基于首径检测的无线测距方法及装置

技术领域

本申请涉及位置检测技术领域，特别涉及一种基于首径检测的无线测距方法及装置。

背景技术

相关技术中，在外墙移动平台位置检测模块中，通常会使用超宽带无线定位。

然而，由于外墙移动平台是在外墙和爬架之间的导轨上移动，空间狭窄，而且爬架是金属，即使无线定位始终都是在视距下进行，仍然存在着多径干扰，并且由于功率波动、温度变化等因素，也会造成首径位置移动，从而导致首径检测不准，亟待解决。

申请内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的第一目的在于提出一种基于首径检测的无线测距方法，解决了相关技术中因存在多径干扰，以及功率波动、温度变化等因素造成首径位置移动，导致首径检测不准的技术问题，从而在外墙狭窄且周围都是金属的环境下，也可以获得精准的测距信息。

本发明的第二个目的在于提出一种基于首径检测的无线测距装置。

本发明的第三个目的在于提出一种电子设备。

本发明的第四个目的在于提出一种计算机可读存储介质。

为达到上述目的，本申请第一方面实施例提供一种基于首径检测的无线测距方法，包括以下步骤：

获取无线测距信号的延时功率谱，并读取原始首径与功率强度阈值；

根据所述功率强度阈值在所述延时功率谱中的位置基于预设条件确定所述功率强度阈值之上的一延时功率与之下的一延时功率分别作为上限功率点与下限功率点，基于所述下限功率点、功率强度阈值以及上限功率点计算检测首径；以及

根据所述检测首径和所述原始首径间的差值，对测距信息中的时间戳进行校准，基于时间戳校准后的测距信息进行无线测距。

另外，根据本发明上述实施例的无线测距的首径检测方法还可以具有以下附加的技术特征：

可选地，在所述获取无线测距信号的延时功率谱，并读取原始首径与功率强度阈值之后，所述方法还包括在所述延时功率谱中截取所述原始首径的位置前后预设时长的部分作为检测延时功率谱；

所述根据所述功率强度阈值的位置，基于预设条件确定所述功率强度阈值之上的一延时功率与之下的一延时功率分别作为上限功率点与下限功率点为：

根据所述功率强度阈值在所述检测延时功率谱中的位置，基于预设条件在所述检测延时功率谱中确定所述功率强度阈值之上的一延时功率与之下的一延时功率分别作为上限功率点与下限功率点。

可选地，所述前后预设时长为所述原始首径前10ns与所述原始首径后20ns。

可选地，所述根据所述功率强度阈值在所述检测延时功率谱中的位置，基于预设条件在所述检测延时功率谱中确定所述功率强度阈值之上的一延时功率与之下的一延时功率分别作为上限功率点与下限功率点包括：

根据所述功率强度阈值的具体值在所述检测延时功率谱中依次比较，在延时功率首次大于所述功率强度阈值时，将该延时功率作为上限功率点，取所述上限功率点之前时刻的一延时功率作为下限功率点。

可选地，所述基于所述下限功率点、功率强度阈值以及上限功率点计算检测首径包括：

对所述下限功率点、功率强度阈值以及上限功率点进行线性插值计算以得到所述检测首径。

可选地，所述线性插值计算的公式为：

其中，fp

可选地，所述方法为双边双向测距方法并具有三个无线测距信号，三个无线测距信号中检测首径和原始首径间的差值分别为PollDeta、RespDeta与FinalDeta，

根据差值对测距信息中的时间戳进行校准的公式为：

T

T

T

T

其中，T

校准后的信号飞行时间为：

双边双向测距的距离公式为：

Distance＝T

其中，c为光速。

为达到上述目的，本申请第二方面实施例提供一种基于首径检测的无线测距装置，包括：

获取模块，用于获取无线测距信号的延时功率谱，并读取原始首径与功率强度阈值；

计算模块，用于根据所述功率强度阈值在所述延时功率谱中的位置基于预设条件确定所述功率强度阈值之上的一延时功率与之下的一延时功率分别作为上限功率点与下限功率点，基于所述下限功率点、功率强度阈值以及上限功率点计算检测首径；以及

