CN117560767B - 测距值nlos识别方法及装置、接收装置及存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例涉及通信技术领域，公开了一种测距值NLOS识别方法。该方法包括：根据首径位置索引和最强径位置索引以及预设NLOS状态等级得到测距值的首次NLOS状态值；获取测距值的至少两种NLOS等级修正参数，根据至少两种NLOS等级修正参数逐次对测距值的NLOS状态值进行修正并得到测距值的最终NLOS状态值；其中，至少两种NLOS等级修正参数选自以下修正参数：测距值对应的首径功率和接收功率、测距值对应的测距目标的运动速度信息、测距值的NLOS等级的参考基准以及测距值及其对应的三角形的边的信息。本发明实施例可准确、高效识别NLOS状态，且计算量小、易于实现。

Description

测距值NLOS识别方法及装置、接收装置及存储介质
技术领域
本发明实施例涉及通信技术领域，尤其涉及一种测距值NLOS识别方法及装置、接收装置及存储介质。
背景技术
随着科技的发展，基于位置的服务（Location Based Services，LBS）给日常生活带来了很大的便利。基于位置的服务主要包含室内和室外定位，室外GPS（GlobalPositioning System）定位相对成熟，并能满足人们的室外定位需求，但在室内，因卫星信号被遮挡，GPS无法完成高精度的定位。而人们大多数的活动发生在室内，因此研究高精度室内定位就十分有意义。超宽带（Ultra Wide Band，UWB）定位与其它无线定位技术相比，具有定位精度高、带宽极宽、安全性高、穿透性强、抗干扰能力强等特点，使得UWB定位被认为是最有前途的室内定位解决方案之一。
非视距（Non Line Of Sight，NLOS）信道环境下的测距值往往比真实距离大1m以上，且测距值的波动较大，若用NLOS下的测距值来计算标签坐标，会导致计算出的标签坐标与真实坐标的偏差较大，因此识别NLOS信道环境下的测距值就十分有必要。现有的测距值NLOS识别方法主要有：1、基于信道冲击响应(Channel Impulse Response，CIR)的NLOS识别，对接收机收到的CIR序列进行截取，通过对截取的CIR片段进行处理，得到首径的位置索引，从而修正测距值，该方法容易产生首径位置的误判；2、基于残差方法的NLOS判断，是先用测距值进行坐标解解算，再得到解算坐标到基站的距离与对应测距值的偏差，这个偏差为残差，若残差大于阈值，则对应的测距值为NLOS，再使用非NLOS的测距值重新计算坐标，这种方法计算量较大，耗时较长；3、基于人工智能的NLOS判断，对NLOS数据采集、训练、预测等方式建立模型，这种方法时间成本较高，效率较低。
发明内容
本发明实施例提供一种测距值NLOS识别方法及装置、接收装置及存储介质，可准确、高效识别测距值的NLOS状态，有利于提高NLOS下定位的稳定性，且方法简单、计算量小、易于实现。
第一方面，本发明实施例提供了一种测距值NLOS识别方法，包括：获取测距值对应信道的信道脉冲响应CIR；根据所述CIR计算得到首径位置索引和最强径位置索引；根据所述首径位置索引和最强径位置索引以及预设NLOS状态等级得到所述测距值的首次NLOS状态值；获取所述测距值的至少两种NLOS等级修正参数，根据所述至少两种NLOS等级修正参数逐次对所述测距值的NLOS状态值进行修正并得到所述测距值的最终NLOS状态值；其中，所述至少两种NLOS等级修正参数选自以下修正参数：测距值对应的首径功率和接收功率、测距值对应的测距目标的运动速度信息、测距值的NLOS等级的参考基准以及测距值及其对应的三角形的边的信息。
作为一个实施例，所述根据所述首径位置索引和最强径位置索引以及预设NLOS状态等级得到所述测距值的首次NLOS状态值，包括：
根据所述首径位置索引和最强径位置索引的差值以及预设NLOS状态等级得到所述测距值的首次NLOS状态值。
作为一个实施例，所述预设NLOS状态等级的状态值state=0、1、2、3；其中，0、1、2、3分别表示测距值的信道场景为视距环境LOS、很可能为LOS、很可能为NLOS或者为NLOS；
所述根据所述首径位置索引和最强径位置索引的差值以及预设NLOS状态等级得到所述测距值的首次NLOS状态值，包括：
若所述测距值基于双边双向测距得到，且所述测距值的三个测距包的首径位置索引与最强径位置索引的索引差值均小于索引差值阈值，则所述测距值的state=0，若所述三个测距包中一包或者两包的首径位置索引与最强径位置索引的索引差值小于索引差值阈值，则所述测距值的state=1，若所述测距值的三个测距包的首径位置索引与最强径位置索引的索引差值均大于或者等于索引差值阈值，则所述测距值的state=2。
作为一个实施例，所述根据所述至少两种NLOS等级修正参数逐次对所述测距值的NLOS状态值进行修正并得到所述测距值的最终NLOS状态值，包括：
当NLOS等级修正参数为测距值对应的首径功率和接收功率时，根据测距值的首径功率和接收功率的差值对所述测距值的NLOS状态值进行修正。
作为一个实施例，所述预设NLOS状态等级的状态值state=0、1、2、3；其中，0、1、2、3分别表示测距值的信道场景为视距环境LOS、很可能为LOS、很可能为NLOS或者为NLOS；
所述根据测距值的首径功率和接收功率的差值对所述测距值的NLOS状态值进行修正，包括：
