一种定位方法及天线装置、电子设备、存储介质与流程

[0001]
本申请涉及电子应用领域，尤其涉及一种定位方法及天线装置、电子设备、存储介质。


背景技术：

[0002]
超宽带(ultra wide band，uwb)测角技术虽然号称可以达到2
°-3°
的测角精度，但这是一个在理想环境并且需要结合上层算法优化后的结果。如果uwb模块测量的到达相位差(phase difference of arrival，poda)数据的不够准确，或者测量值波动较大，那么最终计算得出的到达角度(angle of arrival，aoa)数据的可信度就会比较差，进而导致测角精度不高。
[0003]
目前，通过kalman滤波等方式对uwb定位信息做平滑和滤波处理的方式，提高测角精度，属于上层算法优化精度的层面；然而上层算法的优化也是基于底层获取到的定位相关数据的，如果底层的uwb模块测量的定位相关数值不准确，那么也会导致最终的定位精度低。


技术实现要素：

[0004]
本申请实施例提供一种定位方法及天线装置、电子设备、存储介质，能够提高定位精度。
[0005]
本申请的技术方案是这样实现的：
[0006]
本申请实施例提供一种天线装置，所述装置包括：超宽带uwb模块和多个天线，所述uwb模块包括第一射频接口和第二射频接口，所述多个天线中的至少两个天线通过切换模块与所述第一射频接口连接，所述多个天线中的第一天线与所述第二射频接口连接；所述多个天线设置在一条直线上，所述第一天线为所述多个天线中处于直线边界位置的一个天线，所述至少两个天线为所述多个天线中除所述第一天线外的天线；
[0007]
所述切换模块，用于导通所述第一射频接口与所述至少两个天线中的任一个天线的通路，以通过所述第一天线和所述至少两个天线中的任一个天线进行uwb通信。
[0008]
在上述天线装置中，所述多个天线中相邻两个天线的间距小于中心工作频率的半个波长；所述多个天线的最大间距处于中心工作频率的半个波长至中心工作频率的一个波长之间。
[0009]
在上述天线装置中，所述多个天线中相邻两个天线的间距相同。
[0010]
在上述天线装置中，所述至少两个天线包括第二天线和第三天线；
[0011]
所述第一射频接口通过所述切换模块与所述第二天线或所述第三天线连接。
[0012]
在上述天线装置中，所述第一天线、第二天线和第三天线设置在一条直线上，所述第二天线设置在所述第一天线和所述第三天线之间；
[0013]
所述第一天线和所述第二天线之间的间距小于中心工作频率的半个波长；所述第三天线和所述第二天线之间的间距小于中心工作频率的半个波长；
[0014]
所述第一天线和所述第三天线之间的间距处于中心工作频率的半个波长至中心工作频率的一个波长之间。
[0015]
在上述天线装置中，所述切换模块为单刀双掷开关；所述第一射频接口通过所述单刀双掷开关连接所述第二天线或第三天线；
[0016]
所述单刀双掷开关用于导通所述第一射频接口与所述第二天线之间的通路或所述第一射频接口与所述第三天线之间的通路。
[0017]
本申请实施例提供一种电子设备，所述电子设备包括权利要求1-6任一项所述的天线装置、存储器和处理器，所述处理器分别与所述天线装置和所述存储器连接；所述存储器中存储定位方法对应的运行程序。
[0018]
本申请实例提供一种定位方法，应用于上述电子设备，所述方法包括：
[0019]
利用第一天线和至少两个天线中处于直线中间位置的天线进行到达相位差pdoa测量，得到第一pdoa值；利用所述第一天线和至少两个天线中处于直线边界位置的天线进行pdoa测量，得到第二pdoa值；
[0020]
根据所述第一pdoa值和所述第二pdoa值，判断到达角度等级；
[0021]
根据所述到达角度等级，从所述第一poda值和所述第二poda值中确定目标poda值和所述目标poda值对应的目标映射关系；
[0022]
采用所述目标poda值和所述目标映射关系，确定待测物体的到达角度。
[0023]
在上述方法中，所述根据所述第一pdoa值和所述第二pdoa值，判断到达角度等级，包括：
[0024]
获取所述第一pdoa值和所述第二pdoa值之间的差值；
[0025]
