所得的平均值。
在一个可选地实施方式中，若信号收发功率差值小于预设值，则判断终端与至少两个基站所在场景为视距场景，包括：若信号收发功率差值小于6分贝毫瓦(dBm)，则判断终端与至少两个基站所在的当前场景为视距场景。
本实施方式中，根据超带宽数据的首次到达功率与接收功率，计算出信号收发功率差值，以终端接收到的信号准确地判断定位场景是否为视距场景，从而更准确地确定终端所在的位置。
可选地，该方法还包括：若定位场景为非视距场景，则接收后续超带宽数据，直至根据后续超带宽数据的信号功率确定定位场景更新为视距场景；其中，非视距场景下的超带宽数据的时间戳，早于后续超带宽数据的时间戳。
在一个可行地实施方式中，根据后续超带宽数据的信号功率确定定位场景更新为视距场景，包括：根据当前超带宽数据的首次到达功率与接收功率，计算出当前超带宽数据的信号收发功率差值；若当前超带宽数据的信号收发功率差值小于预设值，则判断终端与至少两个基站所在场景更新为视距场景。
非视距场景中，信号从发射端到接收端的过程中穿过了障碍物造成了衰减和反射，对接收到信号的时间造成了影响，所以非视距场景下的测距值相对视距场景下的测距值会存在一定的误差。因而，在非视距场景下，接收后续超带宽数据，直至定位场景变更为视距场景。
步骤304，若定位场景为视距场景，则根据视距场景下的超带宽数据，确定终端相对于基准轴线的基准位置。
在视距场景中，传输超带宽数据的信号强度变化较小，且稳定性较高，从而在终端处于视距场景时，才进行基准位置的测定，从而提高了基准位置的置信度。
本实施例中，在确定基准位置之前，通过信号收发功率所符合场景条件，当定位场景为非视距场景时，继续更新超带宽数据，直到定位场景为视距场景；当判断定位场景为视距场景，从而仅在终端处于视距场景时，才进行基准位置的测定，从而提高了基准位置的置信度，使得终端位置更为准确。
在一个具体的实施方式中，计算首次到达(First Path)信号功率PFP与接收信号功率PRX的单位均为分贝毫瓦(dBm)，其公式如下：
其中，F1，F2，F3为首次到达信号在波形上三个点的幅度，C，N，A表示信道脉冲响应功率，前导码累加计数(Preamble Accumulation Count)和与脉冲重复频率(PulseRepetition Frequency)相关的常量，这些数值均可从UWB芯片提供的接口获取。
相对应的，信号收发功率差值的计算公式为：
Pdiff＝PRX-PFP
根据多次试验数据可知，当计算的到的信号收发功率差值小于6dBm，该定位场景为视距场景。结合系统流程，当判断行人位置的UWB信号为LOS场景时，继续到下一步定位算法解算位置，否则结束当前循环，返回到获取数据步骤，重新等待获取下一帧数据。
综上，如果采用业界UWB TOF定位技术，其需要同时收到至少三个基站信号实现定位，而本方法只需要收到两个基站的信号配合移动终端常备的陀螺仪即可实现定位，对基站的部署密度要求大大降低。且业内绝大多数基于PDR/INS的定位算法所产生的陀螺仪数据误差，可通过本方法效抑制，实现长距离高精度定位；此外，本方法中加入的判断LOS场景步骤，定位精度稳定性进一步增高，从而更准确地进行定位。
在一个示例性地实施例中，如图4所示，上述终端定位方法，包括：
初始化：行人从室内已知坐标的起始点(例如房间或大楼的门口(0，0)点)出发，沿着已知的初始行进方向前进，且初始行进方向路线可用直线y＝kx表示，该初始化的步骤位于上述步骤202之前；
获取陀螺仪数据和超带宽数据：通常对陀螺仪数据进行处理的芯片输出频率小于超带宽数据进行处理的芯片，所以以每次获取到陀螺仪数据帧为触发器激活循环，即，每次收到陀螺仪数据帧触发，根据时间戳找到相同时间戳的超带宽数据。而且，超带宽数据同步持续采集并打上时间戳并与陀螺仪数据进行帧对齐，该步骤对应于上述步骤202与步骤204的部分实施例中。
判断超带宽数据是否视距场景：基于上一步骤获取的超带宽数据帧的信号强度判断，判断方法详见步骤302-304及其中的实施例，若判断为TRUE，则进行下一步的终端定位，若判断为FALSE，则重新获取后续超带宽数据。
终端定位：该步骤对应于上述步骤204-208及相应实施例中。
在一个实施例中，如图5所示场景中，对终端定位的基准位置转换关系采用如下方式推导：