若所述测距值基于双边双向测距得到，本次修正前所述测距值的state=2，且所述测距值的三个测距包的首径功率与接收功率的差值均小于各包接收功率对应的差值阈值，则修正后的所述测距值的state=1，若所述测距值的三个测距包的首径功率与接收功率的差值均大于或者等于各包接收功率对应的差值阈值，则所述测距值的state=2。
作为一个实施例，所述根据所述至少两种NLOS等级修正参数逐次对所述测距值的NLOS状态值进行修正并得到所述测距值的最终NLOS状态值，包括：
当NLOS等级修正参数为测距值对应的测距目标的运动速度信息时，根据测距频率和测距目标的最大运动速度得到相邻测距值的最大距离差阈值，根据所述最大距离差阈值对所述测距值的NLOS状态值进行修正。
作为一个实施例，所述预设NLOS状态等级的状态值state=0、1、2、3；其中，0、1、2、3分别表示测距值的信道场景为视距环境LOS、很可能为LOS、很可能为NLOS或者为NLOS；
所述根据所述最大距离差阈值对所述测距值的NLOS状态值进行修正，包括：
若d_now-d_before>Δd，则state_now=3；
若state_now=2 && d_now<d_before+Δd/4 &&state_before<=1，则state_now=1；
若state_before=3 && d_now>d_before，state_now=3；
其中，d_now为当前测距值，d_before为上一轮测距值；state_now为当前测距值的NLOS状态值，state_before为上一轮测距值的NLOS状态值，Δd为相邻测距值的最大距离差阈值。
作为一个实施例，所述根据所述至少两种NLOS等级修正参数逐次对所述测距值的NLOS状态值进行修正并得到所述测距值的最终NLOS状态值，包括：
当NLOS等级修正参数为测距值的NLOS等级的参考基准时，建立测距值的NLOS等级的参考基准，根据所述参考基准中的n个所述测距值的平均值和/或标准差对所述测距值的NLOS状态值进行修正；其中所述参考基准包括n个连续满足预设条件的测距值；n为大于1的自然数。
作为一个实施例，所述预设NLOS状态等级的状态值state=0、1、2、3；其中，0、1、2、3分别表示测距值的信道场景为视距环境LOS、很可能为LOS、很可能为NLOS或者为NLOS；
根据所述参考基准中的n个所述测距值的平均值和标准差对所述测距值的NLOS状态值进行修正，包括：
若n个所述测距值的state均为0或者1时，当第n+1次测距值的state_now=2，计算得到第2个到第n+1个测距值的平均值value_mean和标准差value_std；
若abs(d_now-value_mean)<threshold_mean && value_std<threshold_std，则本次修正后所述测距值的state_now=1；其中，threshold_mean表示参考基准窗口内测距值平均值与当前测距值差值的阈值，threshold_std表示参考基准窗口内n个测距值标准差的阈值；其中，所述threshold_mean和threshold_std=g(f,v,n)均与测距频率、测距目标的速度以及n的取值相关。
作为一个实施例，所述根据所述至少两种NLOS等级修正参数逐次对所述测距值的NLOS状态值进行修正并得到所述测距值的最终NLOS状态值，包括：
当NLOS等级修正参数为所述测距值及其对应的三角形的边的信息时，根据所述测距值及其对应的三角形的边的信息以及三角形的三边之间的关系对所述测距值的NLOS状态值进行修正。
作为一个实施例，所述预设NLOS状态等级的状态值state=0、1、2、3；其中，0、1、2、3分别表示测距值的信道场景为视距环境LOS、很可能为LOS、很可能为NLOS或者为NLOS；
根据所述测距值及其对应的三角形的边的信息以及三角形的三边之间的关系对所述测距值的NLOS状态值进行修正，包括：
若测距值、测距值/>分别为测距目标与第一基站和第二基站之间的距离，且/>与之差的绝对值大于所述第一基站和所述第二基站之间的距离，若/>，则测距值/>的state=3，若/>，则测距值/>的state=3。
作为一个实施例，根据所述至少两种NLOS等级修正参数逐次对所述测距值的NLOS状态值进行修正并得到所述测距值的最终NLOS状态值，包括：
按照以下顺序逐次进行修正：测距值对应的首径功率和接收功率、测距值对应的测距目标的运动速度信息、测距值的NLOS等级的参考基准以及测距值及其对应的三角形的边的信息。
作为一个实施例，所述方法还包括：基于所述测距值的最终NLOS状态值进行TOA或者TDOA定位。
第二方面，本发明实施例提供了一种测距值NLOS识别装置，包括：CIR获取模块，用于获取测距值对应信道的信道脉冲响应CIR；
位置计算模块，用于根据所述CIR计算得到首径位置索引和最强径位置索引；
首次识别模块，用于根据所述首径位置索引和最强径位置索引以及预设NLOS状态等级得到所述测距值的首次NLOS状态值；以及
修正模块，用于获取所述测距值的至少两种NLOS等级修正参数，根据所述至少两种NLOS等级修正参数逐次对所述测距值的NLOS状态值进行修正并得到所述测距值的最终NLOS状态值；其中，所述至少两种NLOS等级修正参数选自以下修正参数：测距值对应的首径功率和接收功率、测距值对应的测距目标的运动速度信息、测距值的NLOS等级的参考基准以及测距值及其对应的三角形的边的信息。
第三方面，本发明实施例提供了一种接收装置，包括存储器、收发机、处理器；
存储器，用于存储计算机程序；收发机，用于在所述处理器的控制下收发数据；所述处理器用于读取所述存储器中的计算机程序并在执行所述程序时实现如前所述的测距值NLOS识别方法。
