相对方位角计算方法和装置、以及相对定位方法

相对方位角计算方法和装置、以及相对定位方法
【专利摘要】本发明公开了一种相对方位角计算方法和装置、以及相对定位方法。该相对方位角计算方法包括：获得第一和第二移动设备的惯性传感器数据，其中，该第一移动设备能够向该第二移动设备发送第一信号；获得该第一移动设备在向该第二移动设备发送该第一信号时、该第一信号具有的发送频率；获得该第二移动设备在从该第一移动设备接收该第一信号时、该第一信号具有的接收频率，其中，该第一信号在从该第一到第二移动设备的发送过程中经受多普勒效应的影响；以及根据该惯性传感器数据、该发送频率、和该接收频率来计算该第一和第二移动设备之间的相对方位角。该相对方位角计算方法能够直接利用多普勒效应来计算设备之间的相对方位角，而无需任何初始条件。
【专利说明】
相对方位角计算方法和装置、从及相对定位方法
技术领域
[0001] 本发明设及无线通信领域，更具体地，本发明设及一种相对方位角计算方法和装 置、W及相对定位方法。
【背景技术】
[0002] 两个移动设备之间的相对方位角是指两个移动设备中的一个移动设备的设备朝 向与从所述一个移动设备到另一个移动设备的连线方向之间的夹角。
[0003] 目前的方位角计算方法需要首先获得两个移动设备的初始化坐标并且获得它们 的惯性传感器数据，据此来推算处于相互移动过程中的两个移动设备的相对位置（坐标）， 并最终根据诸如=角定位方法等定位方法来确定两个移动设备之间的相对方位角。
[0004] 例如，可W通过在两个移动设备之间发送无线信号来定位和跟踪网络中节点。然 而，由于在发送无线信号的同时，发送端移动设备和接收端移动设备可能处于移动的过程 中，因此，在发送端移动设备和接收端移动设备之间可能存在多普勒效应。多普勒效应可能 导致发送的无线信号从发送到接收的路程变长或变短，从而导致无线信号的接收频率不够 准确。此外，如果在发送端移动设备无线信号进行了诸如频率编码之类的操作，多普勒效应 还会导致该无线信号在接收端移动设备出现解码错误。
[0005] 由于多普勒效应的影响存在于不同方面，所W传统的技术都是根据自身系统的需 要，进行多普勒效应补偿。例如，传统的技术往往利用多普勒效应原理来补偿运样不准确的 接收频率，W便更准确地对移动设备进行定位，从而获得所需的相对方位角。

【发明内容】

[0006] 根据本发明的一个方面，提供了一种相对方位角计算方法，所述方法包括：获得第 一移动设备和第二移动设备的惯性传感器数据，其中，所述第一移动设备能够向所述第二 移动设备发送第一信号；获得所述第一移动设备在向所述第二移动设备发送所述第一信号 时、所述第一信号具有的发送频率；获得所述第二移动设备在从所述第一移动设备接收所 述第一信号时、所述第一信号具有的接收频率，其中，所述第一信号在从所述第一移动设备 到所述第二移动设备的发送过程中经受多普勒效应的影响；W及根据所述惯性传感器数 据、所述发送频率、和所述接收频率来计算所述第一移动设备和所述第二移动设备之间的 相对方位角，所述相对方位角是所述第一移动设备和所述第二移动设备中的一个移动设备 的设备朝向与从所述一个移动设备到另一个移动设备的连线方向之间的夹角。
[0007] 此外，根据本发明的另一方面，提供了一种移动设备的相对定位方法，所述方法包 括：使用根据本发明的相对方位角计算方法来计算所述第一移动设备和所述第二移动设备 之间的初始相对方位角；计算所述第一移动设备和所述第二移动设备之间的初始相对距 离；W及根据所述初始相对方位角和所述初始相对距离来确定所述第一移动设备和所述第 二移动设备之间的初始相对位置关系。
[0008] 根据本发明的又一方面，提供了一种相对方位角计算装置，所述装置包括：惯性数 据获得单元，用于获得第一移动设备和第二移动设备的惯性传感器数据，其中，所述第一移 动设备能够向所述第二移动设备发送第一信号；发送频率获得单元，用于获得所述第一移 动设备在向所述第二移动设备发送所述第一信号时、所述第一信号具有的发送频率；接收 频率获得单元，用于获得所述第二移动设备在从所述第一移动设备接收所述第一信号时、 所述第一信号具有的接收频率，其中，所述第一信号在从所述第一移动设备到所述第二移 动设备的发送过程中经受多普勒效应的影响；W及方位角计算单元，用于根据所述惯性传 感器数据、所述发送频率、和所述接收频率来计算所述第一移动设备和所述第二移动设备 之间的相对方位角，所述相对方位角是所述第一移动设备和所述第二移动设备中的一个移 动设备的设备朝向与从所述一个移动设备到另一个移动设备的连线方向之间的夹角。
[0009] 与现有技术相比，采用根据本发明的相对方位角计算方法和装置，其能够利用至 少两个移动设备的惯性传感器数据和在所述移动设备之间发送的无线信号所经受的多普 勒效应来计算两个移动设备之间的相对方位角。也就是说，根据本发明实施例的相对方位 角的计算过程，基于多普勒效应和惯性传感器数据，仅在两个移动设备之间即可实现方位 角的计算，而无需另一移动设备或者其他辅助参数的引入。因此，根据本发明实施例的相对 方位角计算方法和装置能够直接利用多普勒效应对于无线信号的影响来得到两个移动设 备的相对位置信息，而无需任何初始条件。
[0010] 本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变 得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利 要求书W及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
【附图说明】
[0011] 附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实 施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
[0012] 图1图示了根据本发明实施例的应用场景的结构框图。
[0013] 图2是图示了根据本发明实施例的相对方位角计算方法的总体流程图。
[0014] 图3是图示了多普勒效应的原理图。
[0015] 图4是图示了根据本发明实施例的移动设备的相对定位方法的总体流程图。
[0016] 图5是图示了根据本发明实施例具体示例的相对定位方法的总体流程图。
[0017] 图6是图示了根据本发明实施例具体示例的相对定位方法的定位过程时序图。 [001引图7是图示了根据本发明实施例具体示例的建立无线网络过程的示例流程图。
[0019] 图8是图示了根据本发明实施例具体示例的基于频率变化的编码方法示意图。
[0020] 图9是图示了根据本发明实施例具体示例的基于TOF距离测量原理的时延补偿过 程的时延示意图。
[0021] 图10是图示了根据本发明实施例具体示例的基于TDOA距离测量原理的相对距离 测量的示意图。
[0022] 图11是图示了根据本发明实施例具体示例的方位角计算操作的原理图。
[0023] 图12是图示了根据本发明实施例具体示例的基于惯性传感器数据的跟踪节点位 置的原理图。
[0024] 图13是图示了根据本发明实施例的相对方位角计算装置的功能配置框图。
[0025] 图14是图示了根据本发明实施例的相对定位设备的功能结构图。
[00%] 图15是图示了根据本申请实施例的移动设备的硬件结构框图。
【具体实施方式】
[0027] 将参照附图详细描述根据本发明的各个实施例。运里，需要注意的是，在附图中， 将相同的附图标记赋予基本上具有相同或类似结构和功能的组成部分，并且将省略关于它 们的重复描述。
[0028] 为了使本领域技术人员更好地理解本发明，将按下列顺序来对本发明作进一步详 细说明。
[0029] 1、本发明的思想概述
[0030] 2、应用场景
[0031] 3、相对方位角计算方法
[0032] 4、移动设备的相对定位方法
[0033] 5、移动设备的相对定位方法的具体示例
[0034] 6、相对方位角计算装置
[0035] 7、相对定位设备
[0036] 8、移动设备
[0037] 1、本发明的思想概述
[0038] 在对现有技术中的技术问题进行研究的过程中，本发明人认识到：在相对方位角 的计算过程中，已有的大多数研究工作都是利用多普勒效应原理来补偿接收端移动设备从 发送端移动设备所接收到的无线信号的接收频率，W便更准确地对移动设备进行定位，从 而获得所需的相对方位角。也就是说，传统的技术将多普勒效应视为一种不良影响，并且视 图去除运种不良影响。
[0039] 在根据本发明实施例的相对方位角计算方法中，本发明人提出了一种新颖的方位 角计算方式，其中与传统技术相反地，可W直接利用在移动设备之间发送的无线信号所经 受的多普勒效应来计算两个移动设备之间的相对方位角，从而将多普勒效应对于无线信号 的影响变害为利。 W40] 2、应用场景
[0041] 在下文中，将首先参考图1来描述根据本发明实施例的应用场景的总体结构示 例。
[0042] 根据本发明实施例的相对方位角计算方法和装置、W及相对定位方法和设备可W 应用于无线通信系统，该无线通信系统可W是在任何类型的特定环境中构建的无线通信网 络。
[0043] 例如，当该特定环境是室外环境时，该无线通信系统可W是全球移动通信系统 (GSM)、卫星通信系统、微波通信系统。又如，当该特定环境是室内环境时，该无线通信系统 可W是射频识别（RFID)通信系统、紫蜂协议狂i浊ee)通信系统、超声波通信系统、超宽带 通信系统、蓝牙通信系统、或声波通信系统等。显然，在上述基于室外环境构建的无线通信 系统中应用的相对方位角计算方法由于无法解决信号遮蔽的问题而不能应用于室内环境； 而基于室内环境构建的无线通信系统由于起步比较晚、室内环境也非常复杂，所W相对方 位角计算操作往往存在精度低、时间长等问题。
