一种设备定位方法、装置、设备以及存储介质和系统与流程

1.本技术涉及定位技术领域，尤其涉及一种设备定位方法、装置、设备以及存储介质和系统。


背景技术：

2.随着信息领域的迅速发展，超宽带(ultra wide band，uwb)技术由于其低成本、低功耗、抗干扰性能好、低截获能力等特点，一直在定位/测距领域具有重要应用。其中，基于uwb的定位系统通常是由定位设备和被定位设备组成。被定位设备通常由需要定位的人员或者物品佩戴，通过定位设备可以实现对被定位设备进行定位，从而能够完成对需要定位的人员或者物品的定位。
3.由于被定位设备(如电子标签)具备便携性、长寿命的使用要求，通常要求被定位设备必须具备低功耗和小体积的特点。在相关技术中，虽然可以通过控制uwb芯片长期处于休眠状态，然后周期性唤醒uwb进行侦听，用以在测距时达到降低功耗的目的。然而，目前的相关技术仅局限于uwb测距数据不高的应用场景，对于需满足uwb测距数据高刷新率的应用场景(如实时定位等)，还无法有效降低功耗。


技术实现要素：

4.本技术提出一种设备定位方法、装置、设备以及存储介质和系统，可以节省设备的接收时间和发送时间，从而达到降低设备功耗的目的。
5.为达到上述目的，本技术的技术方案是这样实现的：
6.第一方面，本技术实施例提供了一种设备定位方法，应用于定位设备，该方法包括：
7.基于预设的帧类型，确定至少两个帧；其中，所述至少两个帧中仅一帧携带有加密时间戳序列sts信息；
8.在与被定位设备的通信过程中，根据所述至少两个帧的发送和接收，确定所述定位设备与所述被定位设备之间的距离值；以及在接收到所述携带有sts信息的一帧时，确定所述定位设备与所述被定位设备之间的角度值；
9.根据所述距离值和所述角度值，对所述被定位设备进行定位。
10.第二方面，本技术实施例提供了一种设备定位装置，应用于定位设备，所述设备定位装置包括确定单元和定位单元；其中，
11.所述确定单元，配置为基于预设的帧类型，确定至少两个帧；其中，所述至少两个帧中仅一帧携带有加密时间戳序列sts信息；
12.所述确定单元，还配置为在与被定位设备的通信过程中，根据所述至少两个帧的发送和接收，确定所述定位设备与所述被定位设备之间的距离值；以及在接收到所述携带有sts信息的一帧时，确定所述定位设备与所述被定位设备之间的角度值；
13.所述定位单元，配置为根据所述距离值和所述角度值，对所述被定位设备进行定
位。
14.第三方面，本技术实施例提供了一种定位设备，该定位设备包括存储器和处理器；其中，
15.所述存储器，用于存储能够在所述处理器上运行的计算机程序；
16.所述处理器，用于在运行所述计算机程序时，执行如第一方面所述的方法。
17.第四方面，本技术实施例提供了一种计算机存储介质，该计算机存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被至少一个处理器执行时实现如第一方面所述的方法。
18.第五方面，本技术实施例提供了一种定位系统，该定位系统至少包括被定位设备和如第三方面所述的定位设备。
19.本技术实施例所提供的一种设备定位方法、装置、设备以及存储介质和系统，基于预设的帧类型，确定至少两个帧；其中，所述至少两个帧中仅一帧携带有加密时间戳序列sts信息；在与被定位设备的通信过程中，根据所述至少两个帧的发送和接收，确定所述定位设备与所述被定位设备之间的距离值；以及在接收到所述携带有sts信息的一帧时，确定所述定位设备与所述被定位设备之间的角度值；根据所述距离值和所述角度值，对所述被定位设备进行定位。这样，通过预设的帧类型，由于只有一帧携带有sts信息，可以缩短其他帧的长度，从而在实现定位功能的同时，还可以节省设备的接收时间和发送时间，能够达到降低设备功耗的目的。
附图说明
20.图1为相关技术提供的一种电子标签和基站之间定位的应用场景示意图；
21.图2为相关技术提供的一种利用超宽带技术的信号波形示意图；
22.图3为本技术实施例提供的一种设备定位方法的流程示意图；
23.图4为本技术实施例提供的一种两帧交互的结构示意图；
24.图5为本技术实施例提供的一种三帧交互的结构示意图；
25.图6为本技术实施例提供的一种双边双向测距算法的流程示意图；
26.图7为本技术实施例提供的一种单边双向测距算法的流程示意图；
27.图8为本技术实施例提供的一种设备定位装置的组成结构示意图；
28.图9为本技术实施例提供的一种定位设备的硬件结构示意图；
29.图10为本技术实施例提供的一种定位系统的组成结构示意图。
具体实施方式
30.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关申请，而非对该申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关申请相关的部分。
31.超宽带(ultra wide band，uwb)技术是一种无线载波通信技术，它通过对具有很陡上升和下降时间的冲激脉冲进行直接调制，使信号具有ghz量级的带宽。另外，uwb技术不采用正弦载波，而是利用纳秒(nanosecond，ns)级的非正弦窄脉冲传输数据，一般可用于室内精确定位，定位精度可以达到10厘米(centimeter，cm)级别。
32.应理解，定位系统的关键在于测量距离的误差，而且误差越小，定位精度就越高。
电磁波在空中传输的时间近似为光速，因此距离的误差也就是测量到的电磁波在空中飞行的时间误差。这里，假定测量精度要达到10cm，那么可以根据下式计算时间误差，如下所示，
[0033][0034]
其中，δd表示测量距离精度，c表示电磁波在空中的传播速度，δt表示时间误差。根据式(1)可知，测量电磁波飞行时间的误差必须在0.3ns内，可见其困难程度。
[0035]
另外，如果要能达到如此精度，关键还在于对于信号的捕捉，要在很短的时间内区分出直达信号与反射信号，从而得到精确的飞行时间。然而，在实际的无线传输环境中，电磁波会受到周围环境如墙壁、玻璃、金属等物体的反射(类似于可见光的反射)，从而产生多径信号。这时候接收节点往往不仅能接收到直达信号，还能接收到反射路径传播的反射信号，并且直达路径传播的直达信号和反射路径传播的反射信号是相加关系。如图1所示，假定被定位设备为电子标签，定位设备为基站，那么电子标签的发射端口发射出发射信号，一路作为直达信号直接传输至基站，另一路会遇到物体进行反射，然后作为反射信息传输至基站，即基站会接收到直达信号和反射信号。