定位模块，用于根据所述检测首径和所述原始首径间的差值，对测距信息中的时间戳进行校准，基于时间戳校准后的测距信息进行无线测距。

可选地，所述装置还包括：

截取模块，用于在所述获取模块获取无线测距信号的延时功率谱，并读取原始首径与功率强度阈值之后，在所述延时功率谱中截取所述原始首径的位置前后预设时长的部分作为检测延时功率谱；

所述计算模块，还包括：

确定单元，用于根据所述功率强度阈值在所述检测延时功率谱中的位置基于预设条件在所述检测延时功率谱中确定所述功率强度阈值之上的一延时功率与之下的一延时功率分别作为上限功率点与下限功率点。

可选地，所述确定单元，包括：

根据所述功率强度阈值的具体值在所述检测延时功率谱中依次比较，在延时功率首次大于所述功率强度阈值时，将该延时功率作为上限功率点，取所述上限功率点之前的一延时功率作为下限功率点。

可选地，所述计算模块，包括：

计算单元，用于对所述下限功率点、功率强度阈值以及上限功率点进行线性插值计算以得到所述检测首径。

可选地，所述线性插值计算的公式为：

其中，fp

可选地，所述装置采用双边双向测距方法具有三个无线测距信号，三个无线测距信号中检测首径和原始首径间的差值分别为PollDeta、RespDeta与FinalDeta，

根据差值对测距信息中的时间戳进行校准的公式为：

T

T

T

Tr

其中，T

校准后的信号飞行时间为：

双边双向测距的距离公式为：

Distance＝T

其中，c为光速。

为达到上述目的，本申请第三方面实施例提供一种电子设备，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，所述指令被设置为用于执行如上述实施例所述的基于首径检测的无线测距方法。

为达到上述目的，本申请第四方面实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行如上述实施例所述的基于首径检测的无线测距方法。

由此，通过获取无线测距信号的完整的延时功率谱，以检测原始首径与功率强度阈值，并根据功率强度阈值的位置基于预设条件确定功率强度阈值之上的一延时功率与之下的一延时功率分别作为上限功率点与下限功率点，基于下限功率点、功率强度阈值以及上限功率点计算检测首径，所计算出的检测首径相比原始首径更加接近理论首径位置，从而根据检测首径和原始首径间的差值，对测距信息中的时间戳进行校准，解决了相关技术中因存在多径干扰，以及功率波动、温度变化等因素造成首径位置移动，导致首径检测不准的技术问题，从而在外墙狭窄且周围都是金属的环境下，也可以获得精准的测距信息。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本申请实施例提供的一种无线测距的首径检测方法的流程图；

图2为根据本申请一个实施例的获取延时功率谱的流程图；

图3为根据本申请一个实施例的首径检测的示例图；

图4为根据本申请一个实施例的首径检测的流程图；

图5为根据本申请一个实施例的测距信息示意图；

图6为根据本申请实施例的无线测距的首径检测装置的示例图；

图7为本申请实施例的电子设备的结构示意图

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的基于首径检测的无线测距方法及装置。

具体而言，图1为本申请实施例所提供的一种基于首径检测的无线测距方法的流程示意图，本实施例中所指的无线测距方法为基于标签与基站通信的超宽带测距方法。

如图1所示，该基于首径检测的无线测距方法包括以下步骤：

在步骤S101中，获取无线测距信号的完整的延时功率谱，并读取原始首径与功率强度阈值。

其中，延时功率谱获得是根据首径在完整延时功率中可能存在位置，获得首径附近的延时功率谱。理想无干扰状态下，延时功率谱是抛物线。抛物线波形的起点即为用于测距算法的首径，首径可用于表征测距设备中标签接收到基站信号的时间节点。但该位置为理论首径，实际中并不存在。实际有干扰状态下，特别是外墙移动平台所在的外墙和爬架之间的作业环境中，延时功率谱如图2所示，由很多折线组成，具有很多波峰。定位模块中的现有算法只是测出第一个波峰fp作为原始首径。但这个原始首径与理论首径在时间轴上差距较大。测距算法的主要依据是时间，由于时间有误差，因此，测距结果也有误差。另外，功率强度阈值的概念是，当信号功率大于功率强度阈值时才被认可为可用信号，其具体数值也可以从定位模块中直接获取。