[0044] 正因如此，本发明的实施例不但可W进一步增强室外环境的相对方位角计算精 度，而且可W很好地应用于基于室内环境构建的无线通信系统，W弥补室内环境中的相对 方位角测量操作的上述不足，使得能够在室内环境中准确地估计两个移动设备（或称之 为，节点）之间的相对方位角，W便稍后能够进一步据此来对它们进行精确的相对定位。
[0045] 需要说明的是，尽管在下文中W基于室内环境构建的无线通信系统为例进行说 明，但是，本发明不限于此。显然，本发明同样可W应用于基于室外环境构建的无线通信系 统中。
[0046] 图1图示了根据本发明实施例的应用场景的结构框图。
[0047] 如图1所示，例如，可W应用根据本发明实施例的方法、装置和设备的应用场景是 一种室内环境，在该室内环境中构造有无线通信系统10。该无线通信系统10可W至少包括 两个节点。
[0048] 作为示例，图1是一种拓扑结构图，其显示了无线通信系统10具有星型网络拓扑 的无线网络结构。在图1所示的示例中，该无线通信系统10包括五个节点化、NbU佩2、 佩3、和佩4。其中，节点化为星型网络拓扑中的主（Master)节点，其是无线网络中主动发 起相对方位角计算操作的节点，而节点Nbl到Nb4为星型网络拓扑中的从（Slave)节点，其 是无线网络中被动参与该相对方位角计算操作的节点。在下文中，为了便于描述，当不需要 对各个从节点进行区分时，可W统一地将从节点Nbl到Nb4标记为从节点佩。
[0049] 在无线网络中，主节点化和从节点Nb的角色可W随着相对方位角计算需求的变 化而变化。另外，在本发明的实施例中，主节点化到从节点Nb的相对方位角是指基于主节 点化的基准方向的、主节点化与从节点Nb之间的夹角。
[0050] 在无线通信系统10中，W主节点化和从节点Nbl为例，可W看出，两者之间可W 进行无线通信，W使得能够在该室内环境中估计运两个节点之间的相对方位角。例如，为了 计算主节点化与从节点Nbl之间的节点距离，主节点化可W向从节点Nbl传送无线通信 信号，W便确定出两个节点的惯性传感器数据和它们之间的多普勒效应。其后，利用惯性传 感器数据和多普勒效应来计算两个节点之间相对方位角的操作可W在两个节点中的任何 一个上执行。替换地，两个节点也可W将该上述相关数据传送到一个统一的服务器（未示 出），W便在该服务器中集中地执行该相对方位角计算操作。
[0051] 3、相对方位角计算方法
[0052] 在下文中，将参考图2来描述根据本发明实施例的相对方位角计算方法的总体流 程示例。
[0053] 所述相对方位角计算方法可W用于在特定环境中估计第一移动设备与第二移动 设备之间的相对方位角。
[0054] 在一个实施例中，所述特定环境可W是室内环境。替换地，在其他实施例中，所述 特定环境同样可W是室外环境。
[0055] 图2是图示了根据本发明实施例的相对方位角计算方法的总体流程图。
[0056] 如图2所示，所述相对方位角计算方法可W包括：
[0057] 在步骤SllO中，获得第一移动设备和第二移动设备的惯性传感器数据，其中，所 述第一移动设备能够向所述第二移动设备发送第一信号。
[0058] 在步骤S120中，获得所述第一移动设备在向所述第二移动设备发送所述第一信 号时、所述第一信号具有的发送频率。
[0059] 在步骤S130中，获得所述第二移动设备在从所述第一移动设备接收所述第一信 号时、所述第一信号具有的接收频率，其中，所述第一信号在从所述第一移动设备到所述第 二移动设备的发送过程中经受多普勒效应的影响。 W60] 在步骤S140中，根据所述惯性传感器数据、所述发送频率、和所述接收频率来计 算所述第一移动设备和所述第二移动设备之间的相对方位角，所述相对方位角是所述第一 移动设备和所述第二移动设备中的一个移动设备的设备朝向与从所述一个移动设备到另 一个移动设备的连线方向之间的夹角。
[0061] 下面，将更加详细地描述上述的各个步骤。
[0062] 与传统技术中利用基于多普勒效应原理补偿来无线信号的接收频率并据此计算 移动设备之间的相对方位角不同地，在根据本发明实施例的相对方位角计算方法中，可W 充分考虑到多普勒效应对于无线信号在移动设备之间发送过程的影响，利用多普勒效应和 移动设备的惯性传感器数据来直接计算移动设备之间的方位角。
[0063] 为此，在一个实施例中，在步骤SllO之前，首先，可W从第一移动设备向所述第二 移动设备发送第一信号。
[0064] 例如，该第一信号可W是任何类型的波型信号，诸如，声音信号、电磁波信号等，只 要当其在第一移动设备和第二移动设备之间进行传送时，能够由于两个移动设备之间的相 对运动而产生多普勒效应即可。具体地，综合考虑到移动设备中的计时精度和计算方位角 的耗时，该第一信号可W是声音信号。 阳0化]图3是图示了多普勒效应的原理图。
[0066] 如图3所示，根据多普勒效应，当第一信号在第二移动设备的接收频率高于其在 第一移动设备的发送频率时，可W说明两个移动设备相互靠近；而当第一信号在第二移动 设备的接收频率低于其在第一移动设备的发送频率时，可W说明两个移动设备相互远离。
[0067] 具体地，两个移动设备之间的频率关系如公式（1)所示： W側
公式（1)
[0069] 其中，f'为第一信号在第二移动设备的接收频率；f为第一信号在第一移动设备 的发射频率；V为信号波在两个移动设备之间的传播介质中的行进速度（例如，当信号波为 声波并且传播介质为空气时，该行进速度为340米/秒）；v。为第二移动设备的移动速度， 若第二移动设备接近第一移动设备，则其前方运算符号为+号，反之则为-号；Vg为第一移 动设备的移动速度，若第二移动设备接近第一移动设备，则其前方运算符号为-号，反之则 为+号。
[0070] 接下来，为了计算第一移动设备与第二移动设备之间的相对方位角，可W在步骤 Slio中，获得第一移动设备和第二移动设备的惯性传感器数据。
[0071] 例如，移动设备的惯性传感器是一种能够检测和测量加速度、倾斜、冲击、振动、旋 转和多自由度运动的传感器，其可W包括：例如加速度计（或加速度传感计）和角速度传感 器（或巧螺仪）W及它们的单、双、=轴组合惯性测量单元（IMU)，包括磁传感器的姿态参考 系统（AHR巧等等。如此，移动设备的惯性传感器的惯性数据可W包括移动设备自身的加速 度（在很短的时间内，可W用加速度来估算速度）、角速度、姿态、方位角等。而通过运种惯 性数据，可W得知各个移动设备（即，网络节点）的加速度、速度、角速度、姿态、方位角等信 息。
[0072] 假设该相对方位角的计算操作是由第一移动设备发起的，则该第一移动设备可W 直接读取由在自身中装备的惯性传感器所获得的惯性数据；另外，该第一移动设备还可W 通过例如两个设备之间的无线网络来从第二移动设备获得由在第二移动设备中装备的惯 性传感器所获得的惯性数据。例如，移动设备之间的惯性传感器数据的获得操作可W是周 期性进行的，也可W是基于请求响应机制进行的。
[0073] 在第一移动设备向所述第二移动设备发送第一信号之后，可W在步骤S120中，获 得所述第一移动设备在向所述第二移动设备发送所述第一信号时、所述第一信号具有的发 送频率，即，所述第一移动设备对于所述第一信号的原始发射频率。
[0074] 同理，在第二移动设备从所述第一移动设备接收第一信号之后，可W在步骤S130 中，获得所述第二移动设备在从所述第一移动设备接收所述第一信号时、所述第一信号具 有的接收频率，即，所述第一信号在经受了从所述第一移动设备到所述第二移动设备的发 送过程的多普勒效应的影响之后、在所述第二移动设备的接收频率。
[0075] 最后，在获得所述惯性传感器数据、所述发送频率、和所述接收频率之后，可W在 步骤S140中，计算所述第一移动设备和所述第二移动设备之间的相对方位角。
[0076] 由于如上所述，多普勒效应包括由于两个移动设备相互接近所引起的多普勒效应 和由于两个移动设备相互远离所引起的多普勒效应，所W为了更加准确地计算相对方位 角，在一个实施例中，该步骤S140可W包括：根据所述发送频率和所述接收频率之间的大 小关系来判断所述多普勒效应的类型；W及取决于所述多普勒效应的类型，根据所述惯性 传感器数据、所述发送频率、和所述接收频率来计算所述相对方位角。
[0077] 具体地，该步骤S140中的取决于所述多普勒效应的类型，根据所述惯性传感器数 据、所述发送频率、和所述接收频率来计算所述相对方位角的子步骤可W包括：根据所述惯 性传感器数据来计算所述第一移动设备在所述连线方向上的第一速度分量和所述第二移 动设备在所述连线方向上的第二速度分量；取决于所述多普勒效应是所述第一移动设备和 所述第二移动设备相互远离类型的多普勒效应、还是所述第一移动设备和所述第二移动设 备相互接近类型的多普勒效应，根据所述第一速度分量和所述第二速度分量，来生成所述 第一移动设备相对于所述第二移动设备的第一相对方位角与所述第二移动设备相对于所 述第一移动设备的第二相对方位角之间的第一关系；根据所述第一移动设备的第一设备朝 向和所述第二移动设备的第二设备朝向来生成所述第一相对方位角与所述第二相对方位 角之间的第二关系；W及根据所述第一关系和所述第二关系来求解所述第一相对方位角和 /或所述第二相对方位角。
[0078] 由此可见，本发明的实施例提供了一种相对方位角计算方法，其能够利用至少两 个移动设备的惯性传感器数据和在所述移动设备之间发送的无线信号所经受的多普勒效 应来计算两个移动设备之间的相对方位角。也就是说，根据本发明实施例的相对方位角的 计算过程，基于多普勒效应和惯性传感器数据，仅在两个移动设备之间即可实现方位角的 计算，而无需另一移动设备或者其他辅助参数的引入。因此，根据本发明实施例的相对方位 角计算方法能够直接利用在移动设备之间发送的无线信号所经受的多普勒效应来计算两 个移动设备之间的相对方位角，而无需任何初始条件。