[0036]
示例性地，假定直达信号直达的路径长为5m，反射信号需要传播的距离总共为7m，那么直达信号的时间为16ns，反射信号的时间为23ns。也就是说，要在7ns的时间内区分出直达信号和反射信号，但是传统的窄带信号为正弦载波通信，且带宽较窄，完成信号传输所需的时间为几十毫秒，直达信号在7ns时间内不能完成传输；因此，直达信号与反射信号会在时域上存在重叠，使信号延迟，并在幅值和相位等方面发生了变化，从而产生能量衰减，信噪比下降，导致首达信号并非为直达信号，引起测距误差，定位精度也随之下降。
[0037]
另外，超宽带(uwb)技术是一种无线载波通信技术，即不采用正弦载波，而是利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，因此其所占的频谱范围很宽，uwb时域信号较窄，使得时间分辨率增强，接收多径反射延时信号与直达信号的时间差一般大于脉冲宽度；因此，信号在时域上是可分离的。如图2所示，利用uwb技术，直达信号和反射信号由于利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，使得实际接收信号中直达信号和反射信号在时域上是可分离的。这样，针对上述示例中7ns的时间差，足够完成uwb直达信号的传输(传输时长约为2ns)，因此定位系统可以快速提取出直达信号，实现精确定位。在本技术实施例中，采用uwb技术进行定位的系统，定位精度能够达到厘米级别。
[0038]
目前的相关技术中，以一种基于uwb的低功耗电子标签为例，其具体可以包括：uwb通信模块、运动感知模块、分别与uwb通信模块和运动感知模块连接的微控制单元(microcontroller unit，mcu)模块及分别与uwb通信模块、运动感知模块和mcu模块连接并供电的电源模块。其中，uwb通信模块用于发送和接收uwb信号；运动感知模块用于检测佩戴低功耗电子标签的人员或物品的运动状态信息并反馈至mcu模块；mcu模块用于控制uwb通信模块和运动感知模块长期处于睡眠状态并周期性地唤醒，根据运动状态信息调整唤醒uwb通信模块的周期，控制自身进入睡眠状态并周期性地自我唤醒。
[0039]
也就是说，目前的相关技术方案虽然可以通过控制器控制uwb集成电路(integrated circuit，ic)芯片长期处于休眠状态，然后周期性唤醒uwb来侦听，用以在测距时达到降低功耗的目的，其实质是通过控制uwb工作与休眠的占空比来节省功耗；但是并无法优化uwb正常工作过程中的功耗，即仅局限于uwb测距数据不高的应用场景，对于需要
满足uwb测距数据高刷新率的应用场景(如实时定位等)，还无法有效降低功耗。
[0040]
基于此，本技术实施例提供了一种设备定位方法，该方法的基本思想是：基于预设的帧类型，确定至少两个帧；其中，所述至少两个帧中仅一帧携带有加密时间戳序列sts信息；在与被定位设备的通信过程中，根据所述至少两个帧的发送和接收，确定所述定位设备与所述被定位设备之间的距离值；以及在接收到所述携带有sts信息的一帧时，确定所述定位设备与所述被定位设备之间的角度值；根据所述距离值和所述角度值，对所述被定位设备进行定位。这样，通过预设的帧类型，由于只有一帧携带有sts信息，可以缩短其他帧的长度，从而在实现定位功能的同时，还可以节省设备的接收时间和发送时间，能够达到降低设备功耗的目的。
[0041]
下面将结合附图对本技术各实施例进行详细说明。
[0042]
本技术的一实施例中，参见图3，其示出了本技术实施例提供的一种设备定位方法的流程示意图。如图3所示，该方法可以包括：
[0043]
s301：基于预设的帧类型，确定至少两个帧；其中，所述至少两个帧中仅一帧携带有加密时间戳序列(scrambled timestamp sequence，sts)信息。
[0044]
需要说明的是，该设备定位方法应用于定位设备。在定位系统中，通常可以包括定位设备和被定位设备。其中，定位设备可以是指主机(host)，在本技术实施例中代表定位过程中用于显示和寻找被定位设备的电子设备，诸如智能手机、无人机、平板电脑、笔记本电脑、掌上电脑、个人数字助理(personal digital assistant，pda)等。被定位设备可以是指客户端(client)，在本技术实施例中代表被寻找的电子标签、智能手表等电子设备。被定位设备可以由需要定位的人员或者物品配的，从而通过定位设备就能够完成对需要定位的人员或者物品的定位。
[0045]
还需要说明的是，本技术实施例中定位设备与被定位设备之间的通信技术通常采用uwb技术，具体是利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，定位精度可以达到10cm级别。
[0046]
可以理解，当uwb技术应用于消费电子市场时，小体积和低功耗是必须解决的问题，尤其是使用智能手机寻找uwb电子标签的应用场景。一般情况下，此类电子标签的体积会设计的非常小，以便于方便的携带或者赋予在某一个重要的被寻找物体上。这里，体积小，意味着电子标签的电池容量就非常小，此类消费类电子标签的电池容量一般小于100毫安时，而目前市场最好的uwb芯片在收发信号时的功耗通常都在30～80毫安的电流。以某公司集成电路芯片(integrated circuit，ic)为例，其发送端口(transmit，tx)的电流在45毫安，接收端口(receive，rx)的电流在75毫安左右，在相关技术中，一般硬件电路在设计时可以通过直流变换(direct current-direct current，dc-dc)来降低功耗，软件则可以通过最大化的缩短整个通信过程中的tx和rx的时间，或者降低测距的次数(意味着降低刷新频率，但会影响结果的呈现)，可以帮助被定位设备(即uwb电子标签)节省功耗，从而达到长期使用的目的。
[0047]
