CN109212471B - 一种定位基站、***和方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种定位基站、***和方法，涉及通信定位领域。该基站包括：第一天线阵列、第二天线阵列、超宽带信号鉴相器和控制器；第一天线阵列包括两个天线，第二天线阵列包括两个天线，第一天线阵列和第二天线阵列正交；第一天线阵列和第二天线阵列分别接收待定位的标签发送的信号；超宽带信号鉴相器用于确定第一天线阵列的第一相位差和第二天线阵列的第二相位差；控制器用于确定标签相对于第一天线阵列的第一角度θ1及标签相对于第二天线阵列的第二角度θ2；根据第一角度θ1和第二角度θ2，基站与标签之间的距离，定位出标签的三维坐标。本申请降低了定位的成本和复杂度。

Description

一种定位基站、***和方法
技术领域
本申请涉及通信定位领域，特别是涉及一种定位基站、***和方法。
背景技术
传统的UWB(Ultra Wideband，超宽带)定位***在进行区域内平面定位时，至少需要3个基站才能完成定位，部署复杂，成本高昂。
发明内容
本发明旨在提供一种定位基站、***和方法，以降低定位的成本和复杂度。
根据本申请的一个方面，提供了一种定位基站，包括：
第一天线阵列、第二天线阵列、超宽带信号鉴相器和控制器；
所述第一天线阵列、第二天线阵列和控制器均与所述超宽带信号鉴相器电连接，所述第一天线阵列包括两个天线，所述第二天线阵列包括两个天线，且所述第一天线阵列和所述第二天线阵列正交；
所述第一天线阵列和第二天线阵列分别接收待定位的标签发送的信号；
所述超宽带信号鉴相器用于根据所述第一天线阵列和第二天线阵列接收到的信号，确定所述第一天线阵列的第一相位差和所述第二天线阵列的第二相位差；
所述控制器用于根据所述第一相位差、所述第一天线阵列内两个天线之间的距离，确定所述标签相对于所述第一天线阵列的第一角度θ1，根据所述第二相位差、所述第二天线阵列内两个天线之间的距离，确定所述标签相对于所述第二天线阵列的第二角度θ2；
所述控制器还用于根据所述第一角度θ1和第二角度θ2，所述基站与所述标签之间的距离，定位出所述标签的三维坐标；或者，将所述第一角度θ1和第二角度θ2以及所述基站与所述标签之间的距离，发送给服务器或所述标签以定位出所述标签的三维坐标。
可选地，所述基站所在平面为第一平面，与所述第一平面相垂直的平面为垂直平面，所述基站与所述标签之间的距离为Distance；所述控制器用于确定与所述垂直平面夹角为所述第一角度θ1的第二平面，以及与所述垂直平面夹角为所述第二角度θ2的第三平面，得到所述第二平面与所述第三平面的交线，在所述交线上定位出距离所述基站长度为所述Distance的点，得到所述标签的三维坐标。
可选地，所述第一天线阵列包括天线A和天线B，所述第二天线阵列包括所述天线B和天线C；
或，
所述第一天线阵列包括天线G和天线H，所述第二天线阵列包括天线J和天线K。
可选地，
所述第一天线阵列和第二天线阵列分别接收所述标签发送的第一信号；所述超宽带信号鉴相器用于确定所述第一信号到达所述第一天线阵列内两个天线的相位差作为所述第一天线阵列的第一相位差，确定所述第一信号到达所述第二天线阵列内两个天线的相位差作为所述第二天线阵列的第二相位差；
或，
所述第一天线阵列内两个天线分别接收所述标签发送的第二信号，所述第二天线阵列内两个天线分别接收所述标签发送的第三信号；所述超宽带信号鉴相器用于确定所述第二信号到达所述第一天线阵列内两个天线的相位差作为所述第一天线阵列的第一相位差，确定所述第三信号到达所述第二天线阵列内两个天线的相位差作为所述第二天线阵列的第二相位差。
根据本申请的另一个方面，提供了一种定位***，包括：第一基站和第二基站；