[0079] 需要说明的是，尽管上面按照步骤SllO到S140运一特定顺序来说明了根据本发 明实施例具体示例的相对方位角计算方法，但是，本发明不限于此。例如，该惯性传感器数 据的获得操作（即，步骤SllO)可W在发送频率和接收频率的获得操作（即，步骤S120和 步骤S130)之后执行，或者两者也可W同时执行。
[0080] 4、移动设备的相对定位方法
[0081] 在计算出移动设备之间的相对方位角之后，可W将其应用于很多应用场景。例如， 如果能够进一步获得移动设备之间的相对距离，则可W根据该相对方位角和该相对距离来 实现移动设备之间的相对定位操作。
[0082] 在下文中，将参考图4来描述根据本发明实施例的移动设备的相对定位方法的总 体流程示例。
[0083] 所述相对定位方法可W用于在特定环境中对未知其位置的移动该设备进行相对 定位。相对定位是相对于传统的绝对定位而提出的最新概念。绝对定位又称为单点定位， 运是一种采用一台移动设备进行定位的模式，它所确定的是移动设备的绝对坐标。运种定 位模式的特点是作业方式简单，可W单机作业，并且其一般用于导航和精度要求不高的应 用中。相反地，相对定位又称为差分定位，运种定位模式采用两台W上的移动设备，W确定 移动设备之间的相互位置关系。也就是说，相对定位无法获得移动设备的绝对坐标，而只能 得到两个移动设备之间的位置关系。
[0084] 图4是图示了根据本发明实施例的移动设备的相对定位方法的总体流程图。
[00财如图4所示，所述移动设备的相对定位方法可W包括：
[0086] 在步骤S210中，计算第一移动设备和第二移动设备之间的初始相对方位角。
[0087] 在步骤S220中，计算所述第一移动设备和所述第二移动设备之间的初始相对距 离。
[0088] 在步骤S230中，根据所述初始相对方位角和所述初始相对距离来确定所述第一 移动设备和所述第二移动设备之间的初始相对位置关系。
[0089] 下面，将更加详细地描述上述的各个步骤。
[0090] 在步骤S210中，可W使用各种相对方位角计算方法来计算所述第一移动设备和 所述第二移动设备之间的相对方位角，作为初始相对方位角。
[0091] 在一个实施例中，可W使用根据本发明实施例的相对方位角计算方法来分计算移 动设备之间的初始相对方位角。
[0092] 为了最终获得移动设备之间的初始相对位置关系，可W在步骤S220中，使用各种 相对距离计算方法来计算移动设备之间的相对距离，作为初始相对距离。
[0093] 目前，常用的相对距离计算方法技术主要包括基于接收信号强度指示巧SSI)、飞 行时间（TOF)、到达时间差（TDOA)、到达角度（AOA)、到达相位差（POA)等测距技术。
[0094] 基于RSSI的测距技术的主要思路在于：任意两个节点（或称之为，移动设备）之 间距离的估计是基于接收信号强度来实现的。目前，多数的无线技术采用此方法，如无线保 真（Wi-Fi)、蓝牙低能耗度LE)、紫蜂协议（Zigbee)和超宽带OJWB)通信系统等。由于便利 的优点，运一技术被广泛地应用于超市或者图书馆，但是，作为测距基础的无线信号的信号 强度很容易受到环境的影响。
[00巧]基于TOF的测距技术的主要思路在于：任意两个节点之间距离的估计是基于无线 信号的传播时间来实现的。具体地，在该技术中，发射节点发射信号，接收节点接收信号，并 且测量信号从发射节点到接收节点的传播时间。运种方法的精度取决于无线网络的同步精 度和接收节点的计时精度。例如，发射信号包括电磁波信号或者声音信号。此外，此方法需 要无线网络的同步信息传送，所W在实际应用中，也可W替换地通过下面介绍的TDOA方式 来实现。
[0096] 基于TDOA的运种方法又分为TDOA距离测量和TDOA定位。TDOA距离测量是利用 两种不同信号的达到时间差来计算两个节点之间的相互距离。例如，所述信号可W包括射 频（R巧信号和超声波信号。TDOA定位是采用一种信号达到两个接收节点之间的时间差来 定位发射节点的位置。运种方法无需无线网络的同步过程，因而使用方便，而且精度高，所 W在室内定位，特别是实验室的研究中得到了广泛的应用。但是，由于无线信号容易受到环 境因素的影响，所W运种方法为什么一直处于实验室原型和研究阶段。
[0097] 基于AOA的测距技术的主要思路在于：基于无线信号到达两个接收节点的角度来 进行距离测量的。运种方法精度高，但是由于用于测量信号到达角度的无线信号天线阵列 是设计的一个难点，所W运种方法也像TDOA -样，还处在实验室原型和研究阶段。
[0098] 基于POA的测距技术的主要思路在于：基于两种不同信号的相位差来进行测距。 因为该技术不需要依靠计时器的精度，所W具有较高的测距精度。例如，所述信号可W是两 种相位不同的信号，运种技术已经应用到了实际产品中。
[0099] 下面，将W基于TOF的测距技术为例，来说明计算移动设备之间的初始相对距离 的过程。
[0100] 在第一示例中，该步骤S220可W包括：获得所述第一移动设备完成发送所述第一 信号的发送完成时刻；获得所述第二移动设备开始接收所述第一信号的接收开始时刻；获 得所述第二移动设备对所述第一信号进行处理的处理操作时延；W及至少根据所述发送完 成时刻、所述接收开始时刻、所述处理操作时延、和所述第一信号的传播速度来计算所述初 始相对距离。 阳101] 具体地，该第一信号可W是为了实现相对方位角计算方法而从第一移动设备向所 述第二移动设备发送的能够受到多普勒效应影响的第一信号。例如，该第一信号可W是从 第一移动设备向所述第二移动设备发送的声音信号，其可W包括频率处于20赫兹化Z)到 20000化之间的可闻声波、频率低于20化的次声波、和/或频率高于20000化的超声波。 [0102] 例如，为了获得第一信号在两个移动设备之间的传播时间，可W在第一移动设备 为了计算其与第二移动设备之间的相对方位角而向所述第二移动设备发送了第一信号之 后，获得该第一信号在第一移动设备处的发送完成时刻。接下来，可W在该第一信号到达第 二移动设备时，获得该第一信号在第二移动设备处的接收开始时刻。并且，将第一信号的发 送完成时刻和第一信号的接收开始时刻之间的时延近似为第一信号在两个移动设备之间 的传播时间。 阳103] 然而，一方面，由于该发送完成时刻仅仅为第一移动设备所知，而该接收开始时刻 仅仅为第二移动设备所知，所W为了计算两者之间的相对距离，必须在两个移动设备之间 同步该时间信息，运无疑加重了节点的操作负担。更重要的是，另一方面，由于第一信号在 两个移动设备之间传送时可能受到多普勒效应的影响，而使得第二移动设备接收到的无线 信号的接收频率出现误差，并进而导致该无线信号的接收时刻出现误差，所W必须利用多 普勒效应原理，补偿运样的不准确的接收时刻，从而补偿传播时间，从而在基于到达时间差 (TDOA)算法而测量两个节点之间的距离时能够计算得到更准确的距离。然而，如【背景技术】 所描述的，在进行补偿操作时，可能无法准确地确定出对于接收频率的准确补偿值，从而影 响到相对方位角计算操作的精确性。
[0104] 为了解决上述问题，在第二示例中，代替获得所述第二移动设备开始接收所述第 一信号的接收开始时刻，可W使得第二移动设备在接收到第一信号之后，进一步向所述第 一移动设备发送第二信号，然后获得所述第一移动设备开始接收所述第二信号的接收开始 时刻，并且利用第一信号在第一移动设备的发送完成时刻和第二信号在第一移动设备的接 收开始时刻来估计第一信号在两个移动设备之间的传播时间。
[01化]在此情况下，该步骤S220可W包括：获得所述第一移动设备完成发送所述第一信 号的发送完成时刻；获得所述第一移动设备开始接收第二信号的接收开始时刻，所述第二 信号是所述第二移动设备在接收到所述第一信号之后、向所述第一移动设备发送的信号； 获得所述第二移动设备对所述第一信号进行处理并且根据处理结果来生成并发送所述第 二信号的处理操作时延；W及至少根据所述发送完成时刻、所述接收开始时刻、所述处理操 作时延、W及所述第一信号和所述第二信号的传播速度来计算所述初始相对距离。
[0106] 具体地，该第二信号可W是任何类型的信号，例如，声音信号、电磁波信号、光信号 等。 阳107] 例如，该第二信号可W与第一信号具有相同类型。例如，该第一信号和该第二信号 可W都属于声音信号。运时，近似地，第一信号在第一移动设备的发送完成时刻和第二信号 在第一移动设备的接收开始时刻之间的时延可W包括：第一信号在两个移动设备之间的2 倍传播时间、W及所述第二移动设备对所述第一信号进行处理并且根据处理结果来生成并 发送所述第二信号的处理操作时延。运样，通过从发送完成时刻与接收开始时刻之间的时 延中去除处理操作时延，并且将结果除W 2,可W获得第一信号在两个移动设备之间的传播 时间。
[0108] 替换地，为了加快相对距离的计算过程，该第二信号可W与第一信号具有不同类 型，并且其传播速度可W远大于第一信号。例如，该第二信号可W是电磁波信号。运时，由 于第二信号的传播速度非常快，所W该第二信号在两个移动设备之间的传播时间可W忽略 不计，因此，近似地，第一信号在第一移动设备的发送完成时刻和第二信号在第一移动设备 的接收开始时刻之间的时延可W包括：第一信号在两个移动设备之间的传播时间、W及所 述第二移动设备对所述第一信号进行处理并且根据处理结果来生成并发送所述第二信号 的处理操作时延。运样，通过从发送完成时刻与接收开始时刻之间的时延中去除处理操作 时延，可W获得第一信号在两个移动设备之间的传播时间。