在本技术实施例中，为了降低设备功耗，本技术的技术方案是通过设计和定义定位设备与被定位设备之间交互时的帧类型，用以缩短整个定位设备与被定位设备之间通信过程中实际使用的tx和rx的时间，达到节省设备打开tx和rx的时间，如此能够在满足成功定位的同时，达到节省设备功耗的目的。
[0048]
对于预设的帧类型而言，在一些实施例中，该方法还可以包括：
[0049]
获取预设协议中定义的四种帧类型；
[0050]
从所述四种帧类型中，确定所述预设的帧类型。
[0051]
这里，四种帧类型可以包括：第零帧类型、第一帧类型、第二帧类型和第三帧类型。其中，所述第零帧类型中携带有数据信息但未携带sts信息，所述第一帧类型中携带有数据信息和sts信息，所述第二帧类型中携带有数据信息和sts信息且携带有时隙信息，所述第三帧类型中仅携带有sts信息但未携带数据信息。
[0052]
需要说明的是，预设协议可以是指802.15.4z协议。其中，802.15.4z是电气和电子工程师协会(institute of electrical and electronics engineers，ieee)的一种无线通信基本标准，在802.15.4z中定义了四种帧(frame)的结构类型，具体如下表1所示。
[0053]
表1
[0054][0055]
在表1中，“0”表示第零帧类型，在协议数据单元(presentation protocol data unit，ppdu)中不包括sts信息；“1”表示第一帧类型，在ppdu中包括sts信息，且sts信息位于物理层(physical，phy)、物理层报头(physical header，phr)和数据(data payload)等信息之前；“2”表示第二帧类型，在ppdu中包括sts信息，且sts信息位于phy、phr和data payload等信息之后；“3”表示第三帧类型，在ppdu中不包括phy、phr和data payload等信息。
[0056]
具体来讲，在每一帧类型中，还可以包括有帧起始定界符(start of frame delimiter，sfd)和前导码(ipatov preamble，也可简称为preamble)。而在第二帧类型中，还可以携带有时隙(gap)信息。下面将针对这四种帧类型的格式分别进行定义。
[0057]
第零帧类型的定义如下，
[0058]
ipatov preamblesfdphrdata payload
[0059]
第一帧类型的定义如下，
[0060]
ipatov preamblesfdstsphrdata payload
[0061]
第二帧类型的定义如下，
[0062]
ipatov preamblesfdphrdata payloadgapsts
[0063]
第三帧类型的定义如下，
[0064]
ipatov preamblesfdsts
[0065]
在上述的这四种帧类型的格式中，ieee标准中规定preamble的长度为64、1024或者4096；sfd的长度8或者64，phr的长度固定为19个比特(bits)，gap的值为1～127个符号(symbols)。由于每一帧tx或者rx的时间戳(timestamp)都是在sfd成功获取之后得到，这样，为了获得最短的发送(tx)时间和接收(rx)时间，在本技术实施例中可以参考以上参数的选取，具体如表2所示。
[0066]
表2
[0067][0068][0069]
s302：在与被定位设备的通信过程中，根据所述至少两个帧的发送和接收，确定所述定位设备与所述被定位设备之间的距离值；以及在接收到所述携带有sts信息的一帧时，确定所述定位设备与所述被定位设备之间的角度值。
[0070]
需要说明的是，在根据预设的帧类型确定出这至少两个帧之后，定位设备与被定位设备之间可以进行这至少两个帧的交互(发送和接收)，用以确定出定位设备与被定位设备之间的距离值。
[0071]
其中，双向测距(two-way ranging，twr)是一种测距技术，其应用于uwb技术中进行具体距离值的获取。在本技术实施例中，双向测距又可以分为单边双向测距(single-sided two-way ranging，ss-twr)和双边双向测距(double-sided two-way ranging，ds-twr)。
[0072]
在一种可能的实施方式中，至少两个帧可以包括两帧，具体为：请求帧(range frame)和结束帧(final frame)。这时候，对于s302来说，所述根据所述至少两个帧的发送和接收，确定所述定位设备与所述被定位设备之间的距离值，可以包括：
[0073]
根据所述至少两个帧的发送和接收，利用单边双向测距算法确定所述定位设备与所述被定位设备之间的距离值。
[0074]
也就是说，在基于两帧的交互下，可以利用单边双向测距算法进行距离值的计算。这里，单边双向测距是对单个往返时间上的简单测量。具体地，如图4所示，假定定位设备为host(如智能手机)，被定位设备为client(如电子标签)，定位设备主动向被定位设备发送请求帧，然后被定位设备接收到请求帧后，被定位设备会向定位设备发送结束帧，根据请求帧和结束帧的交互，利用单边双向测距算法得到定位设备与被定位设备之间的距离值。
[0075]
在另一种可能的实施方式中，至少两个帧可以包括三帧，具体为：请求帧(range frame)、响应帧(reply frame)和结束帧(final frame)。这时候，对于s302来说，所述根据所述至少两个帧的发送和接收，确定所述定位设备与所述被定位设备之间的距离值，可以包括：
[0076]
根据所述至少两个帧的发送和接收，利用双边双向测距算法确定所述定位设备与所述被定位设备之间的距离值。
[0077]
也就是说，在基于三帧的交互下，可以利用双边双向测距算法进行距离值的计算。这里，双边双向测距是单边双向测距的一种扩展测距方法，记录了两个往返时间上的测量。具体地，如图5所示，假定定位设备为host(如智能手机)，被定位设备为client(如电子标签)，被定位设备向定位设备发送请求帧，在定位设备接收到请求帧后，定位设备会向被定
位设备发送响应帧；然后被定位设备接收到响应帧后，被定位设备会向定位设备发送结束帧；如此，根据请求帧和结束帧的交互，利用双边双向测距算法也可得到定位设备与被定位设备之间的距离值。