并且，根据外墙移动平台位置检测模块的精度要求，需要测距标准差小于30mm，但是在外墙环境下，由于多径干扰的存在，标准差可能异常大，可能超过500mm。

因此，本申请实施例可以基于延时功率谱阈值的首径检测方法，首先获取无线测距信号的延时功率谱，并读取原始首径与功率强度阈值。

在步骤S102中，根据功率强度阈值在延时功率谱中的位置基于预设条件确定功率强度阈值之上的一延时功率与之下的一延时功率分别作为上限功率点与下限功率点，基于下限功率点、阈值以及上限功率点计算检测首径。

可选地，在一些实施例中，根据功率强度阈值在检测延时功率谱中的位置，基于预设条件在检测延时功率谱中确定功率强度阈值之上的一延时功率与之下的一延时功率分别作为上限功率点与下限功率点包括：根据功率强度阈值的具体值在检测延时功率谱中依次比较，在延时功率首次大于功率强度阈值时，将该延时功率作为上限功率点，取上限功率点之前时刻的一延时功率作为下限功率点。

可以理解的是，在一些实施例中，如图2所示，在确定功率强度阈值在延时功率谱的位置时，本申请实施例可以根据功率强度阈值的具体值在延时功率谱中沿时间轴从前往后依次逐个比较，在延时功率首次大于功率强度阈值时，将该延时功率作为上限功率点，可以记录该时延功率b，并取上限功率点之前的一延时功率作为下限功率点，记为时延功率a。

由此，即可确定首径位置在a、b之间，根据功率强度阈值的大小threshold，在a、b间进行线性插值计算。也就是说，本申请实施例可对下限功率点、功率强度阈值以及上限功率点进行线性插值计算以得到检测首径。

可选地，在一些实施例中，线性插值计算的公式为：

其中，fp

举例而言，如图3所示，本申请实施例的首径检测包括以下步骤：

S301，读取一个延时功率谱。

S302，在延时功率谱中从前往后逐个判断是否大于功率强度阈值，如果是，执行步骤S303，否则执行步骤S301。

S303，记录该延时功率为b。

S304，将该功率谱位置前一个位置的延时功率，记为a。

S305，首径位置在a、b之间，根据功率强度阈值的大小，在a、b间进行线性插值计算得到准确的首径位置。

在步骤S103中，根据检测首径和原始首径间的差值，对测距信息中的发射与接收时间戳进行校准，基于时间戳校准后的测距信息进行无线测距。

可以理解的是，本申请实施例可以通过下式计算出检测首径与原始首径的差值，记为delta：

delta＝fp-fp

可选地，在一些实施例中，本申请实施例的方法为双边双向测距方法并具有三个无线测距信号，三个无线测距信号中检测首径和原始首径间的差值分别为PollDeta、RespDeta与FinalDeta。

进一步地，本申请实施例中可以采用双边双向测距机制，如图4所示，图4中可以看出，不同的差值在不同的信息中对时间戳的影响是不一样的。根据双边双向测距公式：

由此，根据差值对测距信息中的时间戳进行校准的公式为：

T

T

T

T

其中，T

校准后的信号飞行时间为：

双边双向测距的距离公式为：

Distance＝T

其中，c为光速。

需要说明的是，无线测距信号为测距设备中单个接收机所接收信号，而“测距信息”包括了所有接收、发送的信号以及发送时间接收时间等信息。

由此，通过获取无线测距信号的完整的延时功率谱，以检测原始首径与功率强度阈值，并根据功率强度阈值的位置基于预设条件确定功率强度阈值之上的一延时功率与之下的一延时功率分别作为上限功率点与下限功率点，基于下限功率点、功率强度阈值以及上限功率点计算检测首径，所计算出的检测首径相比原始首径更加接近理论首径位置，从而根据检测首径和原始首径间的差值，对测距信息中的时间戳进行校准，解决了相关技术中因存在多径干扰，以及功率波动、温度变化等因素造成首径位置移动，导致首径检测不准的技术问题，从而在外墙狭窄且周围都是金属的环境下，也可以获得精准的测距信息。