第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如第一方面所述的测距值NLOS识别方法。
本发明实施例提供的技术方案与现有技术相比至少具备以下积极效果：
本发明实施例的测距值NLOS识别方法，先根据测距值的首径位置索引和最强径位置索引识别得到测距值的首次NLOS状态值，再根据至少两种NLOS等级修正参数逐次对测距值的NLOS状态值进行修正，从而通过多维度评价准确、高效地得到测距值的NLOS状态，且方法简单、计算量小、易于实现，适于室内UWB定位，可提高UWB定位的稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一提供的测距值NLOS识别方法的流程示意图；
图2为本发明实施例二提供的测距值NLOS识别方法的流程示意图；
图3为UWB定位双边双向测距示意图；
图4为本发明实施例三提供的测距值NLOS识别方法的流程示意图；
图5为TOA定位示意图；
图6为TDOA时钟同步示意图；
图7为上行TDOA时钟示意图；
图8为本发明实施例四提供的测距值NLOS识别装置的结构示意图；
图9为本发明实施例五提供的接收装置的结构示意图。
实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
图1为本发明实施例一提供的测距值NLOS识别方法的流程示意图，应用于接收端，用于准确识别测距值的NLOS状态，可应用于超宽带(Ultra Wide Band，UWB)定位，激光测距等。接收端可以为超宽带(Ultra Wide Band，UWB)基站，或者激光测距接收装置，在此不做具体限制。该方法可以由本发明实施例提供的一种测距值NLOS识别装置来执行，该装置可以采用软件和/或硬件方式实现，并配置于接收端。本发明实施例具体包括如下步骤：
步骤101、获取测距值对应信道的信道脉冲响应CIR。
测距值可以为UWB基站测得的UWB标签和UWB基站之间的距离信息。测距值对应信道为测距时UWB基站和UWB标签之间的通信信道。信道脉冲响应用于反映信道的基本特性。CIR数据可以从UWB基站芯片中读取，此处不再赘述。
步骤102、根据CIR计算得到首径位置索引和最强径位置索引。
UWB测距时，接收端从每个测距包的CIR信息中计算得到首径位置索引和最强径位置索引，本领域技术人员可以采用已知方法得到首径位置索引和最强径位置索引，此处不再赘述。
步骤103、根据首径位置索引和最强径位置索引以及预设NLOS状态等级得到测距值的首次NLOS状态值。
NLOS状态等级表示测距值对应信道的信道环境为视距环境LOS或者非视距环境NLOS的多种可能性，比如，测距值为LOS的等级可以包括测距值为LOS或者测距值很可能为LOS两个等级，测距值为NLOS的等级可以包括测距值为NLOS以及测距值很可能为NLOS两个等级，可以理解的是，NLOS状态等级可以预先划分，还可以划分为更细小的粒度，在此不做过分限制。
根据首径位置索引和最强径位置索引以及预设NLOS状态等级得到测距值的首次NLOS状态值具体可以包括：根据首径位置索引和最强径位置索引的差值以及预设NLOS状态等级得到测距值的首次NLOS状态值。
需要说明的是，根据首径位置索引和最强径位置索引的差值可以准确识别出测距值为LOS、测距值很可能为LOS或者测距值很可能为NLOS的情况，从而有利于在后续的修正中对测距值不为LOS的情况进一步精确分类。
步骤104：获取测距值的至少两种NLOS等级修正参数，根据至少两种NLOS等级修正参数逐次对测距值的NLOS状态值进行修正并得到测距值的最终NLOS状态值。
NLOS等级修正参数用于对测距值的NLOS状态值识别中存在的偏差进行补偿，而不同的NLOS等级修正参数可从不同维度对测距值的NLOS状态值进行补偿，多种NLOS等级修正参数可以更全面地对NLOS状态值进行修正，提高测距值NLOS识别的准确性。
其中，至少两种NLOS等级修正参数选自以下修正参数：测距值对应的首径功率和接收功率、测距值对应的测距目标的运动速度信息、测距值的NLOS等级的参考基准以及测距值及其对应的三角形的边的信息。
可以采用上述NLOS等级修正参数中的两种，比如测距值对应的首径功率和接收功率和测距值对应的测距目标的运动速度信息逐次修正得到测距值最终的NLOS状态值，也可以采用3种或者全部修正参数逐次进行修正。可以理解的是，本实施例对于修正次数、顺序以及具体修正参数不做过分限制，基于信道环境的特性以及测距环境特性，也可以采用其他修正参数。
其中，当NLOS等级修正参数为测距值对应的首径功率和接收功率时，可根据测距值的首径功率和接收功率的差值对测距值的NLOS状态值进行修正。首径功率是首径索引处对应的功率，比如由TOA算法搜索到的首径索引处对应的功率；接收功率是由接收端计算的总接收功率。根据测距值的首径功率和接收功率的差值进行修正有利于进一步识别出首径不是最强径的LOS下的测距值。
当NLOS等级修正参数为测距值对应的测距目标的运动速度信息时，可根据测距频率和测距目标的最大运动速度得到相邻测距值的最大距离差阈值，根据最大距离差阈值对测距值的NLOS状态值进行修正，有利于根据测距目标的运动信息更准确、有效地识别信道环境。
当NLOS等级修正参数为测距值的NLOS等级的参考基准时，可建立测距值的NLOS等级的参考基准（亦可称baseline），根并据参考基准中的n个测距值的平均值和/或标准差对测距值的NLOS状态值进行修正。其中，参考基准包括n个连续满足预设条件的测距值，从而可以根据测距值的统计特性，比如惯性，更准确地识别测距值的NLOS状态。