所述第一基站包括：
第一天线阵列、第二天线阵列、第一超宽带信号鉴相器和第一控制器；所述第一天线阵列、第二天线阵列和第一控制器均与所述第一超宽带信号鉴相器电连接，且所述第一天线阵列包括两个天线，所述第二天线阵列包括两个天线，所述第一天线阵列和所述第二天线阵列正交；所述第一天线阵列和第二天线阵列分别接收待定位的标签发送的信号；所述第一超宽带信号鉴相器用于根据所述第一天线阵列和第二天线阵列接收到的信号，确定所述第一天线阵列的第一相位差和所述第二天线阵列的第二相位差；所述第一控制器用于根据所述第一相位差、所述第一天线阵列内两个天线之间的距离，确定所述标签相对于所述第一天线阵列的第一角度θ1，根据所述第二相位差、所述第二天线阵列内两个天线之间的距离，确定所述标签相对于所述第二天线阵列的第二角度θ2；
所述第二基站包括：
第三天线阵列、第四天线阵列、第二超宽带信号鉴相器和第二控制器；所述第三天线阵列、第四天线阵列和第二控制器均与所述第二超宽带信号鉴相器电连接，且所述第三天线阵列包括两个天线，所述第四天线阵列包括两个天线，所述第三天线阵列和所述第四天线阵列正交；所述第三天线阵列和第四天线阵列分别接收所述标签发送的信号；所述第二超宽带信号鉴相器用于根据所述第三天线阵列和第四天线阵列接收到的信号，确定所述第三天线阵列的第三相位差和所述第四天线阵列的第四相位差；所述第二控制器用于根据所述第三相位差、所述第三天线阵列内两个天线之间的距离，确定所述标签相对于所述第三天线阵列的第三角度θ3，根据所述第四相位差、所述第四天线阵列内两个天线之间的距离，确定所述标签相对于所述第四天线阵列的第四角度θ4；
所述***还用于根据所述第一角度θ1、第二角度θ2、第三角度θ3和第四角度θ4，定位出所述标签的三维坐标；或者，将所述第一角度θ1、第二角度θ2、第三角度θ3和第四角度θ4，发送给服务器或所述标签以定位出所述标签的三维坐标。
可选地，所述第一基站所在平面为P1，与所述平面P1相垂直的平面为第一垂直平面；
所述第一控制器用于确定与所述第一垂直平面夹角为所述第一角度θ1的平面P2，以及与所述第一垂直平面夹角为所述第二角度θ2的平面P3，得到所述平面P2与所述平面P3的交线l1；
所述第二基站所在平面为P4，与所述平面P4相垂直的平面为第二垂直平面；
所述第二控制器用于确定与所述第二垂直平面夹角为所述第三角度θ3的平面P5，以及与所述第二垂直平面夹角为所述第四角度θ4的平面P6，得到所述平面P5与所述平面P6的交线l2；
所述第一控制器和/或所述第二控制器还用于：
确定所述交线l1与所述交线l2的交点，得到所述标签的三维坐标；或者，将所述交线l1与所述交线l2的信息，发送给服务器或所述标签以定位出所述标签的三维坐标。
根据本申请的再一个方面，提供了一种定位方法，基于如上述任一个方面提供的所述定位基站，该方法包括：
通过所述第一天线阵列和第二天线阵列分别接收所述标签发送的信号；
根据接收到的所述信号，确定所述第一天线阵列的第一相位差和所述第二天线阵列的第二相位差；
根据所述第一相位差、所述第一天线阵列内两个天线之间的距离，确定所述标签相对于所述第一天线阵列的第一角度θ1；
根据所述第二相位差、所述第二天线阵列内两个天线之间的距离，确定所述标签相对于所述第二天线阵列的第二角度θ2；
根据所述第一角度θ1和第二角度θ2，所述基站与所述标签之间的距离，定位出所述标签的三维坐标；或者，将所述第一角度θ1和第二角度θ2以及所述基站与所述标签之间的距离，发送给服务器或所述标签以定位出所述标签的三维坐标。
可选地，所述基站所在平面为第一平面，与所述第一平面相垂直的平面为垂直平面，所述基站与所述标签之间的距离为Distance；