[0109] 进一步地，可W将该第二信号选择为W下电磁波信号，其包括开放系统互联（OSI) 屯层网络协议中的物理层（而非更高层）数据。运样，由于物理层数据的无需经过复杂的 上层协议处理（例如，封装和解封装（路由）操作)的过程，所W其处理速度非常快，处理 时延几乎可W忽略不计。因此，近似地，第一信号在第一移动设备的发送完成时刻和第二信 号在第一移动设备的接收开始时刻之间的时延可W包括：第一信号在两个移动设备之间的 传播时间、W及所述第二移动设备对所述第一信号进行处理的处理操作时延。运样，通过从 发送完成时刻与接收开始时刻之间的时延中去除处理操作时延，可W获得第一信号在两个 移动设备之间的传播时间。
[0110] W上在其中无线通信系统10仅仅包括第一移动设备和第二移动设备两个节点的 简单情况下描述了根据本发明实施例的相对方位角计算方法和相对定位方法。但是，在实 际情况下，在无线通信系统10中可能包括正在同时通信的多个移动设备，如图1所图示的。 在很多移动设备同时发送和接收的情况下，某一个接收端很可能同时接收到来自多个发送 端的信号，从而干扰来自于要测量的距离所设及的特定发送端的信号。 阳111] 对于该情况，可W通过如下步骤来克服：在为了实现相对方位角计算方法、乃至相 对定位方法而在第一移动设备和所述第二移动设备之间发送的第一信号、或第一信号和第 二信号时，可W使得所述第一信号和第二信号都携带所述移动设备的标识信息。例如，当 第一移动设备通过广播的方式发送第一信号时，可W使得第一信号携带其发送端移动设备 (即，第一移动设备）的标识信息。更进一步地，如果所述第一信号是单播或组播、而非广 播，则可W使得所述第一信号进一步携带其接收端移动设备（即，第二移动设备）的标识信 息。相反地，当第二移动设备向第一移动设备返回第二信号时，可W使得第二信号同时携带 其发送端移动设备（即，第二移动设备）和其接收端移动设备（即，第一移动设备）的标识 信息。
[0112] 更具体地，为了携带移动设备的标识信息，所述第一信号可W包括：通过多个发送 频率之间的不同变化所表示的所述第一移动设备的标识信息；并且所述第二信号可W包 括：通过多个发送频率之间的不同变化所表示的所述第一移动设备的标识信息和所述第二 移动设备的标识信息。
[0113] 运样，通过第一信号和第二信号中的标识信息，接收端就可W在从多个发送端同 时接收到的多个信号中找到来自于特定发送端的信号，避免来自其他发送端的干扰。
[0114] 在此情况下，该步骤S220中的获得所述第一移动设备开始接收第二信号的接收 开始时刻的子步骤可W包括：响应于所述第一移动设备从所述第二信号中解析出的标识信 息包括所述第一移动设备的标识信息，获得所述接收开始时刻。
[0115] 接下来，在获得了所述第一移动设备和所述第二移动设备之间的初始相对方位角 和初始相对距离之后，可W在步骤S230中，根据所述初始相对方位角和所述初始相对距离 来确定所述第一移动设备和所述第二移动设备之间的初始相对位置关系，即所述第二移动 设备在所述第一移动设备的什么方向W及什么距离处。
[0116] 在根据本发明实施例的相对定位方法的上述步骤中，需要通过在移动设备之间发 送和接收通信信号来实现相对定位，而运个信号传送过程显然是非常耗电的而且容易受到 周围环境的干扰。为了节约移动设备的功耗，延长移动设备的待机时间，可W考虑避免在移 动设备之间持续地收发通信信号，而是在对所述第一移动设备和第二移动设备进行相对定 位之后，利用所述第一移动设备和第二移动设备的惯性传感器数据，来跟踪两者之间的相 对位置。
[0117] 因此，在一个实施例中，在步骤S230之后，该相对定位方法还可W包括：在确定出 所述初始相对位置关系之后，重新获得第一移动设备和第二移动设备的惯性传感器数据， 并且根据重新获得的惯性传感器数据来计算所述第一移动设备和所述第二移动设备之间 的更新相对方位角；根据所述初始相对距离和重新获得的惯性传感器数据来计算所述第一 移动设备和所述第二移动设备之间的更新相对距离；W及根据所述更新相对方位角和所述 更新相对距离来估计所述第一移动设备和所述第二移动设备之间的更新相对位置关系。 [011引如此，利用惯性传感器数据，例如，加速度（W及从而得到的速度）、角速度、姿态 等等信息，可W得知该第一移动设备和该第二移动设备目前的走势，从而跟踪在下一段时 间内两者可能位于什么相对位置。
[0119] 当然，在跟踪了一段时间之后，可能跟踪的位置与实际的位置会产生偏差，则此时 可W重新经过上述的相对方位角和相对距离的测量步骤、W及定位的步骤来重新刷新当前 的准确相对位置。
[0120] 因此，在一个实施例中，在上述步骤之后，该相对定位方法还可W包括：在估计所 述更新相对位置关系之后，计算所述更新相对位置关系的累计误差；判断所述累计误差是 否大于或等于预设阔值；W及响应于所述累计误差大于或等于所述预设阔值，重新计算所 述第一移动设备和所述第二移动设备之间的初始相对方位角和初始相对距离。 阳121] 由此可见，本发明的实施例提供了一种移动设备的相对定位方法，其能够实现一 种未知环境中的相对定位过程，即移动设备仅依靠自己，而无需任何信标节点，即可实现两 个或多个移动设备相互之间的相对定位需求。此外，该相对定位方法还可W基于惯性传感 器数据来完成对相对定位的移动设备的跟踪，W低能耗实现了实时相对定位的要求。 阳122] 5、移动设备的相对定位方法的具体示例
[0123] 在下文中，将参考图5到图12来描述根据本发明实施例的移动设备的相对定位方 法的具体示例。
[0124] 在该具体示例中，假设该相对定位方法应用于W下应用场景，该应用场景例如是 会展行业，尤其是需要现场面对面的沟通的场景，例如行业供销会、贸易洽谈会、技术论坛 等。在运些场景中，多数访客的目的是在现场找到兴趣匹配的人并进行面对面的沟通，甚 至达成某种商业合作。也就是说，他们的感兴趣的人对于他们来说具有很高优先级，错过或 者误判断感兴趣的人都意味着访客的经济损失。但是，面对众多的人，访客存在不知道"运 些兴趣匹配的人在哪儿"的问题，因此，现场沟通的命中率和效率很低。在运样的应用场景 中，运些访客的需求主要在于找到感兴趣人的相对位置，而不是建立室内环境的整副地图， 而且要求该定位系统功能不会受到人的行为（包括移动或者说话）的影响。目前大多数的 室内定位技术需要预先布置信标节点或者特殊装置，运无疑是非常麻烦，无法获得良好的 用户体验。
[0125] 因此，本发明的目的就是，获得移动设备在无线网络中的相对位置信息，而无需任 何预先布置因素，例如仅使用移动设备即可获得其他移动设备的位置信息。也就是说，本发 明实现了仅依靠访客自己的移动设备来对身边感兴趣人的相对定位功能，从而让访客能方 便地发现自身周围的兴趣匹配的人，即获得每个兴趣匹配的人与之的相对位置（相对距离 和相对方位角）。
[01%] 在下文中，将参考图5来描述根据本发明实施例具体示例的移动设备的相对定位 方法的总体流程示例。 阳127] 图5是图示了根据本发明实施例具体示例的相对定位方法的总体流程图。
[0128] 如图5所示，相对定位方法可W包括：1)建立无线网络Sl ;2)发送和接收节点之 间的信号S2 ;3)计算节点之间的距离S3 ;4)计算节点之间的方位角S4 ;5)跟踪节点的位 置S5;6)校正节点的位置S6。
[0129] 对于SI过程，在本具体示例中，假设无线网络的拓扑结构例如可W是如图1所示 的星状拓扑结构。无线网络中主从节点（或称之为，移动设备）的个数是变化的，即节点之 间的角色基于定位需求的变化而变化。基于无线网络的拓扑结构，需要定位其他节点的节 点转换自己的角色成为星状网络中的主节点，发起定位过程。完成定位过程后，主节点恢复 成网络中的普通节点（目P，从节点）。同时，各个节点的惯性传感器数据在整个网络中实时 共享。例如，关于无线网络技术的典型代表可W是蓝牙或者度L巧低功耗蓝牙，运一技术被 广泛地应用于移动设备。 阳130] 具体地，如图1所图示的，在无线网络中包括：节点化（无线网络中需要定位其他 节点的节点），为星型网络拓扑中的主节点；W及节点Nb (无线网络中被定位的节点），为星 型网络拓扑中的从节点。化和Nb的角色在无线网络中随着定位需求的变化而变化。所得 到的定位结果是一个相对定位结果：节点之间的相对距离是Na与Nb之间的距离；相对方 向角是基于化的基准方向，化与Nb之间的夹角。 阳131] 对于S2过程，主节点发送作为第一信号的声音信号，从节点接收该声音信号并且 回复第二信号。主节点发送和从节点接收的第一信号为声音信号的原因是，声音信号的速 度更有利于距离的计算。因为信号需要携带身份标识，所W在该声音信号中可W基于声波 的频率对身份标识进行了编码。为了减少环境噪声和多普勒效应的影响，声音信号可W按 照频率变化进行编码。从节点回复的第二信号可W是声音信号，也可W是无线信号。为了 减少噪声影响，提高数据交换率，从节点回复的第二信号优先推荐为无线信号。从节点在回 复接收到的声音信号时所采用的无线信号一般常见为BLE或者Wi-Fi格式的信号。
[0132] 对于S3过程，相对距离的计算可W基于TOF算法来计算得到。稍后，将对运种基 于TOF的算法进行详细描述。
[0133] 然而，本发明不限于此。例如，该相对距离的计算也可W基于TDOA算法等其他算 法计算得到。例如，TDOA距离测量可W通过两种速度不同的信号来实现。通常，可W使用 电磁波信号和声音信号运两种信号。对于移动设备或智能手机，可W使用的一种信号可W 是例如Wi-Fi信号，蓝牙信号或者BLE信号等的无线信号，另一种信号可W是基于麦克风和 扬声器的声音信号。
[0134] 对于S4-S5过程，相对方位角的计算和跟踪节点位置是基于惯性传感器数据的。 对于移动设备或者智能手机，惯性传感器数据的精度是不同的。所W系统的定位精度主要 取决于不同移动设备的不同惯性传感器精度。
