无线测距方法和装置pdf

  本申请提供一种无线测距方法和装置。该方法有分别根据多个信道的接收信号功率和发射信号功率计算得到多个第一距离值，其中，所述第一距离值表征所述无线信号传播路径的长度；根据所述多个第一距离值得到第二距离值，所述第二距离值作为测量得到的所述无线发射设备与所述无线接收设施之间的距离。本申请的方法测得的第二距离值更接近线)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 CN 113702959 A (43)申请公布日 2021.11.26 (21)申请号 6.1 (22)申请日 2021.08.17 (71)申请人 泰凌微电子（上海）股份有限公司 地址 200135 上海市浦东新区中国（上海） 自由贸易试验区祖冲之路1500号3幢 (72)发明人 黄海力 (74)专利代理机构 北京市中伦律师事务所 11410 代理人 郑哲琦 (51)Int.Cl. G01S 11/06 (2006.01) 权利要求书2页 说明书4页 附图3页 (54)发明名称 无线)摘要 本申请提供一种无线测距方法和装置。该方 法包括分别根据多个信道的接收信号功率和发 射信号功率计算得到多个第一距离值，其中，所 述第一距离值表征所述无线信号传播路径的长 度；根据所述多个第一距离值得到第二距离值， 所述第二距离值作为测量得到的所述无线发射 设备与所述无线接收设备之间的距离。本申请的 方法测得的第二距离值更接近线 A 权利要求书 1/2页 1.一种无线测距方法，用于测量无线发送设备与无线接收设备之间的距离，其特征在 于，所述方法有： 分别根据多个信道的接收信号功率和发射信号功率计算得到多个第一距离值，其中， 所述第一距离值表征所述无线信号传播路径的长度； 根据所述多个第一距离值得到第二距离值，所述第二距离值作为测量得到的所述无线 发射设备与所述无线接收设施之间的距离。 2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，按照如下公式根据每个信道的接收信号功 率和发射信号功率计算得到一个第一距离值： P1‑P2＝32.45+20×log(f)+20×log(d)， 其中，P1为所述信道的发射信号功率，单位为dBm，P2为所述信道的接收信号功率，单位 为dBm，f为所述单个信道的中心频率，单位为MHz，d为所述第一距离值，单位为Km。 3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述多个第一距离值得到第二距离 值，包括： 将所述多个第一距离值的最大值作为所述第二距离值；或者， 将所述多个第一距离值的中位数值作为所述第二距离值。 4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述多个第一距离值得到第二距离 值，包括： 将所述多个第一距离值、其中的中位数值、其中的最大值的线性组合叠加一个偏移量 之后所得结果输入激活函数，将所述激活函数的输出作为所述第二距离值。 5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述激活函数采用ReLU激活函数。 6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述无线发送设备与所述无线接收设施均 为蓝牙设备。 7.一种无线测距装置，其特征是，包括： 第一距离计算模块，用于分别根据多个信道的接收信号功率和发射信号功率计算得到 多个第一距离值，其中，所述第一距离值表征所述无线信号传播路径的长度； 第二距离计算模块，用于根据所述多个第一距离值得到第二距离值，所述第二距离值 作为测量得到的所述无线发射设备与所述无线接收设备之间的距离。 8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第一距离计算模块具体用于按照如下 公式根据每个信道的接收信号功率和发射信号功率计算得到一个第一距离值： P1‑P2＝32.45+20×log(f)+20×log(d)， 其中，P1为所述信道的发射信号功率，单位为dBm，P2为所述信道的接收信号功率，单位 为dBm，f为所述单个信道的中心频率，单位为MHz，d为所述第一距离值，单位为Km。 9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第二距离计算模块具体用于： 将所述多个第一距离值的最大值作为所述第二距离值；或者， 将所述多个第一距离值的中位数值作为所述第二距离值。 10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第二距离计算模块具体用于： 将所述多个第一距离值、其中的中位数值、其中的最大值的线性组合叠加一个偏移量 之后所得结果输入激活函数，将所述激活函数的输出作为所述第二距离值。 11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述单个神经元的激活函数采用ReLU激 2 2 CN 113702959 A 权利要求书 2/2页 活函数。 12.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述无线发送设备与所述无线接收设备 均为蓝牙设备。 13.一种无线测距装置，其特征在于，包括：存储器和处理器，所述存储器存储指令，所 述处理器运行所述指令以执行根据权利要求1至6任一项所述的方法。 