所述根据所述第一角度θ1和第二角度θ2，所述基站与所述标签之间的距离，定位出所述标签的三维坐标，包括：
确定与所述垂直平面夹角为所述第一角度θ1的第二平面，以及与所述垂直平面夹角为所述第二角度θ2的第三平面，得到所述第二平面与所述第三平面的交线，在所述交线上定位出距离所述基站长度为所述Distance的点，得到所述标签的三维坐标。
根据本申请的又一个方面，提供了一种定位方法，基于如上述任一个方面提供的所述定位***，该方法包括：
通过所述第一天线阵列和第二天线阵列分别接收待定位的标签发送的信号；根据所述第一天线阵列和第二天线阵列接收到的信号，确定所述第一天线阵列的第一相位差和所述第二天线阵列的第二相位差；根据所述第一相位差、所述第一天线阵列内两个天线之间的距离，确定所述标签相对于所述第一天线阵列的第一角度θ1，根据所述第二相位差、所述第二天线阵列内两个天线之间的距离，确定所述标签相对于所述第二天线阵列的第二角度θ2；
通过所述第三天线阵列和第四天线阵列分别接收所述标签发送的信号；根据所述第三天线阵列和第四天线阵列接收到的信号，确定所述第三天线阵列的第三相位差和所述第四天线阵列的第四相位差；根据所述第三相位差、所述第三天线阵列内两个天线之间的距离，确定所述标签相对于所述第三天线阵列的第三角度θ3，根据所述第四相位差、所述第四天线阵列内两个天线之间的距离，确定所述标签相对于所述第四天线阵列的第四角度θ4；
根据所述第一角度θ1、第二角度θ2、第三角度θ3和第四角度θ4，定位出所述标签的三维坐标；或者，将所述第一角度θ1、第二角度θ2、第三角度θ3和第四角度θ4，发送给服务器或所述标签以定位出所述标签的三维坐标。
可选地，所述根据所述第一角度θ1、第二角度θ2、第三角度θ3和第四角度θ4，定位出所述标签的三维坐标；或者，将所述第一角度θ1、第二角度θ2、第三角度θ3和第四角度θ4，发送给服务器或所述标签以定位出所述标签的三维坐标，包括：
确定与第一垂直平面夹角为所述第一角度θ1的平面P2，以及与所述第一垂直平面夹角为所述第二角度θ2的平面P3，得到所述平面P2与所述平面P3的交线l1；
确定与第二垂直平面夹角为所述第三角度θ3的平面P5，以及与所述第二垂直平面夹角为所述第四角度θ4的平面P6，得到所述平面P5与所述平面P6的交线l2；
确定所述交线l1与所述交线l2的交点，得到所述标签的三维坐标；或者，将所述交线l1与所述交线l2的信息，发送给服务器或所述标签以定位出所述标签的三维坐标；
其中，所述第一基站所在平面为P1，与所述平面P1相垂直的平面为所述第一垂直平面，所述第二基站所在平面为P4，与所述平面P4相垂直的平面为所述第二垂直平面。
本申请还提供了一种计算设备，包括存储器、处理器和存储在所述存储器内并能由所述处理器运行的计算机程序，其中，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述任一方面所提供的方法。
本申请还提供了一种计算机可读存储介质，优选为非易失性可读存储介质，其内存储有计算机程序，所述计算机程序在由处理器执行时实现如上述任一方面所提供的方法。
本申请还提供了一种计算机程序产品，包括计算机可读代码，当所述计算机可读代码由计算机设备执行时，导致所述计算机设备执行上述任一方面所提供的方法。
本申请的定位基站、***及方法由于使用一个基站或者两个基站就能实现标签的定位，因此极大地降低了定位的成本和复杂度，能够较好地实现区域内标签的定位。
进一步地，本申请的定位基站、***及方法，在基于一个基站实现定位时，根据角度和距离定位出标签，极大地节省了成本；在基于两个基站实现定位时，通过角度确定两条交线的交点实现定位，无需计算标签与基站的距离，极大地降低了定位计算的复杂度。
