一种UWB测距校准方法、装置、终端及存储介质

技术领域

本发明涉及UWB技术领域，特别涉及一种UWB测距校准方法、装置、终端及存储介质。

背景技术

UWB(Ultra Wide Band，超宽带)技术始于20世纪60年代兴起的脉冲通信技术，UWB技术利用频谱极宽的超宽带基带脉冲进行通信，故又被称为基带通信技术、无线载波通信技术。由于UWB技术具有数据传输速率高、抗多径干扰能力强、功耗低、成本低、穿透能力强、截获率低、与现有其他无线通信系统共享频谱等特点，UWB技术在无线个人局域网通信中应用广泛，随着802.15.4z标准发布，近年来UWB在手机行业内发展迅速。UWB在手机中常用来进行距离测量，UWB测距的精度取决于设备发送和接收信号的时间的测量精度，但是，由于设备调制和解调信号需要时间，因此设备读取的发送和接收信号的时间与信号的实际发送和接收信号的时间存在时延，导致测距结果不准确。

因此，现有技术还有待改进和提高。

发明内容

本发明提供一种UWB测距校准方法、装置、终端及存储介质，旨在解决现有技术中UWB测距结果不准确的方案的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

本发明的第一方面，提供一种UWB测距校准方法，包括：

发射校准帧，其中，所述校准帧中记录发射时间戳；

在发射所述校准帧后接收所述校准帧，获取接收所述校准帧的接收时间戳；

根据所述发射时间戳和所述接收时间戳的差值获取用于校准UWB测距结果的校准参数。

所述的UWB测距校准方法，其中，所述发射校准帧，包括：

控制数字处理部分生成所述校准帧；

控制射频开关打到发射通路发送所述校准帧。

所述的UWB测距校准方法，其中，所述在发射所述校准帧后接收所述校准帧，包括：

在发射所述校准帧之后，控制射频开关打到接收通路以接收所述校准帧的信号；

对所述校准帧的信号进行解调后得到所述校准帧。

所述的UWB测距校准方法，其中，所述获取接收所述校准帧的接收时间戳，包括：

记录解调出所述校准帧的时刻作为所述接收时间戳。

所述的UWB测距校准方法，其中，所述根据所述发射时间戳和所述接收时间戳的差值获取用于校准UWB测距结果的校准参数，包括：

根据至少一个所述校准帧，获取至少一个所述差值；

获取所述至少一个所述差值的均值作为所述校准参数。

所述的UWB测距校准方法，其中，所述获取用于校准UWB测距结果的校准参数之后，包括：

根据所述校准参数校准发送和接收测距数据的时间差；

根据校准后的时间差计算测距结果。

所述的UWB测距校准方法，其中，所述根据所述校准参数校准发送和接收测距数据的时间差，包括：

获取测距对象对应的所述校准参数；

将自身记录的第一测距数据的发送时间戳和第二测距数据的接收时间戳之间的差值减去自身对应的所述校准参数后得到用于测距的第一目标时间差；

将测距对象记录的所述第一测距数据的接收时间戳和所述第二测距数据的发送时间戳之间的差值减去所述测距对象对应的所述校准参数后得到用于测距的第二目标时间差。

本发明的第二方面，提供一种UWB测距校准装置，包括：

发射模块，所述发射模块用于发射校准帧，其中，所述校准帧中记录发射时间戳；

接收模块，所述接收模块用于在发射所述校准帧后接收所述校准帧，获取接收所述校准帧的接收时间戳；

校准参数获取模块，所述校准参数获取模块用于根据所述发射时间戳和所述接收时间戳的差值获取用于校准UWB测距结果的校准参数。

本发明的第三方面，提供一种终端，其中，所述终端包括：处理器、与处理器通信连接的计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质适于存储多条指令，所述处理器适于调用所述计算机可读存储介质中的指令，以执行实现上述UWB测距校准方法的步骤。