当NLOS等级修正参数为测距值及其对应的三角形的边的信息时，可根据测距值及其对应的三角形的边的信息以及三角形的三边之间的关系对测距值的NLOS状态值进行修正，从而可以进一步提高NLOS状态识别的准确性。下文会具体说明上述各修正参数的修正方式。
与现有技术相比，本发明实施例的测距值NLOS识别方法，先根据测距值的首径位置索引和最强径位置索引识别得到测距值的首次NLOS状态值，再根据多种NLOS等级修正参数逐次对测距值的NLOS状态值进行修正，从而通过多维度分析，准确、高效地得到测距值的NLOS状态，且方法简单、计算量小、易于实现，适于室内UWB定位，可提高UWB定位的稳定性。
本发明实施例二提供一种测距值NLOS识别方法，包括以下步骤：
步骤201，获取测距值对应信道的信道脉冲响应CIR。
步骤202，根据CIR计算得到首径位置索引和最强径位置索引。
步骤203，根据首径位置索引和最强径位置索引的差值以及预设NLOS状态等级得到测距值的首次NLOS状态值。
预设NLOS状态等级的状态值state=0、1、2、3；其中，0、1、2、3分别表示测距值的信道环境为视距环境LOS、很可能为LOS、很可能为NLOS或者为NLOS。可以理解的是，state的取值还可以划分为更细的粒度，在此不做具体限制。
如图3所示，本实施例中测距值基于双边双向UWB测距得到。可以理解的是，测距值也可以基于单边双向得到，在此不做具体限制。步骤203根据首径位置索引和最强径位置索引的差值以及预设NLOS状态等级得到测距值的首次NLOS状态值具体可包括：测距值的三个测距包的首径位置索引与最强径位置索引的索引差值均小于索引差值阈值，则测距值的state=0，若三个测距包中一包或者两包的首径位置索引与最强径位置索引的索引差值小于索引差值阈值，则测距值的state=1，若测距值的三个测距包的首径位置索引与最强径位置索引的索引差值均大于或者等于索引差值阈值，则测距值的state=2。
测距时标签（Tag）和基站（Anchor）之间传输poll、response以及final等三个测距包。标签把自身的CIR传输给基站，故基站可以得到三个测距包的CIR以及每包CIR的首径位置索引以及最强径位置索引。若三个测距包在接收端（图中箭头所指方向）的CIR信息中首径位置索引与最强径位置索引的差值（简称索引差值）都小于索引差值阈值threshold，那么state=0，即认为该测距值的NLOS状态值为LOS；若三个测距包中有一包或两包的索引差值小于threshold，那么state=1，即认为该测距值的NLOS状态很可能为LOS；若三个测距包的索引差值都大于或者等于threshold，那么state=2，即认为该测距值的NLOS状态很可能为NLOS。本步骤表示首径为最强径时，测距值的状态为LOS，故threshold通常较小，比如，可设置为小于3的整数，本实施例对于threshold的取值不做具体限制。
步骤204，根据测距值的首径功率和接收功率的差值对测距值的NLOS状态值进行修正。
具体地，步骤204可包括：若本次修正前测距值的state=2，且测距值的三个测距包的首径功率与接收功率的差值均小于各包接收功率对应的功率差值阈值，则修正后的测距值的state=1，若测距值的三个测距包的首径功率与接收功率的差值均大于或者等于各包接收功率对应的功率差值阈值，则测距值的state=2。
因不同距离下的接收功率不同，可根据接收功率的大小设置分段的功率差值阈值，生成功率差值阈值表以供查询；针对修正前state=2的测距值，若三个测距包的首径功率与接收功率的差值都小于各包接收功率对应的功率差值阈值，那么state=1，反之，若三个测距包的首径功率与接收功率的差值都大于或者等于各包接收功率对应的功率差值阈值，则state=2，从而更新首次NLOS状态值，得到第二次NLOS状态值。本步骤能够识别首径不是最强径的LOS下的测距值，这种情况下，CIR信息包含了很强的干扰信号，但首径仍能识别。
步骤205，根据测距频率和测距目标的最大运动速度得到相邻测距值的最大距离差阈值，根据最大距离差阈值对测距值的NLOS状态值进行修正。
具体地，步骤205可包括：若d_now-d_before>Δd，则state_now=3，即测距值的增加值超过目标最大速度允许时认为存在遮挡，此时将测距值识别为NLOS；若state_now=2&&d_now<d_before+Δd/4&&state_before<=1，则state_now=1，即修正前认为测距值很可能为NLOS，但当前测距值和前一轮测距值的差值却小于相邻测距值的最大距离差阈值的四分之一时，且测距值再之前的NLOS状态值state_before为很可能为LOS时，修正后认为测距值很可能为LOS，从而可降低识别误差；若state_before=3 && d_now>d_before，state_now=3，即上一轮测距值的NLOS状态为NLOS，且当前测距值大于上一轮测距值时，认为当前测距值为NLOS；其中，d_now为当前测距值，d_before为上一轮测距值；state_now为当前测距值的NLOS状态值，state_before为上一轮测距值的NLOS状态值，Δd为相邻测距值的最大距离差阈值。
步骤206，建立测距值的NLOS等级的参考基准，根据参考基准中的n个测距值的平均值和标准差对测距值的NLOS状态值进行修正。