[0078]
还需要说明的是，在接收到携带有sts信息的一帧时，还可以确定出定位设备与被定位设备之间的角度值。在本技术实施例中，可以是结束帧携带有sts信息，也可以是其他帧(比如请求帧)携带有sts信息，这里不作任何限定。
[0079]
在一些实施例中，当结束帧携带有sts信息时，在定位设备接收到被定位设备发送的所述结束帧之前，该方法还可以包括：
[0080]
开启sts功能，以获得定位设备与被定位设备之间的到达相位差值。
[0081]
这样，对于s302来说，所述在接收到所述携带有sts信息的一帧时，确定所述定位设备与所述被定位设备之间的角度值，可以包括：
[0082]
在接收到所述结束帧时，获得所述定位设备与所述被定位设备之间的到达相位差值；
[0083]
从预设表中查询所述到达相位差值对应的到达角度值，将查询到的所述到达角度值确定为所述定位设备与所述被定位设备之间的角度值；其中，所述预设表用于表征到达相位差值与到达角度值之间的对应关系。
[0084]
需要说明的是，到达相位差(phase-difference-of-arrival，pdoa)是一种测量角度的技术，其应用于uwb技术中进行具体角度的获取。到达角度(angle-of-arrival，aoa)是基于信号到达角度的定位算法，根据aoa即可得到定位设备与被定位设备之间的角度值。
[0085]
还需要说明的是，在定位设备中预先存储有一预设表，该预设表用于记录到达相位差值和到达角度值之间的对应关系。这样，在获取到定位设备与被定位设备之间的到达相位差值后，可以通过查表得到定位设备与被定位设备之间的角度值。
[0086]
s303：根据所述距离值和所述角度值，对所述被定位设备进行定位。
[0087]
需要说明的是，测量距离和测量角度是实现设备定位的关键。这样，在得到距离值和角度值之后，就可以实现定位设备对被定位设备的定位。
[0088]
也就是说，本技术实施例可以使用到预设协议(比如802.15.4z)中使用的sts协议和帧类型。在本技术实施例中，通过使用twr和pdoa这两种算法可以完成对被定位设备的定位。其中，twr算法用来完成对被定位设备的测距，为了提高定位精度，可以采用ds-twr算法进行距离值的计算；pdoa的值通过对sts信息的测量，可以直接从uwb ic芯片的寄存器中读取出来，最后通过算法处理(具体是指查找预设表的方式)将其转换成aoa，用来完成对被定位设备的角度测量。这样，在得到距离值和角度值后，即可完成对被定位设备的定位。需要注意的是，对于uwb技术，在定位设备和被定位设备中均设置有uwb通信模块，该通信模块内集成有uwb ic芯片，可以实现接收(rx)和发送(tx)功能。在该通信模块中，还可以包括有功率放大器(power amplifier，pa)/低噪声放大器(low noise amplifier，lna)，主要应用于射频的接收电路设计，增大放射功率和提高接收灵敏度。
[0089]
本实施例提供了一种设备定位方法，基于预设的帧类型，确定至少两个帧；其中，所述至少两个帧中仅一帧携带有加密时间戳序列sts信息；在与被定位设备的通信过程中，根据所述至少两个帧的发送和接收，确定所述定位设备与所述被定位设备之间的距离值；以及在接收到所述携带有sts信息的一帧时，确定所述定位设备与所述被定位设备之间的
角度值；根据所述距离值和所述角度值，对所述被定位设备进行定位。这样，通过预设的帧类型，由于只有一帧携带有sts信息，可以缩短其他帧的长度，从而在实现定位功能的同时，还可以节省设备的接收时间和发送时间，能够达到降低设备功耗的目的。
[0090]
本技术的另一实施例中，以双边双向测距的应用场景为例进行详细说明。
[0091]
在本技术实施例中，至少两个帧可以包括三帧，具体为：请求帧(range frame)、响应帧(reply frame)和结束帧(final frame)。
[0092]
这里，假定请求帧和响应帧均不携带sts信息，仅结束帧携带有sts信息。基于802.15.4z中定义的四种帧类型，从这四种帧类型中，确定所述预设的帧类型，可以包括：若结束帧携带有sts信息，则确定结束帧采用第一帧类型，请求帧和响应帧采用第零帧类型。
[0093]
具体来讲，这三帧的定义如下所示，
[0094]
(1)请求帧：关闭sts功能(sts off)，data payload为1子节(byte)。
[0095]
ipatov preamblesfdstsphrdata payload
[0096]
当sts off时，该帧类型为第零帧类型，具体如下，
[0097]
ipatov preamblesfdphrdata payload
[0098]
(2)响应帧：关闭sts功能(sts off)，data payload为1子节(byte)。
[0099]
ipatov preamblesfdstsphrdata payload
[0100]
当sts off时，该帧类型为第零帧类型，具体如下，
[0101]
ipatov preamblesfdphrdata payload
[0102]
(3)结束帧：开启sts功能(sts on)，data payload为1 8子节(byte)。
[0103]
ipatov preamblesfdstsphrdata payload
[0104]
当sts on时，该帧类型为第一帧类型，具体如下，
[0105]
ipatov preamblesfdstsphrdata payload
[0106]
在一些实施例中，对于双边双向测距技术而言，参见图6，其示出了本技术实施例提供的一种双边双向测距算法的流程示意图。如图6所示，该流程可以包括：
[0107]
s601：在接收到被定位设备发送的请求帧后，获取第一接收时间。
[0108]
s602：在向所述被定位设备发送响应帧成功后，获取第二发送时间。
[0109]
s603：在接收到所述被定位设备发送的所述结束帧后，获取第三接收时间；以及对所述结束帧进行解析，获取第一往返时间和第二间隔时间。
[0110]
需要说明的是，第一接收时间可以用rx_timestamp1表示，第二发送时间可以用tx_timestamp2表示，第三接收时间可以用rx_timestamp3表示。