[0135] 对于S6过程，在跟踪误差超出极限之后，校正过程的实现完成了准确定位的要 求。 阳136] 下面，将进一步示出该相对定位方法中各个操作W及其中子操作的时序图。 阳137] 图6是图示了根据本发明实施例具体示例的相对定位方法的定位过程时序图。
[0138] 参考图6,其通过节点之间的信号流来显示了定位一个节点的细节过程，该时序图 中的一个或多个步骤可W对应于图5的流程图中的一个或多个步骤。
[0139] 如图6所示，该相对定位方法可W包括：1)在多个节点之间建立无线网络Sl ;2) 主节点化利用声音信号编码身份标识S21 ;3)主节点化发送低频编码声音信号S22 ;4)主 节点化记录发送时刻S23 ;5)从节点Nb接收声音信号并回复S24 ;6)主节点化记录接收 时刻S25 ;7)主节点化检查来自回复数据中的身份标识，进行身份标识确认S26 ;8)当身份 标识被确认，主节点化通过TOF算法来计算节点之间的距离S3 ;9)基于惯性传感器数据和 多普勒效应，主节点化计算其与从节点Nb之间的相对方位角S4 ; 10)基于共享的惯性传感 器数据，主节点化实时跟踪从节点Nb的位置S5 ;11)当惯性传感器数据累积误差超过系统 的定位误差时，主节点化再次定位从节点Nb的位置，校正从节点Nb的位置S6。
[0140] 接下来，将综合参考图5和图6来详细地描述利用相对距离测量、相对方位角测 量、W及相对定位、跟踪和纠正的具体示例原理和步骤。 阳141] 具体地，对于Sl过程，各个移动设备建立无线网络，并在无线网络中作为普通节 点（目P，从节点）存在。然后，当一个节点有寻找定位其他节点的需求时，它转换自己角色 为主节点化。
[0142] 图7是图示了根据本发明实施例具体示例的建立无线网络过程的示例流程图。 阳143] 例如，图7所示的建立无线网络的过程可W采用任何公知的方式。如图7所示， 该无线网络建立过程可W包括：1)在整个无线网络初期，所有节点都是从节点，广播自己 的ID，并且扫描其它节点的标识符ID，该ID可W包含节点的特性和兴趣的信息（Sll) ;2) 当一个节点基于扫描到的包含节点的特性和兴趣信息的ID，产生了定位需求时（例如，它 发现该ID中的兴趣与其相一致，因此它想要找到发出该ID的那个节点的位置），它的角 色可W切换成主节点，而被感兴趣的节点角色可W依然是从节点（S12) ;3)当一个从节点 没有与其他主节点连接时，可W由主节点发起建立连接，如果连接失败，则主节点的角色可 W重新切换回从节点（S13)，并重复执行Sll和S12过程；4)如果从节点同意连接，则主从 节点可W建立连接（S14) ;5)在建立连接之后，主节点可W开启惯性传感器数据交换机制 (S15)，W便与从节点交换双方的惯性传感器数据，运一机制在S2-S6中都可W采用。
[0144] 在此，节点的兴趣可W应用于在线查找感兴趣的人的运一使用场景。在实际应用 中，节点的兴趣信息可W由节点标识符（ID)代表（例如用不同的节点ID表示不同的兴趣 信息），或者也可W由与节点ID相关的其他特征值代表（例如，用不同的特征值来表示不同 的兴趣信息，而该特征值与对应的节点ID相关）。当然，该例子中的设置兴趣信息仅是为了 应用于找到感兴趣的人或者找到兴趣相似的人的场景的，但是本发明的实施例的判断多普 勒效应、距离测量、节点定位、节点位置跟踪、节点位置纠正等的实施方式也可W应用于不 考虑兴趣信息的其他场景。
[0145] 当然，上述主从节点的设置和连接发起的步骤仅是示例而非必须，仅是为了更方 便地说明发起者和被动接收者之间的关系，或者为了区分不同节点而已。实际上，也可W使 用公知的其他无线网络建立的方式来建立包括移动设备的无线网络。
[0146] 接下来图6中的S21-S26过程可W总体地对应于图5中的S2过程。 阳147] 对于S21-S23过程，需要定位其他节点的主节点化编码和发送编码声音信号，并 且记录发送时刻。
[0148] 具体地，当一个节点有寻找定位其他节点的需求时，它转换自己角色为主节点化。 然后，主节点化根据自身的节点标识，编码声音信号。接下来，该主节点化发起定位过程， 并且发送声音信号给其他从节点佩。最后，主节点化完成发送编码声音信号后，记录发送 时刻tgs。
[0149] 例如，上述编码声音信号的过程可W是指主节点化按照自己的身份标识，通过频 率变化来编码标识数据。例如，可W通过频率下降/上升来代表比特O ;并且通过频率上升 /下降来代表比特1。 阳150] 图8是图示了根据本发明实施例具体示例的基于频率变化的编码方法示意图。 阳151] 如图8所图示的，主节点化发送从f剧f 2的频率变化代表比特0 ;发送从f 2到 的频率变化代表比特1。编码的频带取决于大多数移动设备（智能手机）的麦克风和扬 声器的频带，一般从20化到20KHZ。由于低频声音信号具有绕过障碍物的特性，在编码过 程中，可W优选地使用20化和30化两种高低频率。因为发送频率是20化或者30化，所W 频率偏移可W用来确定两个移动设备是靠近还是远离，运一判断将用于后期的方位角计算 中。
[0152] 由于在主节点化发送声音信号时，它可能并不知道周围是否存在从节点和从节 点的个数，所W例如，该主节点可W通过广播的方式来发送编码后的声音信号。 阳15引在一个示例中，主节点化编码和发送声音信号的操作时延L,可W由编码声音信 号的频率f和主节点化身份标识数据的比特数Nid等因素决定，如公式1所示： 阳 154] Tss= NinXNfX l/XXNpuise 公式似
[01巧]其中，L,是主节点化基于声音信号，编码和发送整个节点标识的时延；N ID是主节 点化身份标识数据的比特数；Nf是通过几个频率脉冲来表示化身份标识数据中的每个比 特；f。是声音信号编码的平均频率；N PUiw是针对每个编码比特，发送的声音信号脉冲数量。 阳156] 例如，假设主节点化的标识符为001，利用20化和30化的两个频率之间的变化来 分别标识比特0或1，并且为了实现冗余编码W降低误码率，将主节点的标识符重复4次，也 就是说，可W通过包括频率变化的声音信号来编码标识符0000, 0000, 1111。
[0157] 运时，该主节点发送的声音信号包括：频率30化降低到20化、频率30化降低到 20Hz、频率30化降低到20化、频率30化降低到20化、频率30化降低到20化、频率30化降低 至Ij 20Hz、频率30Hz降低到20Hz、频率30Hz降低到20Hz、频率20Hz升高到30Hz、频率20Hz 升高到30化、频率20化升高到30化、和频率20化升高到30化。
[0158] 并且，通过公式似可W计算出： 阳 159]
[0160] 对于S24和S25过程，主节点化接收来自于不同的Nb不同的回复。记录下的接 收时刻与Nb--对应。基于不同的接收时刻，主节点化可W-次定位不同从节点Nb的位 置。 阳16U 具体地，从节点Nb接收声音信号并回复主节点化（即S24)进一步可W由W下步 骤组成，如图6所示： 阳162] 首先，无线网络中的某一个从节点Nb接收编码的声音信号。
[0163] 接下来，从节点Nb按照与主节点相同的频率变化来解码声音信号，获得主节点化 的身份标识。
[0164] 由于主节点采用频率变化来对声音信号进行编码，所W即使该声音信号由于发送 端节点和接收端节点的相对运动而出现频率偏移，在接收端仍然能识别出正确的频率变 化。具体地，在接收端收到的声音信号可能由于相互接近的多普勒效应而出现频率升高，然 而，由于在声音信号中通过频率30化降低到20化来表示比特O并且通过频率20化升高到 30化来表示比特1，所W即使在接收端接收到的声音信号改变为频率32化降低到22Hz，仍 然可W判断出运是频率的下降，从而可W判断出其代表比特0,而即使在接收端接收到的声 音信号改变为频率22化升高到32Hz，仍然可W判断出运是频率的上升，从而可W判断出其 代表比特1。相似地，在接收端收到的声音信号可能由于相互远离的多普勒效应而出现频率 降低，然而，由于在声音信号中通过频率30化降低到20化来表示比特0并且通过频率20化 升高到30化来表示比特1，所W即使在接收端接收到的声音信号改变为频率28化降低到 1細Z，仍然可W判断出运是频率的下降，从而可W判断出其代表比特0,而即使在接收端接 收到的声音信号改变为频率18化升高到28化，仍然可W判断出运是频率的上升，从而可W 判断出其代表比特1。
[01化]然后，从节点Nb将主节点化的身份标识和自己的身份标识打包，通过无线信号， 发送打包数据给主节点化。
[0166] 相应地，主节点化接收数据包，获得主节点化和从节点Nb的身份标识，并且对该 身份标识进行判断。
[0167] 如果主节点化接收的身份标识等于主节点化发送的身份标识，则主节点化记录 下接收数据包的时刻tgf。 阳168] 其中，从节点Nb解码声音信号的时延Lf由声音信号的频率和主节点化身份标识 数据的比特个数决定，其类似于主节点化编码和发送声音信号的操作时延L,，并且计算方 法如公式（2)所示。此外，由于从节点Nb打包、发送到主节点化接收数据的时延W及 主节点化接收和解包数据的时延1"取决于无线网络，所W在物理层数据的情况下，相比较 于时延Lf而言，时延和时延T "可W忽略不计。 阳169] 对于S26过程，主节点化确认身份标识是为了确保从节点Nb接收到来自主节点 化的正确信号，并进行了准确的处理和回复。运一过程减少了环境噪声和来自其他定位节 点的干扰。如果再认证过程中出现身份标识错误问题，化丢弃记录的时间数据，再次开始 定位过程。
[0170] 对于S3过程，相对距离的计算可W基于TOF算法来计算得到。 阳171] 图9是图示了根据本发明实施例具体示例的基于TOF距离测量原理的时延补偿过 程的时延示意图。 阳17引如图9所示，时延补偿过程的总时延可W包括：1)主节点化基于自身身份标识， 编码和发送声音信号的时延L,;2)声音信号从主节点化到从节点Nb的传播时延l\p;3) 从节点Nb接收和处理声音信号时延Lf;4)从节点Nb打包、发送无线信号的时延和5) 主节点化接收无线信号时延T"。如上所述，如果无线信号是对应于物理层的信号，时延 和时延1"可W忽略不计。