本发明的第四方面，提供一种计算机可读存储介质，其中，所述计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现上述UWB测距校准方法的步骤。

与现有技术相比，本发明实施例具有以下优点：

与现有技术相比，本发明提供了一种UWB测距校准方法、装置、终端及存储介质，在发射校准帧后接收校准帧，通过对同一帧的发送和接收时间戳的差值来获取用于校准UWB测距结果的校准参数，由于信号发送到天线口时，必定有部分信号被反射回芯片，因此接收校准帧和发送校准帧的实际时刻非常接近，而设备读取的发送校准帧的发送时间戳和接收校准帧的接收时间戳之差就可以反映设备读取的发送时刻和实际发送时刻的时延以及设备读取的接收时刻和实际接收时刻的时延的总和，使用设备读取的发送校准帧的发送时间戳和接收校准帧的接收时间戳之差得到用于校准UWB测距结果的校准参数，在使用该校准参数进行校准时，可以提升设备的发送时刻和接收时刻的测量精度，进而提升测距结果的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，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为本发明提供的UWB测距校准方法的实施例的流程图；

图2为UWB测距的原理图；

图3为UWB测距的误差来源分析图；

图4为本发明提供的UWB测距校准装置的实施例的结构原理图；

图5为本发明提供的终端的实施例的原理图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图，详细说明本发明的各种非限制性实施方式。

实施例一

本实施例提供的UWB测距校准方法，应用于一种终端中，终端可以但不限于是计算机、手机、平板电脑、车载设备及可穿戴式设备等。

发明人发现，UWB测距采用TOF(Time of Flight，飞行时间)方法进行，如图2所示，具体的测距流程为：设备A(DeviceA)主动发送数据TX，并记录发送时刻，设备B(DeviceB)接收到之后记录接收时刻，延时Treply之后，设备B发送数据，并记录发送时刻，设备A接收数据，记录接收时刻，根据设备A记录的发送时刻和接收时刻之间的时间差Tround和设备B记录的接收时刻和发送时刻之间的时间差Treply，最终得到无线信号的飞行时间Tprop如下：

Tprop＝1/2(Tround-Treply)

计算出飞行时间Tprop之后，设备A和设备B之间的距离＝飞行时间*光速。

从上面的过程不难看出，在UWB测距中，设备A和设备B之间的距离精度与设备A发送和接收数据的时间差Tround和设备B接收和发送数据的时间差Treply息息相关，设设备A发送数据的时刻为T1a，接收数据的时刻为T2a，设备B接收数据的时刻为T1b，发送数据的时刻为T2b，那么有：Tround＝T2a-T1a，Treply＝T2b-T1b，但是，如图3所示，在设备从生成信号到发射的过程中，需要在芯片内部经数字处理部分进行处理后，经过模拟发射链路到天线发送出去，而发送时间戳在数字处理部分实现记录，也就是说，设备记录的发送时间戳并不是实际的发送时刻，实际发送时刻和发送时间戳之间存在由于硬件链路导致的时延，同样地，设备接收信号后，接收时间戳是信号在数字处理部分被解调出来的时刻，实际接收时刻和接收时间戳之间也存在硬件链路时延。

针对上述问题，本本发明提供一种UWB测距校准方法，获取能够反映实际发送时刻和设备记录的发送时间戳之间的时间差和实际接收时间和设备记录的接收时间戳之间的时间差的校准参数，实现对UWB测距结果的校准。

请参照图1，图1为本发明提供的UWB测距校准方法的一个实施例的流程图。所述UWB测距校准方法包括步骤：

S100、发射校准帧，其中，所述校准帧中记录发射时间戳。

所述发射校准帧，包括：

控制数字处理部分生成所述校准帧；

控制射频开关打到发射通路发送所述校准帧。

如图3所示，设备中的芯片产生信号后经过天线发送出去，芯片内部包括数字处理部分和发射链路，首先控制数字处理部分生成所述校准帧，之后经过发射链路到天线发出，这个过程中射频开关打到发射通路以实现信号的发射，而校准帧的发射时间戳在数字处理部分记录。