[0111]
还需要说明的是，第一往返时间和第二间隔时间携带在结束帧中。这里，第一往返时间可以用tround1表示，用于表示所述被定位设备在发送请求帧和接收响应帧之间的时间间隔；第二间隔时间可以用treply2表示，用于表示所述被定位设备在接收响应帧和发送结束帧之间的时间间隔。
[0112]
s604：根据所述第二发送时间和所述第一接收时间之间的差值，确定第一间隔时间。
[0113]
s605：根据所述第三接收时间和所述第二发送时间之间的差值，确定第二往返时间。
[0114]
需要说明的是，第一间隔时间可以用treply1表示，用于表示所述定位设备在接收所述请求帧和发送所述响应帧之间的时间间隔，具体如下式所示，
[0115]
treply1＝tx_timestamp2-rx_timestamp1
ꢀꢀ
(2)
[0116]
还需要说明的是，第二往返时间可以用tround2表示，用于表示所述定位设备在发送所述响应帧和接收所述结束帧之间的时间间隔，具体如下式所示，
[0117]
tround2＝rx_timestamp3-tx_timestamp2
ꢀꢀ
(3)
[0118]
s606：利用第一计算模型对所述第一往返时间、所述第二往返时间、所述第一间隔时间和所述第二间隔时间进行计算，得到目标飞行时间。
[0119]
需要说明的是，在得到第一往返时间(tround1)、第二往返时间(tround2)、第一间隔时间(treply1)和第二间隔时间(treply2)之后，可以利用第一计算模型计算得到目标飞行时间(用t
tof
表示)，第一计算模型具体如下式所示，
[0120][0121]
s607：对所述目标飞行时间和预设传播速度进行乘法运算，得到所述定位设备与所述被定位设备之间的距离值。
[0122]
需要说明的是，c表示预设传播速度，即电磁波在空中的传播速度；距离值用distance表示，其具体计算如下式所示，
[0123]
distance＝t
tof
×cꢀꢀ
(5)
[0124]
此外，由于结束帧携带有sts信息，那么在定位设备接收到被定位设备发送的所述结束帧之前，开启sts功能，还可以获得定位设备与被定位设备之间的到达相位差值，进而确定出定位设备与被定位设备之间的角度值，从而能够实现定位设备对被定位设备的定位(距离和角度)。
[0125]
示例性地，下面将以host(智能手机)为定位设备、client(电子标签)为被定位设备为例，结合图5对请求帧、响应帧和结束帧这三帧的逻辑时序交互进行详细阐述。
[0126]
(a)本技术实施例的目的是为了缩减电子标签的功耗，提高电子标签的使用寿命，由于uwb ic芯片的特性，其接收(rx)的功耗远大于发送(tx)的功耗。因此，为了尽可能地降低标签端打开rx的时间，在本轮的测距通信开始之前，host预先处于rx状态，等待client的tx发送请求帧以发起测距；同时为了缩减client的tx时间，请求帧的帧类型为只有preamble sfd phr 1byte的data payload，这时候没有sts，而且1byte的data payload用来标识此帧为请求帧。当client在发送请求帧成功之后，client侧可以读取出tx_timestamp1,并控制uwb ic芯片进入空闲(idle)状态，在经过一段精确控制的第一延迟时间(delay1)之后，client打开uwb ic芯片的rx，侦听host发送的响应帧。
[0127]
(b)host在接收到请求帧之后,读取出rx_timestamp1，并进入idle状态，在经过一段精确控制的第二延迟时间(delay2)之后，发送响应帧，这时候响应帧的帧类型为只有preamble sfd phr 1byte的data payload，这时候没有sts，而且1byte的data payload用来标识此帧为响应帧。
[0128]
(c)client在收到host发送的响应帧之后，读取出此时的rx_timestamp2，并计算出tround1＝rx_timestamp2-tx_timestamp1；同时client在经过一段精确控制的第三延迟时间(delay3)之后，开启sts功能并发送结束帧，其中结束帧的帧类型为preamble sfd phr
9byte的data payload，其中data payload的第一个byte用来标识此帧为结束帧，第2～5个byte用来填充tround1的值，第6～9个byte用来填充treply2的值，这里的treply2＝(rx_timestamp2 delay3 天线delay)-rx_timestamp2＝delay3 天线delay。
[0129]
(d)host发送完响应帧之后，进入idle状态，经过一段精确控制的第四延迟时间(delay4)之后醒来，读取出上一次发送响应帧时的tx_timestamp2,并开启sts功能，进入rx状态，以接收结束帧，当host成功接收到host之后，读取出rx_timestamp3，并进行如下操作：
[0130]
(i)从结束帧的data payload中解析出tround1和treply2；
[0131]
(ii)根据式(2)和式(3)分别计算出treply1和tround2；
[0132]
(iii)由于本次接收到的结束帧携带有sts信息，uwb ic芯片会自动计算出pdoa的值，因此可以直接读取出pdoa的值。
[0133]
(e)根据式(4)和式(5)计算得到距离值(distance)；以及根据pdoa的值，通过预设表查表得出具体的角度(aoa)。
[0134]
这样，通过上述三帧的交互，可以在最大节省功耗的程度上，实现host对client的定位(距离和角度)。
[0135]
本技术的又一实施例中，如果对于测距精度要求不高的情况下，本技术实施例还可以采用单边双向测距技术，下面将以单边双向测距的应用场景为例进行详细说明。
[0136]
在本技术实施例中，至少两个帧可以包括两帧，具体为：请求帧(range frame)和结束帧(final frame)。
[0137]