空间中有平行的第一平面与第二平面，第一平面代表天花板，第二平面代表需定位终端所在的水平面，第一平面位于第二平面的上方。空间坐标轴以场景入口，如门口O(0,0,0)为原点，坐标轴方向x-y-z(右前下)如图所示。
A1和A2为UWB基站部署的位置，均在上平面，为已知信息，部署A1，A2使其坐标为(a1,y,h)和(a1+d,y,h)，即A1A2线段平行与x轴且长度为d。S1为待解算终端位置，位于下平面。d11和d12为S1点到A1和A2的距离，通过UWB测距输出。由S1向A1A2连线做垂线，垂点为H1，线段H1S1的长度为h1，线段A1H1的长度为x1，线段A2H1的长度即为(d-x1)。上述关系可以列方程组以计算出x1(上述基准位置)的计算公式：
其中，d，d11，d12均为已知量，解方程求得x1，所以S1点横坐标为a1+x1，a1在部署基站时已知，所以S1点横坐标求得。
在一个实施例中，当行人携带终端进入这一场景时，第二平面如图6所示。图中箭头为行人在初始位置的初始行进方向，经过预设时间段t后，行人步行至S1位置，角度θ0可通过积分t时间内的陀螺仪输出计算获得。由于t时间较短，所以角度θ0结果较为精准。根据直线斜率方程，直线OS1的方程为，y＝tan(Π-θ0)x，因为S1点的横坐标在上一页前述步骤已算出，故代入可解出其纵坐标(即上文的参考坐标)。
在另一个实施例中，当行人在这一场景存在不同时间段内的目标位置时，第二平面如图7所示。以经过某一预设时间段t1的移动后，对S2位置的终端进行定位方式进行推导，可很明显可以看出，直线S1S2可由直线OS1绕S1点顺时针旋转θ1角度而得到，根据直线旋转变换公式，旋转后的直线的公式可表示为：
其中，θ为旋转的角度，k为旋转前直线的斜率，b为旋转前直线的截距，x0,y0为旋转基点的坐标，由于直线OS1表达式已知，θ1为t1时间内的陀螺仪输出积分求得，S1点坐标前文已求得，所以可解得S1S2的直线表达式，S2点横坐标通过步骤204的相关步骤算出，代入可解出步骤206-208可解得相应的纵坐标。循环上述步骤对携带终端的行人进行定位。
由此，陀螺仪辅助的低成本超带宽技术进行的终端定位方法，适用于已知初始位置的行人轨迹跟踪：行人从已知位置出发，根据场景内两个基站的测距信息，计算行人的x轴坐标，根据IMU陀螺仪的输出，计算行走方向，结合上述信息解算行人二维坐标，完成定位。
相比较而言，首先，业界基于飞行时间的TOF定位算法需要同时收到至少三个基站信号实现定位，而本方法只需要收到两个基站发送的超带宽数据配合移动终端常备的陀螺仪数据即可实现定位，对基站的部署密度要求大幅度降低。其次，对比业内绝大多数基于PDR/INS的定位算法，本方法可以有效抑制IMU的累计误差问题，实现长距离高精度定位；而且，本方法中加入的判断视距场景步骤，进一步提高定位准确性。
应该理解的是，虽然如上所述的各实施例所涉及的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，如上所述的各实施例所涉及的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
基于同样的发明构思，本申请实施例还提供了一种用于实现上述所涉及的终端定位方法的终端定位装置。该装置所提供的解决问题的实现方案与上述方法中所记载的实现方案相似，故下面所提供的一个或多个终端定位装置实施例中的具体限定可以参见上文中对于终端定位方法的限定，在此不再赘述。
在一个实施例中，如图8所示，提供了一种终端定位装置，包括：
数据获取模块802，用于获取终端的陀螺仪数据与至少两个基站的超带宽数据；
基准位置确定模块804，用于根据所述超带宽数据确定所述终端相对于基准轴线的基准位置；
行进方向确定模块806，用于根据所述陀螺仪数据确定终端的行进方向；
目标位置确定模块808，用于根据所述基准位置与所述行进方向，确定所述终端的目标位置。
在其中一个实施例中，所述基准位置确定模块804，用于：
按照时间戳，将所述超带宽数据与所述陀螺仪数据进行匹配，得到对齐后超带宽数据；所述对齐后超带宽数据与所述陀螺仪数据是通过时间戳对齐的；
根据所述对齐后超带宽数据，确定所述终端相对于基准轴线的基准位置。
在其中一个实施例中，所述至少两个基站是两个基站，所述两个基站的距离为预设基站间距；所述基准位置确定模块804，用于：
根据所述超带宽数据，计算出所述终端与所述两个基站的测距值；