当所述差值大于第一预设阈值时，判断出所述到达角度等级为第一角度等级；
[0026]
当所述差值小于所述第一预设阈值时，判断出所述到达角度等级为第二角度等级。
[0027]
在上述方法中，所述根据所述第一pdoa值和所述第二pdoa值，判断到达角度等级，包括：
[0028]
将所述第一pdoa值和所述第二pdoa值分别与第二预设阈值比较；
[0029]
当所述第一pdoa值和所述第二pdoa值大于所述第二预设阈值、或所述第一pdoa值和所述第二pdoa值小于所述第二预设阈值时，判断出所述到达等级为第一角度等级；
[0030]
当所述第一pdoa值大于所述第二预设阈值且所述第二pdoa值小于所述第二预设阈值、或所述第一pdoa值小于所述第二预设阈值且所述第二pdoa值大于所述第二预设阈值时，判断出所述到达等级为第二角度等级。
[0031]
在上述方法中，所述根据所述到达角度等级，从所述第一poda值和所述第二poda值中确定目标poda值和所述目标poda值对应的目标映射关系，包括：
[0032]
当判断出所述到达等级为所述第一角度等级时，将所述第一poda值确定为所述目标poda值，并将第一poda值对应的预设poda与到达角度映射关系确定为所述目标映射关系；
[0033]
当判断出所述到达等级为所述第二角度等级时，将所述第二poda值确定为所述目标poda值，并将所述第二poda值对应的预设poda与到达角度映射关系确定为所述目标映射关系。
[0034]
在上述方法中，所述方法还包括：
[0035]
利用第一天线和所述至少两个天线中处于直线中间位置的天线进行多组pdoa测量，得到多组第一pdoa值；
[0036]
根据所述多组第一pdoa值，确定出所述第一pdoa值；
[0037]
利用第一天线和所述至少两个天线中处于直线边界位置的天线进行多组pdoa测量，得到多组第二pdoa值；
[0038]
根据所述多组第二pdoa值，确定出所述第二pdoa值。
[0039]
本申请实施例提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一项所述的方法。
[0040]
本申请实施例提供了一种定位方法及天线装置、电子设备、存储介质，所述装置包括：超宽带uwb模块和多个天线，uwb模块包括第一射频接口和第二射频接口，多个天线中的至少两个天线通过切换模块与第一射频接口连接，多个天线中的第一天线与第二射频接口连接；多个天线设置在一条直线上，第一天线为多个天线中处于直线边界位置的一个天线，至少两个天线为多个天线中除第一天线外的天线；切换模块，用于导通第一射频接口与至少两个天线中的任一个天线的通路，以通过第一天线和至少两个天线中的任一个天线进行uwb通信。采用上述装置实现方案，天线装置中包括多个天线，利用切换模块将多个天线中的至少两个天线与第一射频接口连接，并将多个天线中处于直线边缘位置的第一天线直接与第二射频接口连接，经上述设置，可以利用切换模块切换不同的天线，并与第一天线进行uwb通信，能够基于不同的天线间距的特性进行uwb通信，并测量pdoa值，提高了定位精度。
附图说明
[0041]
图1为本申请实施例提供的一种天线装置1的结构示意图；
[0042]
图2为本申请实施例提供的一种示例性的天线装置的结构示意图；
[0043]
图3为本申请实施例提供的一种电子设备2的结构示意图；
[0044]
图4为本申请实施例提供的一种示例性的电子设备的结构示意图；
[0045]
图5为本申请实施例提供的一种定位方法的流程图。
具体实施方式
[0046]
应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请。并不用于限定本申请。
[0047]
实施例一
[0048]
本申请实施例提供一种天线装置1，如图1所示，该装置1可以包括：超宽带uwb模块10和多个天线11，所述uwb模块10包括第一射频接口100和第二射频接口101，所述多个天线11中的至少两个天线110通过切换模块12与所述第一射频接口100连接，所述多个天线11中的第一天线111与所述第二射频接口101连接；所述多个天线11设置在一条直线上，所述第一天线111为所述多个天线中处于直线边界位置的一个天线，所述至少两个天线110为所述多个天线中除所述第一天线外的天线；