具体地，步骤206可包括：若n个测距值的state均为0或者1时，当第n+1次测距值的state_now=2，计算得到第2个到第n+1个测距值的平均值value_mean和标准差value_std；
若abs(d_now-value_mean)<threshold_mean && value_std<threshold_std，则本次修正后测距值的state_now=1；其中，threshold_mean表示参考基准窗口内测距值平均值与当前测距值差值的阈值，threshold_std表示参考基准窗口内n个测距值标准差的阈值；其中，n可以取10，n的大小不做具体限制，有利于准确识别出不为NLOS的情况即可。threshold_mean和threshold_std=g(f,v,n)均与测距频率f、测距目标的速度v以及n的取值相关。可以理解的是，也可以采用方差代替标准差，在此不做具体限制。根据测距值的统计特性对测距值的NLOS状态值进行修正，可有效提高测距值NLOS识别的准确性。
步骤207，根据测距值及其对应的三角形的边的信息以及三角形的三边之间的关系对测距值的NLOS状态值进行修正。
具体地，步骤207可包括：若测距值、测距值/>分别为测距目标与第一基站和第二基站之间的距离，且/>与/>之差的绝对值大于第一基站和第二基站之间的距离，此时，若/>，则测距值/>的state=3，若/>，则测距值/>的state=3。步骤207用三角形边长关系（两边之差小于第三边）来进行最后一次NLOS状态更新，从而得到最终的NLOS状态值。
假设基站1的坐标为（），基站2的坐标为（/>），标签与基站1和基站2的测距值分别为/>、/>，测距值/>、/>的NLOS状态分别为state1、state2。当时，若/>，则state1=3；若/>，则state2=3。从而可基于三角形两边之差小于第三边的关系进一步提高测距值NLOS状态识别的准确性。测距值NLOS状态为UWB中TOA定位的坐标解算提供了很好的参考意义，在解算坐标时，设置测距值的不同权重，例如，state=0选择最高权重，state=1选择次高权重，state=2选择较低权重，state=3的权重为0，这样就能很好地降低NLOS下的测距值带来的定位偏差。
需要说明的是，本实施例仅为较佳的实施例中，在一些例子中，修正参数种类、个数以及顺序等均可调整。
本发明实施例与现有技术相比，先通过测距值的首径位置索引和最强径位置索引识别得到首次NLOS状态值，然后再依次通过首径功率和接收功率的差值、测距目标的运动速度信息、测距值的NLOS等级的参考基准以及三角形的三边之间的关系对测距值的NLOS状态值从不同维度进行多次修正，从而更准确、有效地识别NLOS状态，且计算简单、计算量小、易于实现，适于UWB室内定位，可显著提高UWB定位稳定性。
如图4所示，本发明实施例三还提供了一种测距值NLOS识别方法，包括：步骤401~步骤404。
步骤401~步骤403可与前述实施例的对应步骤相同，此处不再赘述。至步骤403可得到测距值最终的NLOS状态值，步骤404的TOA或者TDOA中可根据NLOS状态值对测距值分配不同的权重，提高UWB定位的准确性。
如图5所示的UWB的到达时间（Time Of Arrival，TOA）定位示意图，假设标签到基站A1、A2、A3、A4的测距值分别为、/>、/>、/>，基站A1、A2、A3、A4的坐标为A1（/>）,A2（/>）,A3（/>）,A4（/>）。建立标签坐标（/>）的定位方程。
（1）
线性最小二乘法的优化目标是使二乘误差最小，其目标函数为：
其中 为基站的个数；
为标签与第/>个基站的距离估计；
为标签到第/>个基站的真实距离；
标签的坐标为，各个基站的坐标为/>，标签到各个基站的测距值为/>。则有方程组：/> （2）
在二维定位系统中，z和都是已知的（可以定义为/>）。
则有： （3）
第1个方程减去第个方程，/> （4）
定义，
）
方程组形式：
（6）
在M=3时，只有2个方程，未知数为两个值，理论上方程组可解。在有测距误差的情况下，方程组可能无解。
在M大于3时，可以利用矩阵的广义逆，求解出，得到的是LS解。
（7）
其中，
加权最小二乘法是对原模型进行加权，使之成为一个新的不存在异方差性的模型，然后采用普通最小二乘法估计其参数的一种数学优化技术。
在最小二乘法的基础上增加一个对角矩阵W ，根据每个测距值的NLOS状态赋予不同的权重。
表示第m个测距值权重的平方。
将矩阵W加入公式（7）得到方程的解
（8）
通过上述方法的处理能很好降低NLOS测距值对解算坐标的影响，从而提高定位的稳定性和定位精度。UWB的到达时间差（Time Difference Of Arrival，TDOA）定位是基于信号到达的时间差进行定位，TDOA包含时钟同步和计算时间差。
时钟同步是将TDOA定位系统中所有基站的时钟同步到主基站的时钟上，如图6所示的TDOA时钟同步示意图，A0为主基站，A1和A2为从基站，A0向A1和A2发同步帧，A1和A2会记录接收到同步帧的时间。若同步帧在空中飞行的路径中存在NLOS，那么从基站接收到同步帧的时间就会滞后，从而导致时钟同步产生较大误差。
如图7所示的上行TDOA时钟示意图，时钟同步之后，标签向各个基站发送定位帧，假设A0、A1、A2基站接收到定位帧的时间分别为t0、t1、t2，基站A0、A1、A2的坐标分别为（）,（/>）,（/>），建立标签坐标（/>）的定位方程。
若定位帧在空中飞行的路径中存在NLOS，那么基站收到定位帧的时间将滞后，必然导致定位结果有较大的偏差。