S200、在发射所述校准帧后接收所述校准帧，获取接收所述校准帧的接收时间戳。

具体地，所述在发射所述校准帧后接收所述校准帧，包括：

S210、在发射所述校准帧后，控制射频开关打到接收通路以接收所述校准帧的信号；

在发射所述校准帧后，信号的一部分通过天线辐射到空间中，另外有小部分会被发射，在发射所述校准帧后控制射频开关打到接收通路，就可以接收到所述校准帧的信号。由于在发射所述校准帧时，信号传播到天线口处不是理想的传输匹配，肯定存在一小部分信号被反射回芯片，在发射所述校准帧后立刻将控制视频开关打到接收通路，接收所述校准帧的信号，由于信号的传输速度为光速，不难看出，发射所述校准帧后所述校准帧被反射后重新被接收之间的时间间隔是非常非常小的，因此，可以认为发送和接收所述校准帧的实际时间相同。

S220、对所述校准帧的信号进行解调后得到所述校准帧。

在接收到所述校准帧的信号后，所述校准帧的信号经过接收链路传输到数字处理部分，而数字处理部分对信号进行解调后得到所述校准帧。

所述获取接收所述校准帧的接收时间戳，包括：

记录解调出所述校准帧的时刻作为所述接收时间戳。

S300、根据所述发射时间戳和所述接收时间戳的差值获取用于及校准UWB测距结果的校准参数。

在解调出所述校准帧之后，读取所述校准帧中包括的发射时间戳，获取所述发射时间戳和所述接收时间戳的差值，根据所述差值获取所述校准参数。

从前面的说明不难看出，由于所述校准帧的实际发送时刻和实际接收时刻十分接近，因此在理想情况(不存在硬件链路时延的情况)下，所述差值应为0，但是由于硬件链路时延的存在，所述发射时间戳与信号的实际发送时刻存在时间差，所述接收时间戳与信号的实际接收时刻存在时间差，因此，所述差值包括了发送所述校准帧时的硬件链路时延和接收所述校准帧时的硬件链路时延之和，可以根据差值校准UWB测距结果。

在一种可能的实现方式中，可以直接将所述差值作为用于校准UWB测距结果的校准参数，本实施例中，可以发射多个所述校准帧，多次获取所述差值来获取所述校准参数，这样，可以消除浮动误差，得到更准确的校准参数。

具体地，所述根据所述发射时间戳和所述接收时间戳的差值获取用于及校准UWB测距结果的校准参数，包括：

根据至少一个所述校准帧，获取至少一个所述差值；

获取所述至少一个所述差值的均值作为所述校准参数。

具体地，每次发射所述校准帧后，执行前述的“在发射所述校准帧后接收所述校准帧，获取结束所述校准帧的接收时间戳”步骤，并在获取所述发射时间戳和所述接收时间戳的差值后，重复执行所述步骤S100,即重新发射所述校准帧，并再次根据发射出的所述校准帧得到对应的所述差值，循环多次发送所述校准帧后，得到对应的所述差值，取均值作为所述校准参数。具体地，为得到所述校准参数发射的所述校准帧的数量可以为一个或多个，例如10个、15个等。

从以上的说明不难看出，本实施例提供的UWB测距结果，可以由设备自身执行，不需要依赖其他设备就可以得到自身记录的发送时间戳与实际发送时刻之间的时延和自身记录的接收时间戳与实际接收时刻之间的时延的和，并且操作简单，可以实现随时实时校准。

在获取到所述校准参数后，可以根据所述校准参数对UWB测距结果进行校准，具体地，所述获取用于校准UWB测距结果的校准参数之后，本实施例提供的UWB测距校准方法，还包括步骤：