3 3 CN 113702959 A 说明书 1/4页 无线测距方法和装置 技术领域 [0001] 本申请属于无线技术领域，具体涉及一种无线测距方法和装置。 背景技术 [0002] 在测量无线发射设备(例如是蓝牙设备A)与无线接收设备(例如是蓝牙设备B)之 间的距离时，通常的做法由无线发射设备在单个信道上发射无线信号，比较发射信号功率 与接收到的接收信号功率的差(即路径损耗)，根据自由空间损耗模型推断无线信号的传播 路径长度，将该长度近似为两个无线设备之间的距离。 发明内容 [0003] 本申请的目的在于提供一种无线] 本申请采用如下技术方案：一种无线测距方法，用于测量无线发送设备与无线接 收设备之间的距离，所描述的方法包括： [0005] 分别根据多个信道的接收信号功率和发射信号功率计算得到多个第一距离值，其 中，所述第一距离值表征所述无线信号传播路径的长度； [0006] 根据所述多个第一距离值得到第二距离值，所述第二距离值作为测量得到的所述 无线发射设备与所述无线接收设备之间的距离。 [0007] 本申请采用如下技术方案：一种无线] 第一距离计算模块，用于分别根据多个信道的接收信号功率和发射信号功率计算 得到多个第一距离值，其中，所述第一距离值表征所述无线信号传播路径的长度； [0009] 第二距离计算模块，用于根据所述多个第一距离值得到第二距离值，所述第二距 离值作为测量得到的所述无线发射设备与所述无线接收设备之间的距离。 [0010] 本申请采用如下技术方案：一种无线测距装置，包括：存储器和处理器，所述存储 器存储指令，所述处理器运行所述指令以执行前述的无线] 与现有技术相比，本申请的有益效果为：由于不同信道受到的多径干扰不同(受多 径干扰严重的信道占少数)，且不同信号的多径干扰具有一定的关联，基于不同信道的路径 损耗计算得到的多个第一距离值进行分析得到的第二距离值更能反应无线发射设备与无 线接收设备的真实距离。 附图说明 [0012] 图1是本申请发明人实验得到的不同信道的接收信号强度RSSI与频率的关系图。 [0013] 图2是本申请实施例提出的无线测距方法的流程图。 [0014] 图3是本申请实施例提出的神经网络的结构图。 [0015] 图4是本申请实施例提出的无线是本申请另一实施例提出的无线] 在本申请中，应理解，诸如“包括”或“具有”等术语旨在指示本说明书中存在所公 开的特征、数字、步骤、行为、部件、部分或其组合的存在，但是并不排除存在一个或多个其 他特征、数字、步骤、行为、部件、部分或其组合存在的可能性。 [0018] 另外还需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征 可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。 [0019] 下面结合附图所示的实施例对本申请作进一步说明。 [0020] 参考图1，本申请的发明人研究发现，无线发射设备发出的无线信号到达无线接收 设备存在多个传播路径。无线信号可以沿直线传播至无线接收设备，可以通过地面反射或 墙面反射后到达无线接收设备。这样，到达无线接收设备的无线信号的幅度和相位都是不 同的。这些信号可能是互相增强，也可能是互相抵消。这就导致依靠单个信道的路径损耗所 推断出的无线发射设备与无线接收设备之间的距离值是不准确的。 [0021] 参考图2，接收信号强度指示(RSSI)表示接收信号功率与发射信号功率的相对关 系。对于个别信道，接收信号强度指示是很小的，也就是多径现象造成接收信号功率相对于 发射信号功率衰减很大，据此推断出的无线发射设备与无线接收设备二者之间的距离值会 远大于二者线] 基于以上分析，本申请的实施例提供一种无线测距方法，用于测量无线发送设备 与无线接收设备之间的距离。参考图2，所述方法有以下步骤。 [0023] 步骤101、分别根据多个信道的接收信号功率和发射信号功率计算得到多个第一 距离值，所述第一距离值表征所述无线信号传播路径的长度。 [0024] 也就是无线发射设备依次在不同的信道发射无线信号。测量无线接收设施接收到 的不同信道的接收信号的功率。根据发射信号功率与接收信号功率的差得到路径损耗。然 后根据自由空间损耗模型和路径损耗计算得到第一距离值。 [0025] 具体地，每个信道对应一个中心频率。 [0026] 步骤102、根据所述多个第一距离值得到第二距离值，所述第二距离值作为测量得 到的所述无线发射设备与所述无线接收设施之间的距离。 [0027] 由于不同信道受到的多径干扰不同(受多径干扰严重的信道占少数)，且不同信号 的多径干扰具有一定的关联，基于不同信道的路径损耗计算得到的多个第一距离值进行统 计分析得到的第二距离值更能反应无线发射设备与无线接收设施的线] 在一些实施例中，按照如下公式根据每个信道的接收信号功率和发射信号功率计 算得到一个第一距离值： [0029] P1‑P2＝32.45+20×log(f)+20×log(d)， [0030] 其中，P1为所述信道的发射信号功率，单位为dBm，P2为所述信道的接收信号功率， 单位为dBm，f为所述单个信道的中心频率，单位为MHz，d为所述第一距离值，单位为Km。 [0031] 以上是根据自由空间损耗模型和路径损耗计算得到第一距离值的一种具体的计 算方法。 [0032] 在一些实施例中，根据所述多个第一距离值得到第二距离值，包括： [0033] 将所述多个第一距离值的最大值作为所述第二距离值；或者， [0034] 将所述多个第一距离值的中位数值作为所述第二距离值。 