[0173] 显然，两个节点之间的距离由W上时延计算得到。并且，距离计算的精度主要取决 于计时器的精度和被忽略了的信号处理时间。
[0174] 具体地，主节点化计算与从节点Nb之间的距离可W基于声音信号的TOF (飞跃时 间），如图6所示。声音信号的传播时延Lp由1\.、^,、1；.、和1"所决定。由于在本具体示 例中，计时点t。,处于Tgg的右边，即其为发送完成时刻，则时延补偿过程的真正总时延如公 式（3)所示： 阳 17引 Tcount= t as-tar= T sp+T"+Tws+T" 公式做
[0176] 其中，T。。。。,是从计时点t。度Ij计时点t 的时间差，代表了从主节点化发送声音信 号到接收无线信号之间的时延；是主节点化中声音信号的编码处理和发送时延；T W是 声音信号在主节点化和从节点Nb之间的传播时延；Lf是从节点Nb接收和处理声音信号 时延；是从节点佩打包和发送无线信号的时延；T "是主节点化接收和解包无线信号的 时延。 阳177] 由此，通过W下的公式（4)，可计算主节点化和从节点Nb之间的距离： 阳 17引 di2= V XT SP= VX 灯 CWM-Tsr-Tws-TJ 公式（4)
[0179] 其中，di2是主节点化和从节点Nb之间的距离；V是声音速度；T ,P是声音信号传 播时延；T。。。。,是从主节点化发送声音信号到接收无线信号之间的时延；是接收和处理 声音信号时延；是打包，发送无线信号的时延；T "是主节点化接收和解包无线信号的时 延。
[0180] 在上述公式（3)和公式（4)中，并且如果无线信号是对应于物理层的信 号，T?尸T">0。另外，如图9所示，如果计时点tjih于T J勺左边，即其为发送开始时刻， 则时延补偿过程的真正总时延除了公式（3)等号右侧的各项之外，还需要进一步包括L,。 阳181] 需要说明的是，尽管在本具体示例中，W基于TOF算法来计算相对距离为例进行 了说明。但是，本发明不限于此。例如，可W采用诸如基于接收信号强度指示化SSI)、到达 时间差（TDOA)、到达角度（AOA)、到达相位差（POA)等其他测距技术来实现。 阳182] 图10是图示了根据本发明实施例具体示例的基于TDOA距离测量原理的相对距离 测量的示意图。
[0183] 如图10所示，通过从节点在一段时间内发送的第一信号和传播速率比第一信号 快的对应的第二信号的发送时刻和在主节点的接收时刻，利用到达时间差（TDOA)算法来 估算在该段时间内该主节点与从节点之间的相对距离。
[0184] 在一个实施例中，第一信号可W是声音信号，第二信号可W是无线电信号。由于声 音信号的速度比无线电信号的速度慢，而无线电信号由于速度很快，因此在发送和接收端 处的时刻误差和解码误差较小，因此可W将无线电信号的发送时刻作为TDOA的发送时刻 的基准，同时，也可W将无线电信号的解码得到的标识符作为基准的标识符来与声音信号 解码得到的标识符进行匹配。由于基于TDOA进行距离测量的原理已经为本领域技术人员 所熟知，所W在运里省略其详细描述。 阳化日]对于S4过程，主节点化计算与从节点Nb之间的方位角可W基于惯性传感器数据 和多普勒效应。 阳186]图11是图示了根据本发明实施例具体示例的方位角计算操作的原理图。 阳187] 参考图11，其显示了基于多普勒相应和惯性传感器数据计算节点方位角的过程。 阳18引如图11所示，节点的惯性传感器数据是一矢量，具有大小和方向。其中，将方向定 位为W地磁北极为基准的绝对角度，并且从北向南顺时针转动为正。因此，从主节点化到 从节点Nb的方位角可W是指W主节点Na的绝对方向为基准的。节点（或称之为，移动设 备）一般可W为智能手机，而其中装备的巧螺仪、加速度器等惯性传感器可W方便获得惯 性传感器数据，其包括：移动设备的绝对方向0 ;移动设备的速度V ;速度的绝对方向0y 等。运些向量和数值被用于后期的方位角计算中。
[0189] 具体地，多普勒效应的确定是由声音信号的频率来决定的，如图3所示。当从节点 Nb接收到的声音信号产生频率偏移时，从节点佩可W通过频率偏移判断是接近或者远离 主节点化：
[0190] 当从节点Nb接收频率大于设定的主节点化的发送频率时，从节点Nb靠近主节点 化，如公式（5)所示：
[0191]
公式巧） 阳192] 当从节点Nb接收频率小于设定的主节点化的发送频率时，从节点Nb远离主节点 化，如公式（6)所示： 阳193]
公式化）
[0194] 其中，f'是从节点Nb接收到的声音信号的频率；f是主节点化发送的声信号的频 率；V是声音的速度；V。是从节点Nb的移动速度；V ,是主节点Na的移动速度。
[0195] 此外，为了实现相对方位角计算，在无线网络中的所有节点可W每隔一定周期交 换各自的惯性传感器数据。惯性传感器数据可W包括：节点移动速度V和节点的绝对方位 角0 (相对于地磁北极）。惯性传感器数据为一矢量，包括数值和方向。方向是基于地磁北 极的绝对方位角的方向。主节点化和从节点Nb之间的方位角a 12是基于主节点化的绝 对方位角的相对夹角。
[0196] 因此，基于惯性传感器数据和多普勒效应，主节点化和从节点Nb之间的方位角 a。可由公式（7)、公式做、公式（9)和公式（10)计算得出，如图8所示： 阳197]
公式（7) 阳19引 V。= V 2>< COS ( a 21+白厂白2v) 公式做 阳 199] Vs= V iXcos(a 12+目 1-目 Iv)公式巧） 悦00] (a 21+目 2) + (a 12+0 1) = n 公式（10) 阳201] 其中，f'是从节点Nb接收到的声音信号的频率；f是主节点化发送的声音信号 的频率；V是声音的速度；V。是从节点Nb的移动速度；V ,是主节点化的移动速度；V 1是主 节点Na的移动速度矢量；V2是从节点Nb的移动速度矢量；a 12是基于主节点Na的，从节点 Nb的相对方位角；a 21是基于从节点Nb的，主节点化的相对方位角；0 1是主节点化的绝 对方向；目2是从节点Nb的绝对方向；目Iy是主节点Na的速度矢量V 1的方向；目2、是从节 点Nb的速度矢量V2的方向。 阳202] 通过将公式做和公式（9)代入到公式（7)中，并且将其与公式（10)进行联立求 解，即可获得主节点化到从节点Nb的方位角a 12和/或从节点Nb到主节点化的方位角 a 21〇 阳203] 对于S5过程，在主节点化计算出其与从节点Nb之间的相对距离和相对方位角之 后，主节点Na可W根据上述两个变量即可唯一地确定出其与从节点Nb的相对位置关系，并 且然后，可W进一步基于共享的惯性传感器数据来实时跟踪从节点Nb的位置。
[0204] 图12是图示了根据本发明实施例具体示例的基于惯性传感器数据的跟踪节点位 置的原理图。
[02化]参考图12,基于整个无线网络分享的惯性传感器数据，可W实时计算各个节点之 间的相对距离和相对方位角，而无需频繁地发送声音信号和/或无线信号。跟踪频率主要 基于惯性传感器数据的分享速度，同时跟踪频率也是决定系统定位精度的重要因素。此外， 决定系统定位精度的另一重要因素是惯性传感器的精度。 阳206] 主节点化跟踪从节点Nb的位置进一步由W下步骤组成，如图12所示： 阳207] 首先，在完成定位过程后，基于相对距离和相对方位角，主节点化可W定位从节 点Nb的位置。 阳20引然后，通过整个无线网络中的惯性传感器数据交换，主节点化可W得到从节点Nb 的移动信息； 阳209] 接下来，基于位置信息和来自于主节点化和从节点佩的实时更新的惯性数据，主 节点Na更新从节点Nb的方位角，如公式（11)、公式（12)和公式（13)所示： 阳210] 曰'12+A曰二曰12+A白1 公式（11) 悦 11] a ' 21+A a = a 21+A 0 2 公式（。） 阳21引（曰'21+0 ' 2) + (曰'12+白'1) = n 公式（蝴 阳21引其中，a ' 12是跟踪更新后的基于主节点化的，从节点佩的相对方位角；a ' 21是 跟踪更新后的基于从节点Nb的，主节点化的相对方位角；A a是跟踪更新前后、相对方位 角的变化量；0'1是位置变化后的主节点Na的绝对方向；0' 2是位置变化后的从节点Nb的 绝对方向；A 0 1是位置变化前后的主节点Na的绝对方向的变化量；A 0 2是位置变化前后 的从节点Nb的绝对方向的变化量。
[0214] 通过对公式（11)到公式（13)进行联立求解，即可获得跟踪更新后的相对方位角 曰' 12和a ' 21、W及方位角变化量A曰。
[0215] 同理，基于位置信息和来自于主节点化和从节点佩的实时更新的惯性数据，主节 点Na可W更新从节点Nb的距离，如公式（14)、公式（15)、公式（16)、和公式（17)所示： 阳216] d' 12 Iah二 d 12+(/ Vi X COS (曰 12+ 白 1_ 白 Iv)化-VzX COS (曰 21+ 白厂白 2v)化）公 式（14) 阳 217] d' izlav 二 ViXsin(a 12+目 1_ 目 iv)dt- / V2Xsin(a 21+目厂目 2v)化 公式（巧） 悦化]d' i22=d' i2lah2+d'。1肌2 公式（16) 悦19]公式（17)
[0220] 其中，d'