[0049]
所述切换模块12，用于导通所述第一射频接口100与所述至少两个天线110中的任一个天线的通路，以通过所述第一天线111和所述至少两个天线110中的任一个天线进行uwb通信。
[0050]
本申请实施例提供的一种天线装置应用在uwb设备上，用来实现uwb测角精度。
[0051]
本申请实施例中，天线装置至少包括uwb模块、uwb射频前端和天线这两个模块，其中，uwb模块包括第一射频接口和第二射频接口，这两个射频接口分别连接uwb模块中的射频接收器和射频发送器，具体的，与第一射频接口和第二射频接口连接的射频发送器或射频接收器可根据实际情况选择，在此不做具体的限定。
[0052]
本申请实施例中，天线通过uwb射频前端与uwb模块连接，在uwb射频前端中设置有切换模块，该切换模块的一端与第一射频接口连接，切换模块的另一端选择与多个天线中的至少两个天线连接，多个天线中的第一天线直接与第二射频接口连接。
[0053]
需要说明的是，多个天线处于一条直线上，第一天线为多个天线中处于直线边界位置的一个天线，如多个天线中最左边的一个天线或者多个天线中最右边的一个天线，具体的根据实际情况进行选择，本申请实施例不做具体的限定；至少两个天线为多个天线中除第一天线以外的天线。
[0054]
需要说明的是，将多个天线中处于直线边界位置的一个天线作为第一天线直接与第二射频接口连接，可以使得在选择至少两个天线中的一个天线进行uwb通信的过程中，进行通信的两个天线之间的间距可以覆盖全部的多个天线之间的任一间距。
[0055]
可以理解的是，切换模块用于导通至少两个天线中的任一个天线与第一射频接口的通路，由此，可以通过切换模块从至少两个天线中选择出任一个天线，并利用第一天线和任一个天线进行uwb通信，以实现测角过程，由于多个天线处于同一直线上，且每相邻两个天线直接存在间距，可以在每次测量时从只至少两个天线中选择不同的天线与第一天线进行uwb通信，可以使得测角的范围和精度都提高。
[0056]
可选的，所述多个天线11中相邻两个天线的间距小于中心工作频率的半个波长；所述多个天线11的最大间距处于中心工作频率的半个波长至中心工作频率的一个波长之间。
[0057]
需要说明的是，由于多个天线中相邻两个天线的间距小于中心工作频率的半个波长，因此uwb模组利用相邻两个天线进行uwb通信得到的到达角度(aoa)曲线具有单调性，但是会存在分辨率较差，精度低的问题；由于多个天线中最大间距处于半个波长至一个波长之间，因此uwb模组测量出来的pdoa值会出现相位跳变，如同三角函数的周期性，与此同时，计算出的分辨率和精度都会大大提升。
[0058]
可选的，所述多个天线11中相邻两个天线的间距相同。
[0059]
在本申请实施例中，可以将多个天线中每两个相邻天线的间距设置为同一个间距，该间距小于半个波长；且满足多个天线的最大间距处于半个波长至一个波长之间，这里的半个波长和一个波长均对应的是中心工作频率，在此不再赘述。
[0060]
可选的，所述至少两个天线110包括第二天线和第三天线；
[0061]
所述第一射频接口通过所述切换模块与所述第二天线或所述第三天线连接。
[0062]
在一种实施例中，多个天线的数量为三个，包括第一天线、第二天线和第三天线，其中，第二射频接口直接与第一天线连接，第一射频接口通过切换模块与第二天线或第三天线连接。
[0063]
可选的，所述第一天线、第二天线和第三天线设置在一条直线上，所述第二天线设置在所述第一天线和所述第三天线之间；
[0064]
所述第一天线和所述第二天线之间的间距小于中心工作频率的半个波长；所述第三天线和所述第二天线之间的间距小于中心工作频率的半个波长；
[0065]
所述第一天线和所述第三天线之间的间距处于中心工作频率的半个波长至中心工作频率的一个波长之间。
[0066]
需要说明的是，在本申请实施例中，第一天线和第三天线为处于直线边界位置的天线，第二天线为第一天线和第三天线之间的天线。
[0067]
需要说明的是，第一天线和第二天线之间的间距可以等于第三天线和第一天线之间的间距。
[0068]