这里，假定请求帧不携带sts信息，仅结束帧携带有sts信息。基于802.15.4z中定义的四种帧类型，从这四种帧类型中，确定所述预设的帧类型，可以包括：若结束帧携带有sts信息，则确定结束帧采用第一帧类型，请求帧采用第零帧类型。
[0138]
具体来讲，这三帧的定义如下所示，
[0139]
(1)请求帧：关闭sts功能(sts off)，data payload为1子节(byte)。
[0140]
ipatov preamblesfdstsphrdata payload
[0141]
当sts off时，该帧类型为第零帧类型，具体如下，
[0142]
ipatov preamblesfdphrdata payload
[0143]
(2)结束帧：开启sts功能(sts on)，data payload为1 8子节(byte)。
[0144]
ipatov preamblesfdstsphrdata payload
[0145]
当sts on时，该帧类型为第一帧类型，具体如下，
[0146]
ipatov preamblesfdstsphrdata payload
[0147]
在一些实施例中，对于单边双向测距技术而言，参见图7，其示出了本技术实施例提供的一种单边双向测距算法的流程示意图。如图7所示，该流程可以包括：
[0148]
s701：在向所述被定位设备发送请求帧成功后，获取单边发送时间。
[0149]
s702：在接收到所述被定位设备发送的所述结束帧后，获取单边接收时间；以及对所述结束帧进行解析，获取单边间隔时间。
[0150]
需要说明的是，单边发送时间可以用tx_timestamp表示，单边接收时间可以用rx_timestamp表示。
[0151]
还需要说明的是，单边间隔时间携带在结束帧中。这里，单边间隔时间可以用treply表示，用于表示被定位设备在接收请求帧和发送结束帧之间的时间间隔。
[0152]
s703：根据所述单边接收时间和所述单边发送时间之间的差值，确定单边往返时间。
[0153]
需要说明的是，单边往返时间可以用tround表示，用于表示所述定位设备在发送所述请求帧和接收所述结束帧之间的时间间隔，具体如下式所示，
[0154]
tround＝rx_timestamp-tx_timestamp
ꢀꢀ
(6)
[0155]
s704：利用第二计算模型对所述单边往返时间和所述单边间隔时间进行计算，得到目标飞行时间。
[0156]
需要说明的是，在得到单边往返时间(tround)和单边间隔时间(treply)之后，可以利用第二计算模型计算得到目标飞行时间(用t
tof
表示)，第二计算模型具体如下式所示，
[0157][0158]
s705：对所述目标飞行时间和预设传播速度进行乘法运算，得到所述定位设备与所述被定位设备之间的距离值。
[0159]
需要说明的是，c表示预设传播速度，即电磁波在空中的传播速度；在得到目标飞行时间后，距离值(distance)仍然可以利用上述的式(5)计算得到。
[0160]
此外，由于结束帧携带有sts信息，那么在定位设备接收到被定位设备发送的所述结束帧之前，开启sts功能，还可以获得定位设备与被定位设备之间的到达相位差值，进而确定出定位设备与被定位设备之间的角度值，从而能够实现定位设备对被定位设备的定位(距离和角度)。
[0161]
在本技术实施例中，以host(智能手机)为定位设备、client(电子标签)为被定位设备为例，结合图4可以看出对请求帧和结束帧这两帧的逻辑时序交互。其中，host主动发送请求帧，该请求帧中未携带sts信息；直到某个时刻client打开rx接收到请求帧后，经过一段延迟时间之后，client开启sts功能并发送结束帧，结束帧中携带有sts信息，而且结束帧中还携带有单边间隔时间(treply的值)；然后host开启sts功能，进入rx状态，以接收结束帧。这里，只通过两帧的交互，即可完成定位的功能。
[0162]
还需要说明的是，单边双向测距技术与双边双向测距技术相比，为了降低client的功耗，host需要主动一直发送请求帧，直到某个时刻client打开rx，才能完成两帧的交互，因为单边双向测距技术可以进一步降低client的功耗，但是会增加host的功耗，同时单边双向测距的精度会有所下降。
[0163]
本实施例提供了一种设备定位方法，通过上述实施例对前述实施例的具体实现进行了详细阐述，从中可以看出，通过前述实施例的技术方案，该技术方案通过定义测距过程中的帧类型以及至少两帧交互的逻辑时序，用以完成测距；同时只有在最后一帧的收发时，开启sts功能，用以完成对角度的计算；即通过至少两帧的交互，在完成定位功能的同时，还降低了client的功耗。换言之，本技术方案在解决host对client定位的同时，极大地缩短了client打开tx和rx的时间，降低了收发功耗，从而能够达到降低设备功耗的目的，而且还提高了被定位设备(如电子标签)的电池使用寿命，提高了产品的竞争力。
[0164]
本技术的再一实施例中，参见图8，其示出了本技术实施例提供的一种设备定位装
置80的组成结构示意图。其中，设备定位装置80可以集成在定位设备中。如图8所示，该设备定位装置80可以包括：确定单元801和定位单元802；其中，
[0165]
确定单元801，配置为基于预设的帧类型，确定至少两个帧；其中，所述至少两个帧中仅一帧携带有sts信息；
[0166]
确定单元801，还配置为在与被定位设备的通信过程中，根据所述至少两个帧的发送和接收，确定所述定位设备与所述被定位设备之间的距离值；以及在接收到所述携带有sts信息的一帧时，确定所述定位设备与所述被定位设备之间的角度值；
[0167]
定位单元802，配置为根据所述距离值和所述角度值，对所述被定位设备进行定位。
[0168]
在一些实施例中，所述至少两个帧包括请求帧、响应帧和结束帧；
[0169]
确定单元801，具体配置为根据所述至少两个帧的发送和接收，利用双边双向测距算法确定所述定位设备与所述被定位设备之间的距离值。
[0170]
在一些实施例中，所述至少两个帧包括请求帧和结束帧；
[0171]
确定单元801，具体配置为根据所述至少两个帧的发送和接收，利用单边双向测距算法确定所述定位设备与所述被定位设备之间的距离值。
[0172]