5 5 CN 113702959 A 说明书 3/4页 [0035] 这是因为受到多径干扰较为明显的只是部分信道，采用第一距离值中的最大值或 中位数值作为测量得到的无线发射设备与无线接收设施之间的距离值相对而言可信度更 高。 [0036] 在一些实施例中，根据所述多个第一距离值得到第二距离值，包括： [0037] 将所述多个第一距离值以及其中的中位数值和最大值输入神经网络，其中，所述 神经网络的输入层连接(也即是将所述神经网络的输入值的线性组合叠加一个偏移量所得 结果输入单个神经元)，所述单个神经元的输出作为所述第二距离值。 [0038] 具体地，参考图3，该神经网络只有一个神经元，信号x1至xN为N‑2个第一距离值、 其中的中位数值、以及其中的最大值，w1至wN为N个比例系数，b为偏移量。需要说明的是，N‑ 2个第一距离值对应的中心频率以及它们的前后排序是预先设定好的。 [0039] 可选地，所述单个神经元的激活函数采用ReLU激活函数。如此，可以保证模型的输 出均为正值，从而激活函数的输出可以直接作为第二距离值。 [0040] 在对该神经网络进行参数优化的步骤中，例如可以采用Adam算法进行参数优化， 损失函数可以选择均方误差函数。 [0041] 模型训练以及测试过程中的数据可以是根据实验测量得到的。例如，手动测量无 线发射设备与无线接收设施的真实距离，然后分别在不同的信道上发射无线信号，计算路 径损耗，根据路径损耗推断出第一距离值。 [0042] 测试数据集中的数据也可以是通过模拟计算的方法生成。 [0043] 具体地，首先随机生成多个不同延时的传播路径(无线信号认为是以光速传播，一 个延时也就对应一个传播路径的长度)。随后计算无线发射信号在不同传播路径上的路径 损耗(由于总体的频率差异相对2.4GHz很小，所以路径损耗可以认为是一致的。相位延迟是 后面的转频域的过程体现)，得到模拟的接收信号的波形。随后将时域的接收信号转换至频 域，选择该频谱中对应于该单个频点的频率值的信号强度值作为接收信号的强度值。 [0044] 在一些实施例中，所述无线发送设备与所述无线接收设施均为蓝牙设备。即二者 通过依次在多个信道收发蓝牙信号来实现无线] 发明人以蓝牙测距为例进行试验，比较传统测距方法与本申请实施例所提出的测 距方法。 [0046] 在室内环境下，蓝牙发射设备与蓝牙接收设施的线 个信道进行无线信号的发射和接受。 [0047] 采用传统方案，即只取一个信道的路径损耗计算得到的距离值与线] 由于受到多径干扰较为严重的只是部分信道，所有信道计算得到的第一距离值中 的最大值与线] 由于受到多径干扰的只是部分信道，所有信道计算得到的第一距离值中的中位值 与线] 由于不同的多径对各信道的影响是相互关联的，采用前述机器学习的方法得到的 第二距离值与线] 基于与前述实施例相同的发明构思，本申请的实施例还提供一种无线页 [0052] 第一距离计算模块1，用于分别根据多个信道的接收信号功率和发射信号功率计 算得到多个第一距离值，其中，所述第一距离值表征所述无线信号传播路径的长度； [0053] 第二距离计算模块2，用于根据所述多个第一距离值得到第二距离值，所述第二距 离值作为测量得到的所述无线发射设备与所述无线接收设施之间的距离。 [0054] 可选地，所述第一距离计算模块1具体用于按照如下公式根据每个信道的接收信 号功率和发射信号功率计算得到一个第一距离值： [0055] P1‑P2＝32.45+20×log(f)+20×log(d)， [0056] 其中，P1为所述信道的发射信号功率，单位为dBm，P2为所述信道的接收信号功率， 单位为dBm，f为所述单个信道的中心频率，单位为MHz，d为所述第一距离值，单位为Km。 [0057] 可选地，所述第二距离计算模块2具体用于： [0058] 将所述多个第一距离值的最大值作为所述第二距离值；或者， [0059] 将所述多个第一距离值的中位数值作为所述第二距离值。 [0060] 可选地，所述第二距离计算模块2具体用于： [0061] 将所述多个第一距离值以及其中的中位数值和最大值输入神经网络，其中，所述 神经网络的输入层连接单个神经元，所述单个神经元的输出作为所述第二距离值。 [0062] 可选地，所述单个神经元的激活函数采用ReLU激活函数。 [0063] 可选地，所述无线发送设备与所述无线接收设施均为蓝牙设备。 [0064] 参考图5，本申请的实施例还提供一种无线测距装置，包括：存储器和处理器，所述 存储器存储指令，所述处理器运行所述指令以执行前述的无线] 本申请中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分 互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。 [0066] 本申请的保护范围不限于上述的实施例，显然，本领域的技术人员可以对本申请 进行各种改动和变形而不脱离本申请的范围和精神。倘若这些改动和变形属于本申请权利 要求及其等同技术的范围，则本申请的意图也包含这些改动和变形在内。 7 7 CN 113702959 A 说明书附图 1/3页 图1 图2 8 8 CN 113702959 A 说明书附图 2/3页 图3 图4 9 9 CN 113702959 A 说明书附图 3/3页 图5 10 10

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