若对收到的同步帧或定位帧的CIR信息进行上述步骤203、步骤204、步骤205的NLOS的判断，并以NLOS的状态等级来确定TDOA定位方程组中时间差的定位权重，使用加权最小二乘法解算TDOA定位方程能较好的降低NLOS带来的定位偏差。
与现有技术相比，本发明实施例的测距值NLOS识别方法，能够准确、高效地得到测距值的NLOS状态，且方法简单、计算量小、易于实现，适于室内UWB定位，可提高UWB定位的稳定性。
本发明实施例四提供一种测距值NLOS识别装置，配置于接收端，具体可以为UWB基站。如图8所示，该测距值NLOS识别装置包括：CIR获取模块802、位置计算模块804，首次识别模块806以及修正模块808。
CIR获取模块802用于获取测距值对应信道的信道脉冲响应CIR。
位置计算模块804用于根据CIR计算得到首径位置索引和最强径位置索引。
首次识别模块806用于根据首径位置索引和最强径位置索引以及预设NLOS状态等级得到测距值的首次NLOS状态值。
修正模块808用于获取测距值的至少两种NLOS等级修正参数，根据至少两种NLOS等级修正参数逐次对测距值的NLOS状态值进行修正并得到测距值的最终NLOS状态值。其中，至少两种NLOS等级修正参数选自以下修正参数：测距值对应的首径功率和接收功率、测距值对应的测距目标的运动速度信息、测距值的NLOS等级的参考基准以及测距值及其对应的三角形的边的信息。
可选地，首次识别模块806具体用于根据首径位置索引和最强径位置索引的差值以及预设NLOS状态等级得到测距值的首次NLOS状态值。
本实施例中，预设NLOS状态等级的状态值state=0、1、2、3；其中，0、1、2、3分别表示测距值的信道场景为视距环境LOS、很可能为LOS、很可能为NLOS或者为NLOS。
首次识别模块806具体用于：若测距值基于双边双向测距得到，且测距值的三个测距包的首径位置索引与最强径位置索引的索引差值均小于索引差值阈值，则测距值的state=0，若三个测距包中一包或者两包的首径位置索引与最强径位置索引的索引差值小于索引差值阈值，则测距值的state=1，若测距值的三个测距包的首径位置索引与最强径位置索引的索引差值均大于或者等于索引差值阈值，则测距值的state=2。
修正模块808可包括：第一子模块，用于当NLOS等级修正参数为测距值对应的首径功率和接收功率时，根据测距值的首径功率和接收功率的差值对测距值的NLOS状态值进行修正。具体地，第一子模块可用于若测距值基于双边双向测距得到，本次修正前所述测距值的state=2，且测距值的三个测距包的首径功率与接收功率的差值均小于各包接收功率对应的差值阈值，则修正后的测距值的state=1，若测距值的三个测距包的首径功率与接收功率的差值均大于或者等于各包接收功率对应的差值阈值，则测距值的state=2。
修正模块808还可包括：第二子模块，用于当NLOS等级修正参数为测距值对应的测距目标的运动速度信息时，根据测距频率和测距目标的最大运动速度得到相邻测距值的最大距离差阈值，根据最大距离差阈值对测距值的NLOS状态值进行修正。具体地，第二子模块可用于若d_now-d_before>Δd，则state_now=3；若state_now=2 && d_now<d_before+Δd/4 &&state_before<=1，则state_now=1；若state_before=3 && d_now>d_before，state_now=3；其中，d_now为当前测距值，d_before为上一轮测距值；state_now为当前测距值的NLOS状态值，state_before为上一轮测距值的NLOS状态值，Δd为相邻测距值的最大距离差阈值。
修正模块808还可包括：第三子模块，用于当NLOS等级修正参数为测距值的NLOS等级的参考基准时，建立测距值的NLOS等级的参考基准，根据参考基准中的n个测距值的平均值和/或标准差对测距值的NLOS状态值进行修正；其中参考基准包括n个连续满足预设条件的测距值；n为大于1的自然数。
具体地，第三子模块用于：若n个测距值的state均为0或者1时，当第n+1次测距值的state_now=2，计算得到第2个到第n+1个测距值的平均值value_mean和标准差value_std；若abs(d_now-value_mean)<threshold_mean && value_std<threshold_std，则本次修正后测距值的state_now=1；其中，threshold_mean表示参考基准窗口内测距值平均值与当前测距值差值的阈值，threshold_std表示参考基准窗口内n个测距值标准差的阈值；其中，threshold_mean和threshold_std=g(f,v,n)均与测距频率f、测距目标的速度v以及n的取值相关。
修正模块808还可包括：第四子模块，用于当NLOS等级修正参数为测距值及其对应的三角形的边的信息时，根据测距值及其对应的三角形的边的信息以及三角形的三边之间的关系对测距值的NLOS状态值进行修正。
具体地，第四子模块可用于若测距值、测距值/>分别为测距目标与第一基站和第二基站之间的距离，且/>与/>之差的绝对值大于所述第一基站和所述第二基站之间的距离，若/>，则测距值/>的state=3，若/>，则测距值/>的state=3。
修正模块808可按照以下顺序逐次进行修正：测距值对应的首径功率和接收功率、测距值对应的测距目标的运动速度信息、测距值的NLOS等级的参考基准以及测距值及其对应的三角形的边的信息。
测距值NLOS识别装置还可包括定位模块（图未示），用于基于测距值的最终NLOS状态值进行TOA或者TDOA定位。