可选地，在一些实施例中，在获取无线测距信号的延时功率谱，测距信息中的原始首径与功率强度阈值之后，方法还包括：在所述延时功率谱中截取原始首径的位置前后预设时长的部分作为检测延时功率谱；

根据功率强度阈值的位置，基于预设条件确定功率强度阈值之上的一延时功率与之下的一延时功率分别作为上限功率点与下限功率点为：

根据功率强度阈值在检测延时功率谱中的位置，基于预设条件在检测延时功率谱中确定功率强度阈值之上的一延时功率与之下的一延时功率分别作为上限功率点与下限功率点。

可以理解的是，由于完整功率谱很长，读取需耗费很多时间，因此本申请实施例可以用预设时长截出一段作为检测延时功率谱，寻找上限功率点与下限功率点时只需读检测延时功率谱即可，以此来提高测距的效率。

可选地，在一些实施例中，前后预设时长为原始首径前10ns与原始首径后20ns。

举例而言，如图5所示，本申请实施例中获取延时功率谱可以包括以下步骤：

S501，读取完整延时功率谱。

S502，读取原始首径、功率强度阈值。

可以理解的是，本申请实施例可以首先从定位模块中读取完整的延时功率谱、原始首径信息fp和功率强度阈值threshold。其中，定位模块中可以采用无线无线定位。

S503，读取首径前10ns的功率谱。

S504，读取首径后20ns的功率谱。

可以理解的是，在原始首径检测中，原始首径位置肯定位于功率强度阈值之后，但是在外墙环境下，首径的位置均在功率强度阈值之前。因此，本申请实施例可以选择原始首径前10ns的延时功率谱作为噪声检测，选择原始首径后20ns的延时功率谱作为峰值检测，并把这段延时功率读取出来，从而有效提高效率。

综上可知，本申请是基于延时功率谱进行更精确首径的检测，除了超宽带测距技术之外，其它无线测距技术中同样也存在首径不准的问题，本申请可用于其它需要进行信号调制而具有延时功率谱的无线技术中，比如蓝牙、4g、5g等，为避免冗余在，在此不做详细赘述。

根据本申请实施例的基于首径检测的无线测距方法，通过获取无线测距信号的完整的延时功率谱，以检测原始首径与功率强度阈值，并根据功率强度阈值的位置基于预设条件确定功率强度阈值之上的一延时功率与之下的一延时功率分别作为上限功率点与下限功率点，基于下限功率点、功率强度阈值以及上限功率点计算检测首径，所计算出的检测首径相比原始首径更加接近理论首径位置，从而根据检测首径和原始首径间的差值，对测距信息中的时间戳进行校准，解决了相关技术中因存在多径干扰，以及功率波动、温度变化等因素造成首径位置移动，导致首径检测不准的技术问题，从而在外墙狭窄且周围都是金属的环境下，也可以获得精准的测距信息。

其次参照附图描述根据本申请实施例提出的无线测距的首径检测装置。

图6是本申请实施例的基于首径检测的无线测距装置的方框示意图。

如图6所示，该基于首径检测的无线测距装置10包括：获取模块100、计算模块200和定位模块300。

获取模块100用于获取无线测距信号的延时功率谱，并读取原始首径与功率强度阈值；

计算模块200用于根据功率强度阈值在延时功率谱中的位置基于预设条件确定功率强度阈值之上的一延时功率与之下的一延时功率分别作为上限功率点与下限功率点，基于下限功率点、功率强度阈值以及上限功率点计算检测首径；以及

