UWB信号入射角处理及定位方法、系统、电子设备、介质技术方案

本申请提供一种UWB信号入射角处理及定位方法、系统、电子设备、介质，应用于信息处理技术领域，其中UWB信号入射角处理方法包括：通过开关在预设时间内将目标天线切换为工作状态以使目标天线用于接收UWB信号；根据所述UWB信号提取处于工作状态的所述目标天线对应的信道信息；根据所述信道信息确定所述UWB信号入射到处于工作状态的所述目标天线的时间差，并根据所述时间差确定入射角。通过增设天线切换开关，并基于天线切换前后UWB信号中多径的信道信息完成入射角计算，不仅处理精度满足应用需要，而且系统结构简单，成本低，功耗低，可以灵活适应各种定位场景。灵活适应各种定位场景。灵活适应各种定位场景。

【技术实现步骤摘要】
UWB信号入射角处理及定位方法、系统、电子设备、介质


[0001]本申请涉及信息处理
，具体涉及一种UWB信号入射角处理及定位方法、系统、电子设备、介质。

技术介绍

[0002]近年来，脉冲超宽带(Impulse Radio Ultra Wide Band，IR
‑
UWB，又称脉冲无线电)技术用于物体(如人、动物)定位，已被工业界、政府等接受，且随着制造成本、设备尺寸和能源消耗的降低，IR
‑
UWB已被广泛用于定位场景，其应用范围包括集装箱定位、库存管理、采矿安全和保健等各个领域。由于IR
‑
UWB信号具有精细的时间分辨率特性，通过这种方式可以实现非常精确的源定位。
[0003]现有定位技术中，主要有基于距离的TOA(time of arrival，到达时间)、TDOA(Time Difference of Arrival，到达时间差)、基于角度的AOA(Angle of Arrival，到达角度)、基于相位差的PDOA(Phase Difference of Arrival，到达相位差)等技术，尤其是AOA技术所需基站少。
[0004]但是，现有方案在入射角(即到达角)计算时，一方面需要多副天线及相应多套接收设备，即使有些应用方案中可以在一套接收设备中共用同一个基带处理单元，但每副天线仍需要有相应的接收机通路(也称射频前端、射频通路等)，仅是基带处理单元根据不同天线及其接收机通路所接收信号的到达时间差或者角度差等指标来计算天线所接收信号的到达角度，导致AOA定位时方案较复杂，且基带处理单元的处理逻辑复杂，以及成本、功耗等较高；另一方面，对天线系统的性能要求十分高，导致天线系统非常复杂，成本和功耗居也高不下，而且在室内环境中多径效应严重影响方向判断，定位精度不高。
[0005]因此，在AOA应用中需要一种新技术方案，以结构简单且低成本、低功耗的新方案对达到角度(即入射角)进行精确处理。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本说明书实施例提供一种UWB信号入射角处理及定位方法、系统、电子设备、介质，可以简化结构，降低成本、功耗，且定位精度高。
[0007]本说明书实施例提供以下技术方案：
[0008]本说明书实施例提供一种UWB信号入射角处理方法，包括：
[0009]通过开关在预设时间内将目标天线切换为工作状态以使目标天线用于接收UWB信号；
[0010]根据所述UWB信号提取处于工作状态的所述目标天线对应的信道信息；
[0011]根据所述传输延时确定所述UWB信号入射到处于工作状态的所述目标天线的时间差，并根据所述时间差确定入射角。
[0012]本说明书实施例还提供一种UWB信号入射角处理系统，包括目标天线、开关和接收机，其中所述接收机包括射频单元和基带处理单元，所述射频单元通过所述开关配置有多
个所述目标天线；
[0013]所述基带处理单元被配置为执行以下操作：
[0014]通过所述开关在预设时间内将目标天线切换为工作状态以使目标天线用于接收UWB信号；
[0015]根据解调出的所述UWB信号提取处于工作状态的所述目标天线对应的信道信息；
[0016]根据所述传输延时确定所述UWB信号入射到处于工作状态的所述目标天线的时间差，并根据所述时间差确定入射角。
[0017]本说明书实施例还提供一种UWB信号定位方法，包括：
[0018]获取至少一个入射角，其中入射角为基于本说明书中任意一项实施例所述的UWB信号入射角处理方法根据至少一个定位设备发射的UWB信号确定出的入射角；
[0019]基于所述第一入射角对目标所在位置进行定位。
[0020]本说明书实施例还提供一种UWB信号定位系统，包括接收处理单元和至少一个定位设备；其中，所述定位设备用于发射UWB信号；所述接收处理单元用于获取所述定位设备对应的入射角，以及基于所述入射角对目标进行定位处理，所述入射角为基于本说明书中任意一项实施例所述的UWB信号入射角处理方法确定出的入射角。
[0021]与现有技术相比，本说明书实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到的有益效果至少包括：
[0022]相比于传统的双天线及双接收设备的AOA计算方案，本申请仅需一套接收装置搭配多副天线进行AOA计算，即在接收装置内，在天线和接收前端之间增设天线切换开关，处理中通过及时切换接收天线，以及根据天线切换前后的信道接收情况获得各天线对应的信道信息，最后基于信道信息完成AOA定位计算，不仅能够基于一套接收设备配置多副天线实现高精度的AOA定位，而且可以简化设备内的电路结构，可以节省AOA定位设备内重复的电路，如设备中均只需一个射频、解调、信道、基带等电路单元，可以显著地降低电路功耗。
附图说明
[0023]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，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它的附图。
[0024]图1是基于多接收机进行入射角计算及定位应用的结构示意图；
[0025]图2是接收机配置多副天线进行入射角计算及定位应用的结构示意图；
[0026]图3是本申请中UWB信号平行入射到天线阵列时入射角的示意图；
[0027]图4是本申请中一种UWB信号入射角处理方案的结构示意图；
[0028]图5是本申请中一种UWB信号入射角处理方法的流程图；
[0029]图6是本申请中UWB信号格式的结构示意图；
[0030]图7是本申请中基于UWB信号中SYNC字段进行天线切换及信道信息提取的示意图；