与现有技术相比，本发明实施例的测距值NLOS识别装置，先根据测距值的首径位置索引和最强径位置索引识别得到测距值的首次NLOS状态值，再根据多种NLOS等级修正参数逐次对测距值的NLOS状态值进行修正，从而通过多维度分析，准确、高效地得到测距值的NLOS状态，且方法简单、计算量小、易于实现，适于室内UWB定位，可提高UWB定位的稳定性。
图9为本发明实施例五提供的接收装置的结构示意图。该接收装置90包括存储器91、收发机93、处理器92；
存储器91，用于存储计算机程序；收发机93，用于在处理器的控制下收发数据；处理器92用于读取存储器91中的计算机程序并在执行所述程序时实现如前述实施例所述的测距值NLOS识别方法。
本发明实施例六提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序在由计算机处理器执行时用于执行任一方法实施例的技术方案。
通过以上关于实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，本发明可借助软件及必需的通用硬件来实现，当然也可以通过硬件实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如计算机的软盘、只读存储器（Read-Only Memory，ROM）、随机存取存储器（RandomAccess Memory，RAM）、闪存（FLASH）、硬盘或光盘等，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，或者网格设备等）执行本发明各个实施例所述的方法。
值得注意的是，上述装置的实施例中，所包括的各个单元和模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (16)

1.一种测距值NLOS识别方法，其特征在于，包括：
获取测距值对应信道的信道脉冲响应CIR；
根据所述CIR计算得到首径位置索引和最强径位置索引；
根据所述首径位置索引和最强径位置索引以及预设NLOS状态等级得到所述测距值的首次NLOS状态值；
获取所述测距值的至少两种NLOS等级修正参数，根据所述至少两种NLOS等级修正参数逐次对所述测距值的NLOS状态值进行修正并得到所述测距值的最终NLOS状态值；其中，所述至少两种NLOS等级修正参数选自以下修正参数：测距值对应的首径功率和接收功率、测距值对应的测距目标的运动速度信息、测距值的NLOS等级的参考基准以及测距值及其对应的三角形的边的信息。
2.根据权利要求1所述的测距值NLOS识别方法，其特征在于，所述根据所述首径位置索引和最强径位置索引以及预设NLOS状态等级得到所述测距值的首次NLOS状态值，包括：
根据所述首径位置索引和最强径位置索引的差值以及预设NLOS状态等级得到所述测距值的首次NLOS状态值。
3.根据权利要求2所述的测距值NLOS识别方法，其特征在于，所述预设NLOS状态等级的状态值state=0、1、2、3；其中，0、1、2、3分别表示测距值的信道场景为视距环境LOS、很可能为LOS、很可能为NLOS或者为NLOS；
所述根据所述首径位置索引和最强径位置索引的差值以及预设NLOS状态等级得到所述测距值的首次NLOS状态值，包括：
若所述测距值基于双边双向测距得到，且所述测距值的三个测距包的首径位置索引与最强径位置索引的索引差值均小于索引差值阈值，则所述测距值的state=0，若所述三个测距包中一包或者两包的首径位置索引与最强径位置索引的索引差值小于索引差值阈值，则所述测距值的state=1，若所述测距值的三个测距包的首径位置索引与最强径位置索引的索引差值均大于或者等于索引差值阈值，则所述测距值的state=2。
4.根据权利要求1所述的测距值NLOS识别方法，其特征在于，所述根据所述至少两种NLOS等级修正参数逐次对所述测距值的NLOS状态值进行修正并得到所述测距值的最终NLOS状态值，包括：
当NLOS等级修正参数为测距值对应的首径功率和接收功率时，根据测距值的首径功率和接收功率的差值对所述测距值的NLOS状态值进行修正。
5.根据权利要求4所述的测距值NLOS识别方法，其特征在于，所述预设NLOS状态等级的状态值state=0、1、2、3；其中，0、1、2、3分别表示测距值的信道场景为视距环境LOS、很可能为LOS、很可能为NLOS或者为NLOS；
所述根据测距值的首径功率和接收功率的差值对所述测距值的NLOS状态值进行修正，包括：
若所述测距值基于双边双向测距得到，本次修正前所述测距值的state=2，且所述测距值的三个测距包的首径功率与接收功率的差值均小于各包接收功率对应的差值阈值，则修正后的所述测距值的state=1，若所述测距值的三个测距包的首径功率与接收功率的差值均大于或者等于各包接收功率对应的差值阈值，则所述测距值的state=2。
6.根据权利要求1所述的测距值NLOS识别方法，其特征在于，所述根据所述至少两种NLOS等级修正参数逐次对所述测距值的NLOS状态值进行修正并得到所述测距值的最终NLOS状态值，包括：
当NLOS等级修正参数为测距值对应的测距目标的运动速度信息时，根据测距频率和测距目标的最大运动速度得到相邻测距值的最大距离差阈值，根据所述最大距离差阈值对所述测距值的NLOS状态值进行修正。
7.根据权利要求6所述的测距值NLOS识别方法，其特征在于，所述预设NLOS状态等级的状态值state=0、1、2、3；其中，0、1、2、3分别表示测距值的信道场景为视距环境LOS、很可能为LOS、很可能为NLOS或者为NLOS；