12是通过惯性传感器数据跟踪的距离值；d 12是通过定位过程测量的距离 值；d' 12! ah是在a 12的水平方向上变化的距离；d' 121是在a 12的垂直方向上变化的距 离；a 12是基于主节点化的，从节点佩的相对方位角；a 21是基于从节点Nb的，主节点化 的相对方位角；Vi是主节点Na的移动速度矢量；V 2是从节点Nb的移动速度矢量；目1是主 节点化的绝对方向；目2是从节点Nb的绝对方向；0 h是主节点化的速度矢量V 1的方向； 0 2y是从节点Nb的速度矢量V 2的方向；A a是跟踪更新前后、相对方位角的变化量。 阳221] 通过将公式（14)的结果和公式（15)的结果代入到公式（16)和公式（17)中并进 行联立求解，即可获得跟踪更新后的主节点化到从节点Nb的相对距离。 阳222] 对于S6过程，可W判断跟踪误差，并且在跟踪误差超出极限之后，主节点化可W 再一次发起信号发送操作来校正Nb的位置。 阳223] 具体地，化矫正佩的位置进一步由W下步骤组成，如图5所示：
[0224] 主节点化检测惯性传感累积误差是否超过定位误差。如果惯性传感累积误差超 过定位误差，则主节点化再次开启定位过程，获取Nb的相对位置。否则，主节点化继续跟 踪从节点Nb的位置变化，并且检测定位误差和惯性传感累积误差。
[02巧]例如，上述的定位误差可W由一经验值或仿真值得出。 阳226] 由此可见，本发明实施例的具体示例提供了一种移动设备的相对定位方法，其主 要设及定位和跟踪领域。更具体的是，该相对定位方法提出了在无线网络中，基于TOF算法 测量来获得节点的相对距离值，并且基于多普勒效应和惯性传感器数据计算节点之间的相 对方位角，从而获得相对定位结果。此外，该惯性传感器数据也可W用于节点位置的跟踪过 程。由于运一相对定位方法可W通过常见的移动设备实现，而不需要信标节点、固定装置或 者辅助参数，所W定位方案的实现成本低，现实可行性高。 阳227] 6、相对方位角计算装置
[0228] 本发明的实施例还可W通过一种相对方位角计算装置来实施。所述相对方位角计 算装置可W用于在特定环境中估计第一移动设备与第二移动设备之间的相对方位角。 阳229] 在下文中，将参考图13来描述根据本发明实施例的相对方位角计算装置的功能 配置框图。
[0230] 图13是图示了根据本发明实施例的相对方位角计算装置的功能配置框图。 阳231] 如图13所示，该相对方位角计算装置100可W包括：惯性数据获得单元110、发送 频率获得单元120、接收频率获得单元130、和方位角计算单元140。 阳232] 该惯性数据获得单元110可W用于获得第一移动设备和第二移动设备的惯性传 感器数据，其中，所述第一移动设备能够向所述第二移动设备发送第一信号。 阳233] 该发送频率获得单元120可W用于获得所述第一移动设备在向所述第二移动设 备发送所述第一信号时、所述第一信号具有的发送频率。 阳234] 该接收频率获得单元130可W用于获得所述第二移动设备在从所述第一移动设 备接收所述第一信号时、所述第一信号具有的接收频率，其中，所述第一信号在从所述第一 移动设备到所述第二移动设备的发送过程中经受多普勒效应的影响。 阳235] 该方位角计算单元140可W用于根据所述惯性传感器数据、所述发送频率、和所 述接收频率来计算所述第一移动设备和所述第二移动设备之间的相对方位角，所述相对方 位角是所述第一移动设备和所述第二移动设备中的一个移动设备的设备朝向与从所述一 个移动设备到另一个移动设备的连线方向之间的夹角。 阳236] 在一个实施例中，该方位角计算单元140可W通过W下操作执行根据所述惯性传 感器数据、所述发送频率、和所述接收频率来计算所述第一移动设备和所述第二移动设备 之间的相对方位角：根据所述发送频率和所述接收频率之间的大小关系来判断所述多普 勒效应的类型；W及取决于所述多普勒效应的类型，根据所述惯性传感器数据、所述发送频 率、和所述接收频率来计算所述相对方位角。 阳237] 具体地，该方位角计算单元140可W通过W下操作执行取决于所述多普勒效应的 类型，根据所述惯性传感器数据、所述发送频率、和所述接收频率来计算所述相对方位角： 根据所述惯性传感器数据来计算所述第一移动设备在所述连线方向上的第一速度分量和 所述第二移动设备在所述连线方向上的第二速度分量；取决于所述多普勒效应是所述第一 移动设备和所述第二移动设备相互远离类型的多普勒效应、还是所述第一移动设备和所述 第二移动设备相互接近类型的多普勒效应，根据所述第一速度分量和所述第二速度分量， 来生成所述第一移动设备相对于所述第二移动设备的第一相对方位角与所述第二移动设 备相对于所述第一移动设备的第二相对方位角之间的第一关系；根据所述第一移动设备的 第一设备朝向和所述第二移动设备的第二设备朝向来生成所述第一相对方位角与所述第 二相对方位角之间的第二关系；W及根据所述第一关系和所述第二关系来求解所述第一相 对方位角和/或所述第二相对方位角。 阳23引显然，上述的惯性数据获得单元110、发送频率获得单元120、接收频率获得单元 130、和方位角计算单元140的具体功能和操作已经在上面参考图1到图12描述的相对定 位方法中详细介绍，并因此，将省略其重复描述。
[0239] 由此可见，本发明的实施例提供了一种相对方位角计算装置，其能够利用至少两 个移动设备的惯性传感器数据和在所述移动设备之间发送的无线信号所经受的多普勒效 应来计算两个移动设备之间的相对方位角。也就是说，根据本发明实施例的相对方位角的 计算过程，基于多普勒效应和惯性传感器数据，仅在两个移动设备之间即可实现方位角的 计算，而无需另一移动设备或者其他辅助参数的引入。因此，根据本发明实施例的相对方位 角计算方法能够直接利用在移动设备之间发送的无线信号所经受的多普勒效应来计算两 个移动设备之间的相对方位角，而无需任何初始条件。
[0240] 7、相对定位设备 阳241] 此外，本发明还可W应用于一种相对定位设备，W用于基于相对方位角和相对距 离来确定移动设备之间的相对位置。 阳242] 在下文中，将参考图14来描述根据本发明实施例的相对定位设备的功能结构。 阳243] 图14是图示了根据本发明实施例的相对定位设备的功能结构图。 阳244] 如图14所示，该相对定位设备200可W包括：初始方位角计算装置210、初始距离 计算装置220、和初始位置确定装置230。
[0245] 该初始方位角计算装置210可W用于计算所述第一移动设备和所述第二移动设 备之间的初始相对方位角。 阳246] 该初始距离计算装置220可W用于计算所述第一移动设备和所述第二移动设备 之间的初始相对距离。 阳247] 该初始位置确定装置230可W用于根据所述初始相对方位角和所述初始相对距 离来确定所述第一移动设备和所述第二移动设备之间的初始相对位置关系。
[0248] 在一个实施例中，该初始方位角计算装置210可W使用根据本发明实施例的相对 方位角计算方法来计算所述第一移动设备和所述第二移动设备之间的初始相对方位角。
[0249] 在一个实施例中，该初始距离计算装置220可W通过W下操作执行计算所述第一 移动设备和所述第二移动设备之间的初始相对距离：获得所述第一移动设备完成发送所述 第一信号的发送完成时刻；获得所述第一移动设备开始接收第二信号的接收开始时刻，所 述第二信号是所述第二移动设备在接收到所述第一信号之后、向所述第一移动设备发送的 信号；获得所述第二移动设备对所述第一信号进行处理并且根据处理结果来生成并发送所 述第二信号的处理操作时延；W及至少根据所述发送完成时刻、所述接收开始时刻、所述处 理操作时延、W及所述第一信号和所述第二信号的传播速度来计算所述初始相对距离。 阳巧0] 具体地，该初始距离计算装置220可W通过W下操作执行获得所述第一移动设备 开始接收第二信号的接收开始时刻：响应于所述第一移动设备从所述第二信号中解析出的 标识信息包括所述第一移动设备的标识信息，获得所述接收开始时刻。 阳251] 此外，所述第一信号可W包括：通过多个发送频率之间的不同变化所表示的所述 第一移动设备的标识信息；并且所述第二信号可W包括：通过多个发送频率之间的不同变 化所表示的所述第一移动设备的标识信息和所述第二移动设备的标识信息。 阳巧2] 在一个实施例中，该相对定位设备200还可W包括：更新方位角计算装置240、更 新距离计算装置250、和更新位置确定装置260。 阳253] 该更新方位角计算装置240可W用于在确定出所述初始相对位置关系之后，重新 获得第一移动设备和第二移动设备的惯性传感器数据，并且根据重新获得的惯性传感器数 据来计算所述第一移动设备和所述第二移动设备之间的更新相对方位角。 阳巧4] 该更新距离计算装置250可W用于根据所述初始相对距离和重新获得的惯性传 感器数据来计算所述第一移动设备和所述第二移动设备之间的更新相对距离。 阳255] 该更新位置确定装置260可W用于根据所述更新相对方位角和所述更新相对距 离来估计所述第一移动设备和所述第二移动设备之间的更新相对位置关系。 阳巧6] 在一个实施例中，该相对定位设备200还可W包括：重新计算触发单元270,其可 W用于在估计所述更新相对位置关系之后，计算所述更新相对位置关系的累计误差；判断 所述累计误差是否大于或等于预设阔值；W及响应于所述累计误差大于或等于所述预设阔 值，重新计算所述第一移动设备和所述第二移动设备之间的初始相对方位角和初始相对距 离。 阳巧7] 显然，上述的初始方位角计算装置210、初始距离计算装置220、初始位置确定装 置230、更新方位角计算装置240、更新距离计算装置250、更新位置确定装置260、和重新计 算触发单元270的具体功能和操作已经在上面参考图1到图12描述的相对定位方法中详 细介绍，并因此，将省略其重复描述。 阳巧引 由此可见，本发明的实施例提供了一种移动设备的相对定位设备，其能够实现一 种未知环境中的相对定位过程，即移动设备仅依靠自己，而无需任何信标节点，即可实现两 个或多个移动设备相互之间的相对定位需求。此外，该相对定位设备还可W基于惯性传感 器数据来完成对相对定位的移动设备的跟踪，W低能耗实现了实时相对定位的要求。 阳巧9] 8、移动设备