根据下文结合附图对本申请的具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本申请的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本申请的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
图1是本申请一个实施例中的定位基站的结构示意图；
图2是本申请一个实施例中的定位基站的结构示意图；
图3是本申请一个实施例中基站内部天线阵列的定位原理示意图；
图4是本申请一个实施例中部署一个基站进行定位的原理示意图；
图5是本申请一个实施例中的定位***的结构示意图；
图6是本申请一个实施例中的定位***的结构示意图；
图7是本申请一个实施例中部署两个基站进行定位的原理示意图；
图8是本申请一个实施例中的基于基站的定位方法流程图；
图9是本申请一个实施例中的基于***的定位方法流程图；
图10是本申请涉及的测量标签相对于天线阵列的角度的原理示意图；
图11是本申请涉及的测量标签至基站的距离的方法的原理示意图；
图12是本申请一个实施例提供的计算设备结构图；
图13是本申请一个实施例提供的计算机可读存储介质结构图。
具体实施方式
本发明提供的定位基站、***和方法可以应用于区域内标签的定位，在不影响定位准确性和定位精度的情况下，能够降低定位成本，降低复杂度，部署方便、灵活，具有较强的应用性，能够达到厘米级高精度室内定位。其中，区域内定位包括但不限于一个房间内的定位，如办公室内标签的定位，机房内标签的定位等等。所述标签可以是任何能够发送信号的电子设备，尤其是发送UWB信号的电子设备，包括但不限于：网络设备、终端设备、手持设备等等。
参见图1，本申请一个实施例提供了一种定位基站100，包括：
第一天线阵列、第二天线阵列、超宽带信号鉴相器和控制器；
第一天线阵列、第二天线阵列和控制器均与超宽带信号鉴相器电连接，第一天线阵列包括两个天线，第二天线阵列包括两个天线，且第一天线阵列和第二天线阵列正交；
第一天线阵列和第二天线阵列分别接收待定位的标签发送的信号；
超宽带信号鉴相器用于根据第一天线阵列和第二天线阵列接收到的信号，确定第一天线阵列的第一相位差和第二天线阵列的第二相位差；
控制器用于根据第一相位差、第一天线阵列内两个天线之间的距离，确定标签相对于第一天线阵列的第一角度θ1，根据第二相位差、第二天线阵列内两个天线之间的距离，确定标签相对于第二天线阵列的第二角度θ2；
控制器还用于根据第一角度θ1和第二角度θ2，基站与标签之间的距离，定位出标签的三维坐标；或者，将第一角度θ1和第二角度θ2以及基站与标签之间的距离，发送给服务器或标签以定位出标签的三维坐标。
可选地，第一天线阵列和第二天线阵列分别接收标签发送的第一信号；超宽带信号鉴相器用于确定第一信号到达第一天线阵列内两个天线的相位差作为第一天线阵列的第一相位差，确定第一信号到达第二天线阵列内两个天线的相位差作为第二天线阵列的第二相位差；
或，
第一天线阵列内两个天线分别接收标签发送的第二信号，第二天线阵列内两个天线分别接收标签发送的第三信号；超宽带信号鉴相器用于确定第二信号到达第一天线阵列内两个天线的相位差作为第一天线阵列的第一相位差，确定第三信号到达第二天线阵列内两个天线的相位差作为第二天线阵列的第二相位差。
在一种实施方式下，第一天线阵列包括天线A和天线B，第二天线阵列包括天线B和天线C，该天线B为两个天线阵列共享的天线，可以节约成本，实现简单方便。
在另一个实施方式下，第一天线阵列包括天线G和天线H，第二天线阵列包括天线J和天线K，这种情况下两个天线阵列无共享的天线。
下面以上述第一种实施方式即存在共享天线的情况为例进行说明。