定位模块300用于根据检测首径和原始首径间的差值，对测距信息中的时间戳进行校准，基于时间戳校准后的测距信息进行无线测距。

可选地，在一些实施例中，装置还包括：

截取模块，用于在获取模块获取无线测距信号的延时功率谱，并读取原始首径与功率强度阈值之后，在所述延时功率谱中截取原始首径的位置前后预设时长的部分作为检测延时功率谱；

计算模块200还包括：

确定单元，用于根据功率强度阈值在检测延时功率谱中的位置，基于预设条件在检测延时功率谱中确定功率强度阈值之上的一延时功率与之下的一延时功率分别作为上限功率点与下限功率点。

可选地，在一些实施例中，确定单元，包括：

根据功率强度阈值的具体值在检测延时功率谱中依次比较，在延时功率首次大于功率强度阈值时，将该延时功率作为上限功率点，取上限功率点之前的一延时功率作为下限功率点。

可选地，在一些实施例中，计算模块200包括：

计算单元，用于对下限功率点、功率强度阈值以及上限功率点进行线性插值计算以得到检测首径。

可选地，在一些实施例中，线性插值计算的公式为：

其中，fp

可选地，在一些实施例中，装置10采用双边双向测距方法具有三个无线测距信号，三个无线测距信号中检测首径和原始首径间的差值分别为PollDeta、RespDeta与FinalDeta，

根据差值对测距信息中的时间戳进行校准的公式为：

T

T

T

T

其中，T

校准后的信号飞行时间为：

双边双向测距的距离公式为：

Distance＝T

其中，c为光速。

需要说明的是，前述对基于首径检测的无线测距方法实施例的解释说明也适用于该实施例的基于首径检测的无线测距装置，此处不再赘述。

根据本申请实施例提出的基于首径检测的无线测距装置，通过获取无线测距信号的完整的延时功率谱，以检测原始首径与功率强度阈值，并根据功率强度阈值的位置基于预设条件确定功率强度阈值之上的一延时功率与之下的一延时功率分别作为上限功率点与下限功率点，基于下限功率点、功率强度阈值以及上限功率点计算检测首径，所计算出的检测首径相比原始首径更加接近理论首径位置，从而根据检测首径和原始首径间的差值，对测距信息中的时间戳进行校准，解决了相关技术中因存在多径干扰，以及功率波动、温度变化等因素造成首径位置移动，导致首径检测不准的技术问题，从而在外墙狭窄且周围都是金属的环境下，也可以获得精准的测距信息。

图7为本申请实施例提供的电子设备的结构示意图。该电子设备可以包括：

存储器1201、处理器1202及存储在存储器1201上并可在处理器1202上运行的计算机程序。

处理器1202执行程序时实现上述实施例中提供基于首径检测的无线测距方法。

进一步地，电子设备还包括：

通信接口1203，用于存储器1201和处理器1202之间的通信。

存储器1201，用于存放可在处理器1202上运行的计算机程序。

存储器1201可能包含高速RAM存储器，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。

如果存储器1201、处理器1202和通信接口1203独立实现，则通信接口1203、存储器1201和处理器1202可以通过总线相互连接并完成相互间的通信。总线可以是工业标准体系结构(Industry Standard Architecture，简称为ISA)总线、外部设备互连(PeripheralComponent，简称为PCI)总线或扩展工业标准体系结构(Extended Industry StandardArchitecture，简称为EISA)总线等。总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图7中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

可选的，在具体实现上，如果存储器1201、处理器1202及通信接口1203，集成在一块芯片上实现，则存储器1201、处理器1202及通信接口1203可以通过内部接口完成相互间的通信。

处理器1202可能是一个中央处理器(Central Processing Unit，简称为CPU)，或者是特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称为ASIC)，或者是被配置成实施本申请实施例的一个或多个集成电路。

本实施例还提供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上的基于首径检测的无线测距方法。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或N个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“N个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更N个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或N个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，N个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。