[0031]图8是本申请中基于UWB信号中SYNC字段和其他字段进行天线切换及信道信息提取的示意图；
[0032]图9是本申请中UWB信号中STS字段的结构示意图；
[0033]图10是本申请中基于UWB信号中STS字段进行天线切换及信道信息提取的示意图；
[0034]图11是本申请中UWB信号中RMARKER标记的示意图；
[0035]图12是本申请中一种UWB信号入射角处理系统的示意图；
[0036]图13是本申请中一种UWB信号定位方法的流程图；
[0037]图14是本申请中一种基于单AOA基站的UWB信号定位方法的示意图；
[0038]图15是本申请中一种基于双定位设备的UWB信号定位方法的示意图；
[0039]图16是本申请中一种UWB信号定位系统的结构示意图。
具体实施方式
[0040]下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。
[0041]以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种UWB信号入射角处理方法，其特征在于，包括：通过开关在预设时间内将目标天线切换为工作状态以使目标天线用于接收UWB信号；根据所述UWB信号提取处于工作状态的所述目标天线对应的信道信息；根据所述信道信息确定所述UWB信号入射到处于工作状态的所述目标天线的时间差，并根据所述时间差确定入射角。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述UWB信号包含有SYNC字段；通过开关在预设时间内将目标天线切换为工作状态以使目标天线用于接收UWB信号包括：在将第一目标天线切换为工作状态后，当通过所述第一目标天线接收到所述SYNC字段中第一长度的第一符号序列时，通过所述开关将第二目标天线切换为工作状态以使所述第二目标天线用于接收所述SYNC字段中第二长度的第二符号序列；根据所述UWB信号提取处于工作状态的所述目标天线对应的信道信息包括：利用第一本地序列与所述第一符号序列进行相关运算得到第一相关系数，其中所述第一相关系数用于作为所述第一目标天线接收所述UWB信号时对应的第一信道信息。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：利用第二本地序列与所述第二符号序列进行相关运算得到第二相关系数，其中所述第二相关系数用于作为所述第二目标天线接收所述UWB信号时对应的第二信道信息；根据所述第一信道信息和所述第二信道信息确定所述UWB信号入射到所述第一目标天线和所述第二目标天线的入射角，入射角与信道信息之间的关系如下：其中，θ为所述UWB信号入射到所述第一目标天线和所述第二目标天线的入射角，c为光速，D为所述第一目标天线和所述第二目标天线之间的距离，
△
τ为根据所述第一信道信息和所述第二信道信息确定所述UWB信号入射到所述第一目标天线和所述第二目标天线的时间差。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，以符号长度为周期长度进行循环相关运算得到第一相关系数，其中第一相关系数与第一本地序列和第一符号序列之间的关系如下：其中，x
i
(n)为相关系数，s
0i
(n)为第i个符号序列，s
1i
(n)为用于对第i各符号序列进行相关运算的第一本地序列，其中n＝0，1，.....，L
‑
1，L为符号长度。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，采用N个符号序列的相关系数作平均的数据平滑得到第一相关系数以作为第一信道信息：其中，第一信道信息记为h1(n)，N为大于1的整数。6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述UWB信号还包含有SFD字段，当所述SYNC字段的长度不足以使得所述第二目标天线接收到所述SYNC字段中第二长度的第二符号序列时，所述第二目标天线用于接收所述SFD字段以作为第二长度的第二符号序列中至
少一部分序列数据。7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述UWB信号还包含有Payload字段，当所述SYNC字段的长度不足以使得所述第二目标天线接收到所述SYNC字段中第二长度的第二符号序列时，所述第二目标天线用于接收所述Payload字段以作为第二长度的第二符号序列中至少一部分序列数据。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述UWB信号包含有STS字段；通过开关在预设时间内将目标天线切换为工作状态以使目标天线用于接收UWB信号包括：在第一个Gap期间，通过所述开关将第一目标天线切换为工作状态，以使第一目标天线在紧随所述第一个Gap后的STS活动块期间接收所述STS字段的第一STS序列；以及，在第二个Gap期间，通过所述开关将第二目标天线切换为工作状态，以使所述第二目标天线在紧随所述第二个Gap后的STS活动块期间接收所述STS字段的第二STS序列。9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述UWB信号包含有附加RMarker和STS字段，其中附加RMarker标记用于定义单个STS字段的开始和结束；通过开关在预设时间内将目标天线切换为工作状态以使目标天线用于接收UWB信号包括：在检测到第一个附加RMarker标记时，在紧随第一个附加RMarker标记的Gap期间通过开关将第一目标天线切换为工作状态以使第一目标天线用于接收第一UWB信号，以及在检测到下一个附加RMarker标记时，在紧随所述下一个附加RMarker标记的Gap期间通过开关将第二目标天线切换为工作状态以使第二目标天线用于接收第二UWB信号。10.一种UWB信号入射角处理系统，其特征在于，包括目标天线、开关和接收机，其中所述接收机包括射频单元和基带处理单元，所述射频单元通过所述开关配置有多个所述目标天线；所述基带处理单元被配置为执行以下操作：通过所述开关在预设时间内将目标天线切换为工作状态以使目标天线用于接收UW...

【专利技术属性】
技术研发人员：林水洋，宋颖，俞丽娜，
申请(专利权)人：隔空上海智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：