参见图2，本实施例提供的上述基站100可以具体包括：
天线A、天线B、天线C、超宽带信号鉴相器和控制器；
天线A、天线B、天线C和控制器均与超宽带信号鉴相器电连接，且天线A和天线B组成第一天线阵列，天线B和天线C组成第二天线阵列，第一天线阵列和第二天线阵列正交；
天线A、天线B和天线C分别接收待定位的标签发送的信号；
超宽带信号鉴相器用于根据天线A、天线B和天线C接收到的信号，确定第一天线阵列的第一相位差和第二天线阵列的第二相位差；
控制器用于根据第一相位差、天线A和天线B之间的距离，确定标签相对于第一天线阵列的第一角度θ1，根据第二相位差、天线B和天线C之间的距离，确定标签相对于第二天线阵列的第二角度θ2；
控制器还用于根据第一角度θ1和第二角度θ2，基站与标签之间的距离，定位出标签的三维坐标；或者，将第一角度θ1和第二角度θ2以及基站与标签之间的距离，发送给服务器或标签以定位出标签的三维坐标。
本实施例中，可选的，
基站所在平面为第一平面，与第一平面相垂直的平面为垂直平面，基站与标签之间的距离为Distance；
控制器用于确定与垂直平面夹角为第一角度θ1的第二平面，以及与垂直平面夹角为第二角度θ2的第三平面，得到第二平面与第三平面的交线，在交线上定位出距离基站长度为Distance的点，得到标签的三维坐标。
参见图3，本实施例提供的基站内有2组彼此正交的天线阵列。图中P1、P2、P3是3个不同的平面。天线A和天线B、天线B和天线C是P1平面上两组相邻正交的天线阵列。两组天线阵列可以共享天线B，也可以分别用独立的天线。本实施例以共享天线为例。如果有标签在P1平面上方，AB天线阵列将检测到标签位于相对于P1垂直平面夹角为θ1的平面P2上，即图中标注的与P1平面夹角为α的平面P2上，其中α为θ1的余角。另外，BC天线阵列将检测到标签位于相对于P1垂直平面夹角为θ2的平面P3上，即图中标注的与P1平面夹角为β的平面P3上，其中β为θ2的余角。因此，基站可以首先定位出标签位于平面P2和平面P3的相交线上(即图中的黑色粗实线)。
参见图4，本实施例提供的上述基站在确定上述相交线后，还可以通过UWB测距方法获得标签距离天线阵列的距离Distance。因为天线阵列AB和天线阵列BC尺寸较小且间隔较近，测距时可以视为一个点即基站，因此标签与天线阵列的距离就是标签与基站的距离Distance。图4中的虚线即图3中确定的相交线，基站再结合测得的标签与基站的距离Distance，就可以计算出标签的三维坐标(x,y,z)，从而完成定位。其中，基于距离计算出三维坐标的方法有很多种，可以任选一种，本实施例对此不做具体限定。
本实施例中，确定相位差时，可以采用两种方式，一种实施方式下：
天线A、天线B和天线C分别接收标签发送的第一信号；
超宽带信号鉴相器用于确定第一信号到达天线A和天线B的相位差作为第一天线阵列的第一相位差，确定第一信号到达天线B和天线C的相位差作为第二天线阵列的第二相位差。
另一种实施方式下：
所述天线A和天线B分别接收所述标签发送的第二信号，所述天线B和天线C分别接收所述标签发送的第三信号；
所述超宽带信号鉴相器用于确定所述第二信号到达所述天线A和所述天线B的相位差作为所述第一天线阵列的第一相位差，确定所述第三信号到达所述天线B和所述天线C的相位差作为所述第二天线阵列的第二相位差。
本实施例提供的上述基站，在进行区域内标签的定位时，根据角度和距离定位出标签，只需一个基站就可以实现定位，极大地节省了成本。
参见图5，本申请一个实施例提供了一种定位***200，包括：第一基站和第二基站；
第一基站包括：