所述根据所述最大距离差阈值对所述测距值的NLOS状态值进行修正，包括：
若d_now-d_before>，则state_now=3；
若state_now=2 && d_now<d_before+/4 &&state_before<=1，则state_now=1；
若state_before=3 && d_now>d_before，state_now=3；
其中，d_now为当前测距值，d_before为上一轮测距值；state_now为当前测距值的NLOS状态值，state_before为上一轮测距值的NLOS状态值，为相邻测距值的最大距离差阈值。
8.根据权利要求1所述的测距值NLOS识别方法，其特征在于，所述根据所述至少两种NLOS等级修正参数逐次对所述测距值的NLOS状态值进行修正并得到所述测距值的最终NLOS状态值，包括：
当NLOS等级修正参数为测距值的NLOS等级的参考基准时，建立测距值的NLOS等级的参考基准，根据所述参考基准中的n个所述测距值的平均值和/或标准差对所述测距值的NLOS状态值进行修正；其中所述参考基准包括n个连续满足预设条件的测距值；n为大于1的自然数。
9.根据权利要求8所述的测距值NLOS识别方法，其特征在于，所述预设NLOS状态等级的状态值state=0、1、2、3；其中，0、1、2、3分别表示测距值的信道场景为视距环境LOS、很可能为LOS、很可能为NLOS或者为NLOS；
根据所述参考基准中的n个所述测距值的平均值和标准差对所述测距值的NLOS状态值进行修正，包括：
若n个所述测距值的state均为0或者1时，当第n+1次测距值的state_now=2，计算得到第2个到第n+1个测距值的平均值value_mean和标准差value_std；
若abs(d_now-value_mean)<threshold_mean && value_std<threshold_std，则本次修正后所述测距值的state_now=1；其中，threshold_mean表示参考基准窗口内测距值平均值与当前测距值差值的阈值，threshold_std表示参考基准窗口内n个测距值标准差的阈值；其中，所述threshold_mean和threshold_std=g(f,v,n)均与测距频率、测距目标的速度以及n的取值相关。
10.根据权利要求1所述的测距值NLOS识别方法，其特征在于，所述根据所述至少两种NLOS等级修正参数逐次对所述测距值的NLOS状态值进行修正并得到所述测距值的最终NLOS状态值，包括：
当NLOS等级修正参数为所述测距值及其对应的三角形的边的信息时，根据所述测距值及其对应的三角形的边的信息以及三角形的三边之间的关系对所述测距值的NLOS状态值进行修正。
11.根据权利要求10所述的测距值NLOS识别方法，其特征在于，所述预设NLOS状态等级的状态值state=0、1、2、3；其中，0、1、2、3分别表示测距值的信道场景为视距环境LOS、很可能为LOS、很可能为NLOS或者为NLOS；
根据所述测距值及其对应的三角形的边的信息以及三角形的三边之间的关系对所述测距值的NLOS状态值进行修正，包括：
若测距值、测距值/>分别为测距目标与第一基站和第二基站之间的距离，且/>与/>之差的绝对值大于所述第一基站和所述第二基站之间的距离，若/>，则测距值/>的state=3，若/>，则测距值/>的state=3。
12.根据权利要求1所述的测距值NLOS识别方法，其特征在于，所述根据所述至少两种NLOS等级修正参数逐次对所述测距值的NLOS状态值进行修正并得到所述测距值的最终NLOS状态值，包括：
按照以下顺序逐次进行修正：测距值对应的首径功率和接收功率、测距值对应的测距目标的运动速度信息、测距值的NLOS等级的参考基准以及测距值及其对应的三角形的边的信息。
13.根据权利要求1所述的测距值NLOS识别方法，其特征在于，所述方法还包括：
基于所述测距值的最终NLOS状态值进行TOA或者TDOA定位。
14.一种测距值NLOS识别装置，其特征在于，包括：
CIR获取模块，用于获取测距值对应信道的信道脉冲响应CIR；
位置计算模块，用于根据所述CIR计算得到首径位置索引和最强径位置索引；
首次识别模块，用于根据所述首径位置索引和最强径位置索引以及预设NLOS状态等级得到所述测距值的首次NLOS状态值；以及
修正模块，用于获取所述测距值的至少两种NLOS等级修正参数，根据所述至少两种NLOS等级修正参数逐次对所述测距值的NLOS状态值进行修正并得到所述测距值的最终NLOS状态值；其中，所述至少两种NLOS等级修正参数选自以下修正参数：测距值对应的首径功率和接收功率、测距值对应的测距目标的运动速度信息、测距值的NLOS等级的参考基准以及测距值及其对应的三角形的边的信息。
15.一种接收装置，其特征在于，包括存储器、收发机、处理器；
存储器，用于存储计算机程序；收发机，用于在所述处理器的控制下收发数据；所述处理器用于读取所述存储器中的计算机程序并在执行所述程序时实现如权利要求1-13中任一项所述的测距值NLOS识别方法。
16.一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，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-13中任一所述的测距值NLOS识别方法。
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