根据所述测距值与所述预设基站间距，确定终端相对于基准轴线的基准位置。
在其中一个实施例中，所述行进方向确定模块806，用于：
确定所述陀螺仪数据在预设时间段内的变化角度；
根据所述变化角度，对所述终端的当前行进方向进行调整，得到调整后行进方向；
所述目标位置确定模块808，用于：
根据所述基准位置与所述调整后行进方向，确定所述终端相对于参考轴线的参考位置；其中，所述参考轴线与所述基准轴线存在交点；
根据所述基准位置和所述参考位置，确定所述终端的目标位置。
在其中一个实施例中，基准位置确定模块804，用于：
根据所述超带宽数据的信号功率所符合场景条件，判断所述终端与所述至少两个基站所在的定位场景；
若所述定位场景为视距场景，则根据所述视距场景下的超带宽数据，确定所述终端相对于基准轴线的基准位置。
在其中一个实施例中，所述基准位置确定模块804，用于：
若所述定位场景为非视距场景，则接收后续超带宽数据，直至根据所述后续超带宽数据的信号功率确定所述定位场景更新为视距场景；
其中，所述非视距场景下的超带宽数据的时间戳，早于所述后续超带宽数据的时间戳。
在其中一个实施例中，所述基准位置确定模块804，用于：
根据所述超带宽数据的首次到达功率与接收功率，计算出信号收发功率差值；
若所述信号收发功率差值小于预设值，则判断所述终端与所述至少两个基站所在场景为视距场景。
上述终端定位装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以通过软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是终端，其内部结构图可以如图9所示。该计算机设备包括处理器、存储器、输入/输出接口、通信接口、显示单元和输入装置。其中，处理器、存储器和输入/输出接口通过系统总线连接，通信接口、显示单元和输入装置通过输入/输出接口连接到系统总线。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的输入/输出接口用于处理器与外部设备之间交换信息。该计算机设备的通信接口用于与外部的终端进行有线或无线方式的通信，无线方式可通过WIFI、移动蜂窝网络、NFC(近场通信)或其他技术实现。该计算机程序被处理器执行时以实现一种终端定位方法。该计算机设备的显示单元用于形成视觉可见的画面，可以是显示屏、投影装置或虚拟现实成像装置，显示屏可以是液晶显示屏或电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
本领域技术人员可以理解，图9中示出的结构，仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，还提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现上述各方法实施例中的步骤。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述各方法实施例中的步骤。
在一个实施例中，提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述各方法实施例中的步骤。
需要说明的是，本申请所涉及的用户信息(包括但不限于用户设备信息、用户个人信息等)和数据(包括但不限于用于分析的数据、存储的数据、展示的数据等)，均为经用户授权或者经过各方充分授权的信息和数据，且相关数据的收集、使用和处理需要遵守相关国家和地区的相关法律法规和标准。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是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非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、磁带、软盘、闪存、光存储器、高密度嵌入式非易失性存储器、阻变存储器(ReRAM)、磁变存储器(Magnetoresistive Random Access Memory，MRAM)、铁电存储器(Ferroelectric Random Access Memory，FRAM)、相变存储器(Phase Change Memory，PCM)、石墨烯存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)或外部高速缓冲存储器等。