第一天线阵列、第二天线阵列、第一超宽带信号鉴相器和第一控制器；第一天线阵列、第二天线阵列和第一控制器均与第一超宽带信号鉴相器电连接，且第一天线阵列包括两个天线，第二天线阵列包括两个天线，第一天线阵列和第二天线阵列正交；第一天线阵列和第二天线阵列分别接收待定位的标签发送的信号；第一超宽带信号鉴相器用于根据第一天线阵列和第二天线阵列接收到的信号，确定第一天线阵列的第一相位差和第二天线阵列的第二相位差；第一控制器用于根据第一相位差、第一天线阵列内两个天线之间的距离，确定标签相对于第一天线阵列的第一角度θ1，根据第二相位差、第二天线阵列内两个天线之间的距离，确定标签相对于第二天线阵列的第二角度θ2；
第二基站包括：
第三天线阵列、第四天线阵列、第二超宽带信号鉴相器和第二控制器；第三天线阵列、第四天线阵列和第二控制器均与第二超宽带信号鉴相器电连接，且第三天线阵列包括两个天线，第四天线阵列包括两个天线，第三天线阵列和第四天线阵列正交；第三天线阵列和第四天线阵列分别接收标签发送的信号；第二超宽带信号鉴相器用于根据第三天线阵列和第四天线阵列接收到的信号，确定第三天线阵列的第三相位差和第四天线阵列的第四相位差；第二控制器用于根据第三相位差、第三天线阵列内两个天线之间的距离，确定标签相对于第三天线阵列的第三角度θ3，根据第四相位差、第四天线阵列内两个天线之间的距离，确定标签相对于第四天线阵列的第四角度θ4；
上述***还用于根据第一角度θ1、第二角度θ2、第三角度θ3和第四角度θ4，定位出标签的三维坐标；或者，将第一角度θ1、第二角度θ2、第三角度θ3和第四角度θ4，发送给服务器或标签以定位出标签的三维坐标。
本实施例中的上述***内，任意一个基站内两个天线阵列，可以采用共享天线方式，也可以采用无共享天线方式，具体不限定。其中，共享天线方式如第一天线阵列包括天线A和天线B，第二天线阵列包括天线B和天线C，该天线B为两个天线阵列共享的天线，可以节约成本，实现简单方便。无共享天线方式如第一天线阵列包括天线G和天线H，第二天线阵列包括天线J和天线K，这种情况下两个天线阵列无共享的天线。
下面以***内的两个基站均采用共享天线方式来进行说明。
参见图6，上述***可以具体包括第一基站和第二基站；
第一基站包括：
天线A1、天线B1、天线C1、第一超宽带信号鉴相器和第一控制器；天线A1、天线B1、天线C1和第一控制器均与第一超宽带信号鉴相器电连接，且天线A1和天线B1组成第一天线阵列，天线B1和天线C1组成第二天线阵列，第一天线阵列和第二天线阵列正交；天线A1、天线B1和天线C1分别接收待定位的标签发送的信号；第一超宽带信号鉴相器用于根据天线A1、天线B1和天线C1接收到的信号，确定第一天线阵列的第一相位差和第二天线阵列的第二相位差；第一控制器用于根据第一相位差、天线A1和天线B1之间的距离，确定标签相对于第一天线阵列的第一角度θ1，根据第二相位差、天线B1和天线C1之间的距离，确定标签相对于第二天线阵列的第二角度θ2；
第二基站包括：
天线A2、天线B2、天线C2、第二超宽带信号鉴相器和第二控制器；天线A2、天线B2、天线C2和第二控制器均与第二超宽带信号鉴相器电连接，且天线A2和天线B2组成第三天线阵列，天线B2和天线C2组成第四天线阵列，第三天线阵列和第四天线阵列正交；天线A2、天线B2和天线C2分别接收标签发送的信号；第二超宽带信号鉴相器用于根据天线A2、天线B2和天线C2接收到的信号，确定第三天线阵列的第三相位差和第四天线阵列的第四相位差；第二控制器用于根据第三相位差、天线A2和天线B2之间的距离，确定标签相对于第三天线阵列的第三角度θ3，根据第四相位差、天线B2和天线C2之间的距离，确定标签相对于第四天线阵列的第四角度θ4；
上述***还用于根据第一角度θ1、第二角度θ2、第三角度θ3和第四角度θ4，定位出标签的三维坐标；或者，将第一角度θ1、第二角度θ2、第三角度θ3和第四角度θ4，发送给服务器或标签以定位出标签的三维坐标。