[0260] 此外，本申请还可W应用于一种移动设备，W用于实现不同移动设备之间的相对 定位。 阳％1] 图15是图示了根据本申请实施例的移动设备的硬件结构框图。 阳％2] 参考图15,其显示了移动设备（或称之为，节点）至少需要的单元结构，其中包括： 处理单元U1，用于控制节点的行为；无线组网单元U2,用于组建无线网络；声音信号处理单 元U3,用于编码，发送和接收声音信号，实现TOF距离测量；惯性传感单元U4,用于方位角计 算和跟踪实现；计时器U5,用于记录信号发送和接收的时刻，实现TOF距离测量算法；存储 单元U6,用于存储定位过程中的数据，诸如节点身份标识（主节点化和/或从节点Nb的标 识信息）、惯性传感器数据和信号发送和接收的时间等；供电单元U7,用于提供电源。 阳％3] 当然，上述硬件结构仅是示例而非限制。
[0264] 无线组网单元U2用来建立无线网络的无线网络信号。换言之，无线组网单元U2 负责无线网络的建立，所有移动设备（节点）在同一无线网络中享有同样角色。当某一节 点需要定位其他节点的位置时，它转换为化并且发起定位过程。同时其他节点转化为Nb, 被化定位。定位过程结束后，化和Nb转化回网络中的普通节点，拥有相同角色。在实际 的移动设备应用中，无线网络技术一般为Wi-Fi、蓝牙或者BLE。
[0265] 声音信号处理单元U3所发送和接收的声音信号可W是听觉范围内的。当然，对于 其他的典型应用，运一声音信号也可W是超声波信号或者其他比听觉范围频率更低的声音 信号。在实际的移动设备应用中，移动设备一般基于扬声器和麦克风发送和接收声音信号。 对于一般典型应用，声音频率波段除了人耳可听见的，还可W是超声范围的（高频）或者是 次声范围的（低频）。为了避免环境噪声或者障碍物的干扰，次声范围的（低频）声音信号 优先选择，例如20化到30化范围的声音信号。 阳266] 计时器呪也可W在处理单元Ul中按照软件方式实现。
[0267] 此外，图14所图示的相对定位设备200可W通过任何方式与图15所图示的移动 设备进行通信，只要该移动设备能够包括相对定位设备200的功能即可。
[0268] 在一个示例中，该相对定位设备200可W作为一个软件模块和/或硬件模块而集 成到该移动设备中，换言之，该移动设备可W包括该相对定位设备200。例如，当移动设备是 移动电话时，该相对定位设备200可W是该移动电话的操作系统中的一个软件模块，或者 可W是针对于该移动电话所开发的一个应用程序；当然，该相对定位设备200同样可W是 该移动电话的众多硬件模块之一。
[0269] 替换地，在另一示例中，该相对定位设备200与该移动设备也可W是分离的设备， 并且该相对定位设备200可W通过有线和/或无线网络连接到该移动设备，并且按照约定 的数据格式来传输交互信息。
[0270] 通过W上的实施方式的描述，本领域的技术人员可W清楚地了解到本发明可借助 于软件加必需的硬件平台的方式来实现，当然也可W全部通过软件、或硬件来实施。基于运 样的理解，本发明的技术方案对【背景技术】做出贡献的全部或者部分可WW软件产品的形式 体现出来，该计算机软件产品可W存储在存储介质中，如R0M/RAM、磁盘、光盘等，包括若干 指令用W使得一台计算机设备（可W是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明 各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。 阳271] 在上面详细描述了本发明的各个实施例。然而，本领域技术人员应该理解，在不脱 离本发明的原理和精神的情况下，可对运些实施例进行各种修改，组合或子组合，并且运样 的修改应落入本发明的范围内。
【主权项】
1. 一种相对方位角计算方法，其特征在于，所述方法包括： 获得第一移动设备和第二移动设备的惯性传感器数据，其中，所述第一移动设备能够 向所述第二移动设备发送第一信号； 获得所述第一移动设备在向所述第二移动设备发送所述第一信号时、所述第一信号具 有的发送频率； 获得所述第二移动设备在从所述第一移动设备接收所述第一信号时、所述第一信号具 有的接收频率，其中，所述第一信号在从所述第一移动设备到所述第二移动设备的发送过 程中经受多普勒效应的影响；以及 根据所述惯性传感器数据、所述发送频率、和所述接收频率来计算所述第一移动设备 和所述第二移动设备之间的相对方位角，所述相对方位角是所述第一移动设备和所述第二 移动设备中的一个移动设备的设备朝向与从所述一个移动设备到另一个移动设备的连线 方向之间的夹角。2. 根据权利要求1的方法，其特征在于，根据所述惯性传感器数据、所述发送频率、和 所述接收频率来计算所述第一移动设备和所述第二移动设备之间的相对方位角，包括： 根据所述发送频率和所述接收频率之间的大小关系来判断所述多普勒效应的类型；以 及 取决于所述多普勒效应的类型，根据所述惯性传感器数据、所述发送频率、和所述接收 频率来计算所述相对方位角。3. 根据权利要求2的方法，其特征在于，取决于所述多普勒效应的类型，根据所述惯性 传感器数据、所述发送频率、和所述接收频率来计算所述相对方位角，包括： 根据所述惯性传感器数据来计算所述第一移动设备在所述连线方向上的第一速度分 量和所述第二移动设备在所述连线方向上的第二速度分量； 取决于所述多普勒效应是所述第一移动设备和所述第二移动设备相互远离类型的多 普勒效应、还是所述第一移动设备和所述第二移动设备相互接近类型的多普勒效应，根据 所述第一速度分量和所述第二速度分量，来生成所述第一移动设备相对于所述第二移动设 备的第一相对方位角与所述第二移动设备相对于所述第一移动设备的第二相对方位角之 间的第一关系； 根据所述第一移动设备的第一设备朝向和所述第二移动设备的第二设备朝向来生成 所述第一相对方位角与所述第二相对方位角之间的第二关系；以及 根据所述第一关系和所述第二关系来求解所述第一相对方位角和/或所述第二相对 方位角。4. 一种移动设备的相对定位方法，其特征在于，所述方法包括： 使用根据权利要求1-3中任一项的相对方位角计算方法来计算所述第一移动设备和 所述第二移动设备之间的初始相对方位角； 计算所述第一移动设备和所述第二移动设备之间的初始相对距离；以及 根据所述初始相对方位角和所述初始相对距离来确定所述第一移动设备和所述第二 移动设备之间的初始相对位置关系。5. 根据权利要求4的方法，其特征在于，计算所述第一移动设备和所述第二移动设备 之间的初始相对距离，包括： 获得所述第一移动设备完成发送所述第一信号的发送完成时刻； 获得所述第一移动设备开始接收第二信号的接收开始时刻，所述第二信号是所述第二 移动设备在接收到所述第一信号之后、向所述第一移动设备发送的信号； 获得所述第二移动设备对所述第一信号进行处理并且根据处理结果来生成并发送所 述第二信号的处理操作时延；以及 至少根据所述发送完成时刻、所述接收开始时刻、所述处理操作时延、以及所述第一信 号和所述第二信号的传播速度来计算所述初始相对距离。6. 根据权利要求5的方法，其特征在于，获得所述第一移动设备开始接收第二信号的 接收开始时刻，包括： 响应于所述第一移动设备从所述第二信号中解析出的标识信息包括所述第一移动设 备的标识信息，获得所述接收开始时刻。7. 根据权利要求5的方法，其特征在于，所述第一信号包括：通过多个发送频率之间的 不同变化所表示的所述第一移动设备的标识信息；并且 所述第二信号包括：通过多个发送频率之间的不同变化所表示的所述第一移动设备的 标识信息和所述第二移动设备的标识信息。8. 根据权利要求4的方法，其特征在于，所述方法还包括： 在确定出所述初始相对位置关系之后，重新获得第一移动设备和第二移动设备的惯性 传感器数据，并且根据重新获得的惯性传感器数据来计算所述第一移动设备和所述第二移 动设备之间的更新相对方位角； 根据所述初始相对距离和重新获得的惯性传感器数据来计算所述第一移动设备和所 述第二移动设备之间的更新相对距离；以及 根据所述更新相对方位角和所述更新相对距离来估计所述第一移动设备和所述第二 移动设备之间的更新相对位置关系。9. 根据权利要求8的方法，其特征在于，所述方法还包括： 在估计所述更新相对位置关系之后，计算所述更新相对位置关系的累计误差； 判断所述累计误差是否大于或等于预设阈值；以及 响应于所述累计误差大于或等于所述预设阈值，重新计算所述第一移动设备和所述第 二移动设备之间的初始相对方位角和初始相对距离。10. -种相对方位角计算装置，其特征在于，所述装置包括： 惯性数据获得单元，用于获得第一移动设备和第二移动设备的惯性传感器数据，其中， 所述第一移动设备能够向所述第二移动设备发送第一信号； 发送频率获得单元，用于获得所述第一移动设备在向所述第二移动设备发送所述第一 信号时、所述第一信号具有的发送频率； 接收频率获得单元，用于获得所述第二移动设备在从所述第一移动设备接收所述第一 信号时、所述第一信号具有的接收频率，其中，所述第一信号在从所述第一移动设备到所述 第二移动设备的发送过程中经受多普勒效应的影响；以及 方位角计算单元，用于根据所述惯性传感器数据、所述发送频率、和所述接收频率来计 算所述第一移动设备和所述第二移动设备之间的相对方位角，所述相对方位角是所述第一 移动设备和所述第二移动设备中的一个移动设备的设备朝向与从所述一个移动设备到另 一个移动设备的连线方向之间的夹角。
【文档编号】G01S1/72GK105988102SQ201510065579
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年2月9日
【发明人】廖可, 笪斌, 王炜, 于海华, 伊红
【申请人】株式会社理光