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic RandomAccess Memory，DRAM)等。本申请所提供的各实施例中所涉及的数据库可包括关系型数据库和非关系型数据库中至少一种。非关系型数据库可包括基于区块链的分布式数据库等，不限于此。本申请所提供的各实施例中所涉及的处理器可为通用处理器、中央处理器、图形处理器、数字信号处理器、可编程逻辑器、基于量子计算的数据处理逻辑器等，不限于此。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种终端定位方法，其特征在于，所述方法包括：
获取终端的陀螺仪数据与至少两个基站的超带宽数据；
根据所述超带宽数据确定所述终端相对于基准轴线的基准位置；
根据所述陀螺仪数据确定终端的行进方向；
根据所述基准位置与所述行进方向，确定所述终端的目标位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述超带宽数据确定所述终端相对于基准轴线的基准位置，包括：
按照时间戳，将所述超带宽数据与所述陀螺仪数据进行匹配，得到对齐后超带宽数据；所述对齐后超带宽数据与所述陀螺仪数据是通过时间戳对齐的；
根据所述对齐后超带宽数据，确定所述终端相对于基准轴线的基准位置。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少两个基站是两个基站，所述两个基站的距离为预设基站间距；
所述根据所述超带宽数据确定所述终端相对于基准轴线的基准位置，包括：
根据所述超带宽数据，计算出所述终端与所述两个基站的测距值；
根据所述测距值与所述预设基站间距，确定终端相对于基准轴线的基准位置。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述陀螺仪数据确定终端的行进方向，包括：
确定所述陀螺仪数据在预设时间段内的变化角度；
根据所述变化角度，对所述终端的当前行进方向进行调整，得到调整后行进方向；
所述根据所述基准位置与所述行进方向，确定所述终端的目标位置，包括：
根据所述基准位置与所述调整后行进方向，确定所述终端相对于参考轴线的参考位置；其中，所述参考轴线与所述基准轴线存在交点；
根据所述基准位置和所述参考位置，确定所述终端的目标位置。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述超带宽数据确定所述终端相对于基准轴线的基准位置，包括：
根据所述超带宽数据的信号功率所符合场景条件，判断所述终端与所述至少两个基站所在的定位场景；
若所述定位场景为视距场景，则根据所述视距场景下的超带宽数据，确定所述终端相对于基准轴线的基准位置。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
若所述定位场景为非视距场景，则接收后续超带宽数据，直至根据所述后续超带宽数据的信号功率确定所述定位场景更新为视距场景；
其中，所述非视距场景下的超带宽数据的时间戳，早于所述后续超带宽数据的时间戳。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述超带宽数据的信号功率，判断所述终端与所述至少两个基站处于视距场景，包括：
根据所述超带宽数据的首次到达功率与接收功率，计算出信号收发功率差值；
若所述信号收发功率差值小于预设值，则判断所述终端与所述至少两个基站所在场景为视距场景。
8.一种终端定位装置，其特征在于，所述装置包括：
数据获取模块，用于获取终端的陀螺仪数据与至少两个基站的超带宽数据；
基准位置确定模块，用于根据所述超带宽数据确定所述终端相对于基准轴线的基准位置；
行进方向确定模块，用于根据所述陀螺仪数据确定终端的行进方向；
目标位置确定模块，用于根据所述基准位置与所述行进方向，确定所述终端的目标位置。
9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。
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