本实施例中，可选的，
第一基站所在平面为P1，与平面P1相垂直的平面为第一垂直平面；
第一控制器用于确定与第一垂直平面夹角为第一角度θ1的平面P2，以及与第一垂直平面夹角为第二角度θ2的平面P3，得到平面P2与平面P3的交线l1；
第二基站所在平面为P4，与平面P4相垂直的平面为第二垂直平面；
第二控制器用于确定与第二垂直平面夹角为第三角度θ3的平面P5，以及与第二垂直平面夹角为第四角度θ4的平面P6，得到平面P5与平面P6的交线l2；
第一控制器和/或第二控制器还用于：
确定交线l1与交线l2的交点，得到标签的三维坐标；或者，将交线l1与交线l2的信息，发送给服务器或标签以定位出标签的三维坐标。
参见图3和图7，第一基站和第二基站内的天线阵列都如图3所示的原理一样，分别进行定位。如图7所示，第一基站定位得到交线l1，第二基站定位得到交线l2；两条交线的交点就是定位得到的标签位置，从而可以依据这两条交线计算出标签的三维坐标，具体算法可以任意选取，本实施例对此不做具体限定。而且，依据两条交线计算出标签的三维坐标可以由第一基站来计算，或者由第二基站来计算，或者分别由第一基站和第二基站各自计算均可；还可以将两条交线的信息发送给后台的服务器计算出标签的三维坐标，或者发送给标签由标签自己计算出自身的三维坐标均可，实现方式多种多样，本实施例对此不做具体限定。
本实施例提供的上述***，在进行区域内标签的定位时，根据角度确定两条交线的交点即可定位出标签，无需测量标签至基站的距离，极大地降低了定位计算的复杂度。
参见图8，本申请一个实施例提供了一种定位方法，基于上述任一实施例提供的定位基站，该方法包括：
801：通过第一天线阵列和第二天线阵列分别接收标签发送的信号；
本实施例以共享天线方式为例进行说明。其中，第一天线阵列包括天线A和天线B，第二天线阵列包括天线B和天线C。
802：根据接收到的信号，确定第一天线阵列的第一相位差和第二天线阵列的第二相位差；
803：根据第一相位差、天线A和天线B之间的距离，确定标签相对于第一天线阵列的第一角度θ1；
804：根据第二相位差、天线B和天线C之间的距离，确定标签相对于第二天线阵列的第二角度θ2；
其中步骤803和804可以先后执行，也可以同时执行，具体不限定。
805：根据第一角度θ1和第二角度θ2，基站与标签之间的距离，定位出标签的三维坐标；或者，将第一角度θ1和第二角度θ2以及基站与标签之间的距离，发送给服务器或标签以定位出标签的三维坐标。
本实施例中，可选的，
基站所在平面为第一平面，与第一平面相垂直的平面为垂直平面，基站与标签之间的距离为Distance；
上述根据第一角度θ1和第二角度θ2，基站与标签之间的距离，定位出标签的三维坐标，包括：
确定与垂直平面夹角为第一角度θ1的第二平面，以及与垂直平面夹角为第二角度θ2的第三平面，得到第二平面与第三平面的交线，在交线上定位出距离基站长度为Distance的点，得到标签的三维坐标。
本实施例提供的上述方法，在进行区域内标签的定位时，根据角度和距离定位出标签，只需一个基站就可以实现定位，极大地节省了成本。
参见图9，本申请一个实施例提供了一种定位方法，基于上述任一实施例提供的定位***，以两个基站都采用天线共享方式为例进行说明，该方法包括：
901：通过天线A1、天线B1和天线C1分别接收待定位的标签发送的信号；根据天线A1、天线B1和天线C1接收到的信号，确定第一天线阵列的第一相位差和第二天线阵列的第二相位差；根据第一相位差、天线A1和天线B1之间的距离，确定标签相对于第一天线阵列的第一角度θ1，根据第二相位差、天线B1和天线C1之间的距离，确定标签相对于第二天线阵列的第二角度θ2；
本步骤由***内的第一基站执行。