在一些实施例中，参见图8，设备定位装置80还可以包括获取单元803和计算单元804；其中，
[0173]
获取单元803，配置为在接收到所述被定位设备发送的所述请求帧后，获取第一接收时间；以及在向所述被定位设备发送所述响应帧成功后，获取第二发送时间；以及在接收到所述被定位设备发送的所述结束帧后，获取第三接收时间；以及对所述结束帧进行解析，获取第一往返时间和第二间隔时间；其中，所述第一往返时间表示所述被定位设备在发送所述请求帧和接收所述响应帧之间的时间间隔，所述第二间隔时间表示所述被定位设备在接收所述响应帧和发送所述结束帧之间的时间间隔；
[0174]
确定单元801，还配置为根据所述第二发送时间和所述第一接收时间之间的差值，确定第一间隔时间，所述第一间隔时间表示所述定位设备在接收所述请求帧和发送所述响应帧之间的时间间隔；以及根据所述第三接收时间和所述第二发送时间之间的差值，确定第二往返时间，所述第二往返时间表示所述定位设备在发送所述响应帧和接收所述结束帧之间的时间间隔；
[0175]
计算单元804，配置为利用第一计算模型对所述第一往返时间、所述第二往返时间、所述第一间隔时间和所述第二间隔时间进行计算，得到目标飞行时间；以及对所述目标飞行时间和预设传播速度进行乘法运算，得到所述定位设备与所述被定位设备之间的距离值。
[0176]
在一些实施例中，获取单元803，还配置为在向所述被定位设备发送请求帧成功后，获取单边发送时间；以及在接收到所述被定位设备发送的所述结束帧后，获取单边接收时间；以及对所述结束帧进行解析，获取单边间隔时间；其中，所述单边间隔时间表示所述被定位设备在接收所述请求帧和发送所述结束帧之间的时间间隔；
[0177]
确定单元801，还配置为根据所述单边接收时间和所述单边发送时间之间的差值，确定单边往返时间，所述单边往返时间表示所述定位设备在发送所述请求帧和接收所述结束帧之间的时间间隔；
[0178]
计算单元804，还配置为利用第二计算模型对所述单边往返时间和所述单边间隔时间进行计算，得到目标飞行时间；以及对所述目标飞行时间和预设传播速度进行乘法运算，得到所述定位设备与所述被定位设备之间的距离值。
[0179]
在一些实施例中，参见图8，设备定位装置80还可以包括开启单元805，配置为当所述结束帧携带有sts信息时，在接收到所述被定位设备发送的所述结束帧之前，开启sts功能，以获得所述定位设备与所述被定位设备之间的到达相位差值。
[0180]
在一些实施例中，参见图8，设备定位装置80还可以包括查询单元806；其中，
[0181]
获取单元803，还配置为在接收到所述结束帧时，获得所述定位设备与所述被定位设备之间的到达相位差值；
[0182]
查询单元806，配置为从预设表中查询所述到达相位差值对应的到达角度值，将查询到的所述到达角度值确定为定位设备与被定位设备之间的角度值；其中，所述预设表用于表征到达相位差值与到达角度值之间的对应关系。
[0183]
在一些实施例中，获取单元803，还配置为获取预设协议中定义的四种帧类型；
[0184]
确定单元801，还配置为从所述四种帧类型中，确定所述预设的帧类型。
[0185]
在一些实施例中，所述四种帧类型包括第零帧类型、第一帧类型、第二帧类型和第三帧类型；其中，所述第零帧类型中携带有数据信息但未携带sts信息，所述第一帧类型中携带有数据信息和sts信息，所述第二帧类型中携带有数据信息和sts信息且携带有时隙信息，所述第三帧类型中仅携带有sts信息但未携带数据信息。
[0186]
在一些实施例中，确定单元801，还配置为当所述至少两个帧包括请求帧、响应帧和结束帧时，若所述结束帧携带有sts信息，则确定所述结束帧采用所述第一帧类型，所述请求帧和所述响应帧采用所述第零帧类型。
[0187]
在一些实施例中，确定单元801，还配置为当所述至少两个帧包括请求帧和结束帧时，若所述结束帧携带有sts信息，则确定所述结束帧采用所述第一帧类型，所述请求帧采用所述第零帧类型。
[0188]
可以理解地，在本实施例中，“单元”可以是部分电路、部分处理器、部分程序或软件等等，当然也可以是模块，还可以是非模块化的。而且在本实施例中的各组成部分可以集成在一个处理单元中，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单元中。上述集成的单元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。
[0189]
所述集成的单元如果以软件功能模块的形式实现并非作为独立的产品进行销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中，基于这样的理解，本实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或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中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或processor(处理器)执行本实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(read only memory，rom)、随机存取存储器(random access memory，ram)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0190]
因此，本实施例提供了一种计算机存储介质，该计算机存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被至少一个处理器执行时实现前述实施例中任一项所述的方法的步
骤。
[0191]
基于上述设备定位装置80的组成以及计算机存储介质，参见图9，其示出了本技术实施例提供的定位设备90的具体硬件结构示意图。如图9所示，可以包括：通信接口901、存储器902和处理器903；各个组件通过总线系统904耦合在一起。可理解，总线系统904用于实现这些组件之间的连接通信。总线系统904除包括数据总线之外，还包括电源总线、控制总线和状态信号总线。但是为了清楚说明起见，在图9中将各种总线都标为总线系统904。其中，通信接口901，用于在与其他外部网元之间进行收发信息过程中，信号的接收和发送；