根据所述校准参数校准发送和接收测距数据的时间差；

根据校准后的时间差计算测距结果。

在进行UWB测距过程中，如图2所示，将设备A发送的数据和设备B发送的用于测距的数据成为测距数据，根据前面的说明，设备A发送测距数据，设备B接收该测距数据，并在接收到该测距数据的一段时间之后发送测距数据给A，设备A接收设备B发送的测试数据，设备A接收测距数据和发送测距数据的时间差减去设备B发送测距数据和接收测距数据的时间差等于飞行时间的两倍，根据飞行时间等于光速乘以设备A和设备B之间的距离的公式可以得到设备A和设备B之间的距离。而设备A接收测距数据和发送测距数据的时间差可以根据设备A对应的所述校准参数进行校准，设备B发送测距数据和接收测距数据的时间差可以根据设备B对应的所述校准参数进行校准，校准后的时间差用于计算设备A和设备B之间的距离。

具体地，所述根据所述校准参数校准发送和接收测距数据的时间差，包括：

获取测距对象对应的所述校准参数；

将自身记录的第一测距数据的发送时间戳和第二测距数据的接收时间戳之间的差值减去自身对应的所述校准参数后得到用于测距的第一目标时间差；

将测距对象记录的所述第一测距数据的接收时间戳和所述第二测距数据的发送时间戳之间的差值减去所述测距对象对应的所述校准参数后得到用于测距的第二目标时间差。

所述第一测距数据为发送至测距对象的测距数据，所述第二测距数据为接收到的所述测距对象发送的测距数据。在设备A测量与设备B之间的距离时，设备B为设备A的测距对象，设备A发出的测距数据为所述第一测距数据，设备B接收到所述第一测距数据后发送所述第二测距数据，设备A接收所述第二测距数据，根据所述第一测距数据和所述第二测距数据的发送/接收时间机进行测距，具体地，如前文所述，获取设备A和设备B之间的距离，需要两个时间差：设备A发送所述第一测距数据的发送时刻与接收所述第二测距数据的接收时刻之间的时间差，设备B接收所述第一测距数据的接收时刻和发送所述第二测距数据的发送时刻之间的时间差，对于这两个时间差，可以分别根据设备A和设备B对应的所述校准参数来获取，具体地，设备A和设备B都可以通过上述步骤S100-S300来获取自身对应的所述校准参数。当设备A需要测距时，获取设备B对应的所述校准参数和自身的所述校准参数，将自身记录的所述第一测距数据的发送时间戳和所述第二测距数据的接收时间戳之间的差值减去自身对应的所述校准参数后，得到第一目标时间差，将测距对象记录的所述第一测距数据的接收时间戳和所述第二测距数据的发送时间戳之间的差值减去所述测距对象对应的所述校准参数，得到第二目标时间差，根据所述第一目标时间差和所述第二目标差可以得到信号在设备A和设备B之间的飞行时间，进而根据信号的飞行时间等于飞行距离除以光速的公式就散得到设备A和设备B之间的距离。

从上面的说明不难看出，本实施例提供的UWB测距校准方法，可以使得设备不依赖于其他设备自行获取校准参数，并且可以实现随时、实时校准，达到自身的校准参数后，可以存储至专门区域，当有测距需求时，可以调用校准参数实现测距结果校准。

综上所述，本发明提供一种UWB测距校准方法，在发射校准帧后接收校准帧，通过对同一帧的发送和接收时间戳的差值来获取用于校准UWB测距结果的校准参数，由于信号发送到天线口时，必定有部分信号被反射回芯片，因此接收校准帧和发送校准帧的实际时刻非常接近，而设备读取的发送校准帧的发送时间戳和接收校准帧的接收时间戳之差就可以反映设备读取的发送时刻和实际发送时刻的时延以及设备读取的接收时刻和实际接收时刻的时延的总和，使用设备读取的发送校准帧的发送时间戳和接收校准帧的接收时间戳之差得到用于校准UWB测距结果的校准参数，在使用该校准参数进行校准时，可以提升设备的发送时刻和接收时刻的测量精度，进而提升测距结果的准确性。