可选的，所述切换模块为单刀双掷开关；所述第一射频接口通过所述单刀双掷开关连接所述第二天线或第三天线；
[0069]
所述单刀双掷开关用于导通所述第一射频接口与所述第二天线之间的通路或所述第一射频接口与所述第三天线之间的通路。
[0070]
本申请实施例中，对于选择连接两个天线的切换模块，该切换模块可以为单刀双掷开关，该单刀双掷开关的不动端分别与第二天线和第三天线连接，单刀双掷开关可以通过导电手柄导通第二天线与第一射频接口之间的通路或者第一射频接口与第三天线之间的通路。
[0071]
示例性的，如图2所示，天线装置由射频前端和天线、uwb模组这两个部分组成，射频前端和天线中包括ant1、ant2、ant3这三个天线，和连接ant2和ant3的单刀双掷开关，uwb模组包括射频发送器、射频接收器、锁相环(phase locked loop，pll)发生器、数字收发器、控制器、电源和输入/输出(input/output，i/o)，具体的uwb模组内部的器件之间的连接关系如图2所示，uwb模组中还包括连接ant1和单刀双掷开关的选择器，用于选择ant1、以及ant2和ant3中的任一个天线实现射频信号的接收和/或发送，如可以利用ant1实现射频信号的接收，利用ant2和ant3中的任一个天线实现射频信号的发送，或者利用ant1实现射频信号的发送，利用ant2和ant3中的任一个天线实现射频信号的接收，具体的控制过程可以根据实际情况进行选择，本申请实施例不做具体的限定。
[0072]
如图2所示，ant1和ant2之间的间距小于λ/2(半个波长)，ant2和ant3之间的间距小于λ/2，ant1和ant3之间的间距处于λ/2和λ之间。
[0073]
可以理解的是，天线装置中包括多个天线，利用切换模块将多个天线中的至少两个天线与第一射频接口连接，并将多个天线中处于直线边缘位置的第一天线直接与第二射频接口连接，经上述设置，可以利用切换模块切换不同的天线，并与第一天线进行uwb通信，能够基于不同的天线间距的特性进行uwb通信，并测量pdoa值，提高了定位精度。
[0074]
本申请实施例还提供一种电子设备2，如图3所示，该电子设备2由上述天线装置1、存储器3和处理器4连接，处理器4分别与天线装置1和存储器3连接，所述存储器3中存储定位方法对应的运行程序。
[0075]
本申请实施例中的电子设备可以为任何具备uwb通信功能和存储功能的设备，例如：平板电脑、手机、个人计算机(personal computer，pc)、笔记本电脑、可穿戴设备等设备。
[0076]
上述处理器4可以为特定用途集成电路(asic，application specific integrated circuit)、数字信号处理器(dsp，digital signal processor)、数字信号处理
图像处理装置(dspd，digital signal processing device)、可编程逻辑图像处理装置(pld，programmable logic device)、现场可编程门阵列(fpga，field programmable gate array)、cpu、控制器、微控制器、微处理器中的至少一种。可以理解地，对于不同的设备，用于实现上述处理器功能的电子器件还可以为其它，本实施例不作具体限定。
[0077]
需要说明的是，处理器可以控制上述天线装置利用第一天线和至少两个天线中的任一个天线进行uwb通信，天线装置将uwb通信结果传输至处理器，处理器运行存储器中存储的运行程序，实现下述方法：
[0078]
利用第一天线和至少两个天线中处于直线中间位置的天线进行到达相位差pdoa测量，得到第一pdoa值；利用所述第一天线和至少两个天线中处于直线边界位置的天线进行pdoa测量，得到第二pdoa值；
[0079]
根据所述第一pdoa值和所述第二pdoa值，判断到达角度等级；
[0080]
根据所述到达角度等级，从所述第一poda值和所述第二poda值中确定目标poda值和所述目标poda值对应的目标映射关系；
[0081]
采用所述目标poda值和所述目标映射关系，确定待测物体的到达角度。
[0082]