[0192]
存储器902，用于存储能够在处理器903上运行的计算机程序；
[0193]
处理器903，用于在运行所述计算机程序时，执行：
[0194]
基于预设的帧类型，确定至少两个帧；其中，所述至少两个帧中仅一帧携带有加密时间戳序列sts信息；
[0195]
在与被定位设备的通信过程中，根据所述至少两个帧的发送和接收，确定所述定位设备与所述被定位设备之间的距离值；以及在接收到所述携带有sts信息的一帧时，确定所述定位设备与所述被定位设备之间的角度值；
[0196]
根据所述距离值和所述角度值，对所述被定位设备进行定位。
[0197]
可以理解，本技术实施例中的存储器902可以是易失性存储器或非易失性存储器，或可包括易失性和非易失性存储器两者。其中，非易失性存储器可以是只读存储器(read-only memory，rom)、可编程只读存储器(programmable rom，prom)、可擦除可编程只读存储器(erasable prom，eprom)、电可擦除可编程只读存储器(electrically eprom，eeprom)或闪存。易失性存储器可以是随机存取存储器(random access memory，ram)，其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明，许多形式的ram可用，例如静态随机存取存储器(static ram，sram)、动态随机存取存储器(dynamic ram，dram)、同步动态随机存取存储器(synchronous dram，sdram)、双倍数据速率同步动态随机存取存储器(double data rate sdram，ddrsdram)、增强型同步动态随机存取存储器(enhanced sdram，esdram)、同步链动态随机存取存储器(synchronous link dram，sldram)和直接内存总线随机存取存储器(direct rambus ram，drram)。本文描述的系统和方法的存储器902旨在包括但不限于这些和任意其它适合类型的存储器。
[0198]
而处理器903可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器903中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器903可以是通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现场可编程门阵列(field programmable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本技术实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本技术实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器902，处理器903读取存储器902中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。
[0199]
可以理解的是，本文描述的这些实施例可以用硬件、软件、固件、中间件、微码或其组合来实现。对于硬件实现，处理单元可以实现在一个或多个专用集成电路(application specific integrated circuits，asic)、数字信号处理器(digital signal processing，dsp)、数字信号处理设备(dsp device，dspd)、可编程逻辑设备(programmable logic device，pld)、现场可编程门阵列(field-programmable gate array，fpga)、通用处理器、控制器、微控制器、微处理器、用于执行本技术所述功能的其它电子单元或其组合中。
[0200]
对于软件实现，可通过执行本文所述功能的模块(例如过程、函数等)来实现本文所述的技术。软件代码可存储在存储器中并通过处理器执行。存储器可以在处理器中或在处理器外部实现。
[0201]
可选地，作为另一个实施例，处理器903还配置为在运行所述计算机程序时，执行前述实施例中任一项所述的方法的步骤。
[0202]
参见图10，其示出了本技术实施例提供的一种定位系统的组成结构示意图。如图10所示，定位系统100至少可以包括被定位设备1001和定位设备1002。其中，定位设备1002可以是前述实施例所述的定位设备90，也可以是集成有前述实施例所述的设备定位装置80的设备。
[0203]
在本技术实施例中，定位设备1002可以实现对被定位设备1001的定位，而且由于只有一帧携带有sts信息，可以缩短其他帧的长度，从而在实现定位功能的同时，还可以节省设备的接收时间和发送时间，能够达到降低设备功耗的目的。
[0204]
需要说明的是，在本技术中，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。
[0205]
上述本技术实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
[0206]
本技术所提供的几个方法实施例中所揭露的方法，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的方法实施例。
[0207]
本技术所提供的几个产品实施例中所揭露的特征，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的产品实施例。
[0208]
本技术所提供的几个方法或设备实施例中所揭露的特征，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的方法实施例或设备实施例。
[0209]
以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。