应该理解的是，虽然本发明说明书附图中给出的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，说明书中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，说明书中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子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，这些子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的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

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计算机可读存储介质中，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，本发明所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。

实施例二

基于上述实施例提供的UWB测距校准方法，本发明还提供了一种UWB测距校准装置，如图4所示，包括：

发射模块，所述发射模块用于发射校准帧，其中，所述校准帧中记录发射时间戳，具体如实施例一中所述；

接收模块，所述接收模块用于在发射所述校准帧后接收所述校准帧，获取接收所述校准帧的接收时间戳，具体如实施例一中所述；

校准参数获取模块，所述校准参数获取模块用于根据所述发射时间戳和所述接收时间戳的差值获取用于校准UWB测距结果的校准参数，具体如实施例一中所述。

实施例三

基于上述实施例提供的UWB测距校准方法，本发明还相应提供了一种终端，其原理框图可以如图5所示，该终端包括处理器10以及存储器20。可以理解的是，图5仅示出了终端的部分组件，但是应理解的是，并不要求实施所有示出的组件，可以替代的实施更多或者更少的组件。

所述存储器20在一些实施例中可以是所述终端的内部存储单元，例如终端的硬盘或内存。所述存储器20在另一些实施例中也可以是所述终端的外部存储设备，例如所述终端上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(SecureDigital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述存储器20还可以既包括所述终端的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器20用于存储安装于所述终端的应用软件及各类数据。所述存储器20还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。在一实施例中，存储器20上存储有UWB测距校准程序30，该UWB测距校准程序30可被处理器10所执行，从而实现本申请中UWB测距校准方法。

所述处理器10在一些实施例中可以是一中央处理器(Central Processing Unit,CPU)，微处理器或其他芯片，用于运行所述存储器20中存储的程序代码或处理数据，例如执行所述UWB测距校准方法。在一种可能的实现方式中，该处理器10执行计算机程序时至少可以实现以下步骤：

发射校准帧，其中，所述校准帧中记录发射时间戳；

在发射所述校准帧后接收所述校准帧，获取接收所述校准帧的接收时间戳；

根据所述发射时间戳和所述接收时间戳的差值获取用于校准UWB测距结果的校准参数。

其中，所述发射校准帧，包括：

控制数字处理部分生成所述校准帧；

控制射频开关打到发射通路发送所述校准帧。

其中，所述在发射所述校准帧后接收所述校准帧，包括：

在发射所述校准帧之后，控制射频开关打到接收通路以接收所述校准帧的信号；

对所述校准帧的信号进行解调后得到所述校准帧。

其中，所述获取接收所述校准帧的接收时间戳，包括：

记录解调出所述校准帧的时刻作为所述接收时间戳。

其中，所述根据所述发射时间戳和所述接收时间戳的差值获取用于校准UWB测距结果的校准参数，包括：

根据至少一个所述校准帧，获取至少一个所述差值；

获取所述至少一个所述差值的均值作为所述校准参数。

其中，所述获取用于校准UWB测距结果的校准参数之后，包括：

根据所述校准参数校准发送和接收测距数据的时间差；

根据校准后的时间差计算测距结果。

其中，所述根据所述校准参数校准发送和接收测距数据的时间差，包括：

获取测距对象对应的所述校准参数；

将自身记录的第一测距数据的发送时间戳和第二测距数据的接收时间戳之间的差值减去自身对应的所述校准参数后得到用于测距的第一目标时间差；

将测距对象记录的所述第一测距数据的接收时间戳和所述第二测距数据的发送时间戳之间的差值减去所述测距对象对应的所述校准参数后得到用于测距的第二目标时间差。

实施例四

本发明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存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现上述实施例一所述的UWB测距校准方法的步骤。

最后应说明的是：本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本发明旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。