本申请实施例中，由于天线装置1由uwb模块、uwb射频前端和天线这两个部分组成，由此，电子设备的结构组成图可如图4所示，处理器分别与存储器和uwb模块连接，uwb模块还与uwb射频前端和天线连接。
[0083]
可以理解的是，天线装置中包括多个天线，利用切换模块将多个天线中的至少两个天线与第一射频接口连接，并将多个天线中处于直线边缘位置的第一天线直接与第二射频接口连接，经上述设置，可以利用切换模块切换不同的天线，并与第一天线进行uwb通信，能够基于不同的天线间距的特性进行uwb通信，并测量pdoa值，电子设备利用定位算法对测量得到的pdoa值进行处理，能够提高定位精度。
[0084]
本申请实施例提供一种定位方法，应用于上述电子设备，如图5所示，该方法可以包括：
[0085]
s101、利用第一天线和至少两个天线中处于直线中间位置的天线进行到达相位差pdoa测量，得到第一pdoa值；利用第一天线和至少两个天线中处于直线边界位置的天线进行pdoa测量，得到第二pdoa值。
[0086]
本申请实施例提供的一种定位方法适用于uwb设备对目标物体进行角度测量的场景下。
[0087]
本申请实施例中，利用切换模块导通至少两个天线中处于直线中间位置的天线与第一射频接口之间的通路，并利用第一天线和至少两个天线中处于直线中间位置的天线进行到达相位差pdoa测量，得到第一pdoa值；利用切换模块导通至少两个天线中处于直线边界位置的天线与第一射频接口之间的通路，并利用利用第一天线和至少两个天线中处于直线边界位置的天线进行pdoa测量，得到第二pdoa值。
[0088]
需要说明的是，利用切换模块导通至少两个天线中不同天线与第一射频接口之间的通路的导通顺序可以根据实际情况进行选择，上述仅为一种具体的导通方式，本申请实施例不仅限于上述导通顺序，在此不做具体限定。
[0089]
在实际应用中，对于三个天线的天线装置而言，天线装置导通第二天线和第一射频端口的通路，并利用第一天线和第二天线进行pdoa测量，得到第一pdoa值；天线装置导通
第三天线和第一射频端口的通路，并利用第一天线和第三天线进行pdoa测量，得到第二pdoa值。
[0090]
进一步地，可以利用第一天线和至少两个天线中处于直线中间位置的天线进行多组pdoa测量，得到多组第一pdoa值；根据多组第一pdoa值，确定出第一pdoa值。利用第一天线和至少两个天线中处于直线边界位置的天线进行多组pdoa测量，得到多组第二pdoa值；根据多组第二pdoa值，确定出第二pdoa值。
[0091]
需要说明的是，可以计算多组第一pdoa值的均值，并将多组第一pdoa值的均值确定为第一pdoa值；或者利用聚类算法，从多组第一pdoa值中确定第一pdoa值；或者从多组第一pdoa值确定极值，并将确定出的机制作为第一pdoa值等；具体的根据多组第一pdoa值，确定出第一pdoa值的实际执行过程可以根据实际情况选择，本申请实施例不作具体的限定。
[0092]
需要说明的是，根据多组第二pdoa值，确定出第二pdoa值与根据多组第一pdoa值，确定出第一pdoa值的过程一致，在此不再赘述。
[0093]
可以理解的是，目前uwb模组测量得到的pdoa值具有较大的波动，单次pdoa测量值的可信度其实比较低。采用多次的测量结果可以提高测量值的可信度。
[0094]
s102、根据第一pdoa值和第二pdoa值，判断到达角度等级。
[0095]
当分别测量得到第一pdoa值和第二pdoa值之后，就要根据第一pdoa值和第二pdoa值判断到达角度等级。
[0096]
在一种可选的实施例中，可以基于第一pdoa值和第二pdoa值之间的差值判断到达角度等级。
[0097]
具体的，获取第一pdoa值和第二pdoa值之间的差值；当差值大于第一预设阈值时，判断出到达角度等级为第一角度等级；当差值小于第一预设阈值时，判断出到达角度等级为第二角度等级。
[0098]
在另一种可选的实施例中，可以根据第一pdoa值和第二pdoa值，与第二预设阈值的比较结果判断到达角度等级。
[0099]
具体的，将第一pdoa值和第二pdoa值分别与第二预设阈值比较；当第一pdoa值和第二pdoa值大于第二预设阈值、或第一pdoa值和第二pdoa值小于第二预设阈值时，判断出到达等级为第一角度等级；当第一pdoa值大于第二预设阈值且第二pdoa值小于第二预设阈值、或第一pdoa值小于第二预设阈值且第二pdoa值大于第二预设阈值时，判断出到达等级为第二角度等级。
[0100]
需要说明的是，第二预设阈值为0，即当第一pdoa值和第二pdoa值均大于0或者均小于0时，判断出到达角度等级为第一角度等级；否则判断出到达角度等级为第二角度等级。
[0101]
s103、根据到达角度等级，从第一poda值和第二poda值中确定目标poda值和目标poda值对应的目标映射关系。
[0102]
当根据第一pdoa值和第二pdoa值判断到达角度等级之后，就要根据到达角度等级，从第一poda值和第二poda值中确定目标poda值和目标poda值对应的目标映射关系。
[0103]
本申请实施例中，当判断出到达等级为第一角度等级时，将第一poda值确定为目标poda值，并将第一poda值对应的预设poda与到达角度映射关系确定为目标映射关系。当判断出到达等级为第二角度等级时，将第二poda值确定为目标poda值，并将第二poda值对
应的预设poda与到达角度映射关系确定为目标映射关系。
[0104]
需要说明的是，预先为每一种角度等级设置了pdoa值与aoa值之间的对应关系；若天线间距较小(对应第一poda值，天线间距小于1/2波长)，则可测量到的pdoa范围小于360
°
，不会出现相位跳变，但是分辨率较差，精度没那么高；若天线间距较大(对应第二poda值，天线间距在1/2波长至1波长之间)，则可测量到的pdoa范围会大于360
°
，在aoa较大时，pdoa会出现相位跳变，此时1个pdoa的值可能对应2个以上的aoa，有模糊映射的问题，然而当aoa比较小时，pdoa与aoa有一一映射的关系，并且分辨率和精度较高。结合了上述优劣势，在判断出处于第一角度等级时，利用第一pdoa值和第一pdoa值对应的预设pdao与到达角度映射关系计算待测物体的到达角度；在判断出处于第二角度等级时，利用第二pdoa值和第二pdoa值对应的预设pdao与到达角度映射关系计算待测物体的到达角度。
[0105]
s104、采用目标poda值和目标映射关系，确定待测物体的到达角度。
[0106]
当确定出目标pdoa值和目标映射关系之后，就要采用目标poda值和目标映射关系，确定待测物体的到达角度。
[0107]
本申请实施例中，从目标映射关系中，查找目标pdoa值对应的到达角度值，该到达角度即为待测物体的到达角度。
[0108]
可以理解的是，电子设备预先为不同天线间距设置对应的预设映射关系，当获取到第一pdoa值和第二pdoa值之后，从第一pdoa值和第二pdoa值中确定出目标pdoa值，并利用目标pdoa值和对应的目标映射关系，确定待测物体的到达角度，能够结合不同天线间距的优势，提高待测物体的测角精度和分辨率。
[0109]
本申请实施例提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，上述计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序，上述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，应用于电子设备中，该计算机程序实现如上述的定位方法。
[0110]
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
[0111]
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本公开的技术方案本质上或者说对相关技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如rom/ram、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台图像显示设备(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本公开各个实施例所述的方法。
[0112]
以上所述，仅为本申请的较佳实施例而已，并非用于限定本申请的保护范围。