902：通过天线A2、天线B2和天线C2分别接收标签发送的信号；根据天线A2、天线B2和天线C2接收到的信号，确定第三天线阵列的第三相位差和第四天线阵列的第四相位差；根据第三相位差、天线A2和天线B2之间的距离，确定标签相对于第三天线阵列的第三角度θ3，根据第四相位差、天线B2和天线C2之间的距离，确定标签相对于第四天线阵列的第四角度θ4；
本步骤由***内的第二基站执行。
903：根据第一角度θ1、第二角度θ2、第三角度θ3和第四角度θ4，定位出标签的三维坐标；或者，将第一角度θ1、第二角度θ2、第三角度θ3和第四角度θ4，发送给服务器或标签以定位出标签的三维坐标。
本步骤可以由***内的第一基站执行，或者第二基站执行，或者由第一基站和第二基站分别执行均可，本实施例对此不做具体限定。
本实施例中，可选的，
上述根据第一角度θ1、第二角度θ2、第三角度θ3和第四角度θ4，定位出标签的三维坐标；或者，将第一角度θ1、第二角度θ2、第三角度θ3和第四角度θ4，发送给服务器或标签以定位出标签的三维坐标，包括：
确定与第一垂直平面夹角为第一角度θ1的平面P2，以及与第一垂直平面夹角为第二角度θ2的平面P3，得到平面P2与平面P3的交线l1；
确定与第二垂直平面夹角为第三角度θ3的平面P5，以及与第二垂直平面夹角为第四角度θ4的平面P6，得到平面P5与平面P6的交线l2；
确定交线l1与交线l2的交点，得到标签的三维坐标；或者，将交线l1与交线l2的信息，发送给服务器或标签以定位出标签的三维坐标；
其中，第一基站所在平面为P1，与平面P1相垂直的平面为第一垂直平面，第二基站所在平面为P4，与平面P4相垂直的平面为第二垂直平面。
本实施例提供的上述方法，在进行区域内标签的定位时，基于两个基站根据角度确定两条交线的交点即可定位出标签，无需测量标签至基站的距离，极大地降低了定位计算的复杂度。
参见图10，本申请上述任一实施例中涉及的基站内的天线阵列测量标签相对于天线阵列的角度时，具体原理如下：
基站上的正交天线阵列，可以接收待定位标签发来的UWB信号，并通过AOA(Angleof Arrival)测量原理测得待定位标签相对于天线阵列的角度θ。其中，天线阵列测量AOA角度的方法有多种，包括但不限于：时间差测量、相位差测量等。此处以相位差测量法为例进行说明。
图10所示为上述任一实施例中的任一基站，其中一个天线阵列由天线A和天线B组成。通过测量该天线阵列内2个天线接收到同一个UWB信号的相位差，可以计算出标签相对于该天线阵列的角度θ。
推导公式如下：
如图，来自待定位标签的同一个UWB信号分别到达天线A和天线B的距离差为：
p＝d sinθ(d为两个天线A和B的距离)
图中的p与来自标签的信号平行，表示标签发送信号的方向，由此可以与d构成一个直角三角形。
信号波长为：
(c为光速，f是载波频率)/>
如果α是图中UWB信号鉴相器求得的上述UWB信号到达天线阵列的相位差，那么：
即：
所以：
即：
因为UWB信号的频率比较高(典型为3GHz～7GHz)，即波长λ为几厘米的尺度，所以较小的距离差p，也会得到较明显的相位差α。
由于两个天线的距离d如果取值大于会有多个解。因此，优选地，两个天线的距离d，取值等于或略小于/>
参见图11，本申请上述任一实施例中涉及的测量标签至基站的距离的方法原理如下：
基站的天线阵列和待定位标签，通过UWB信号进行实时测距，精度可达到10cm。因为基站和标签的时钟并不同步，所以实际通过TWR(Two-Way Ranging)算法进行。
TWR算法原理如下：
基站在t1时刻发出UWB脉冲信号开始测距，经历飞行时间ToF(Time of Flight)后该UWB脉冲信号被待定位标签收到，经过treply延时(CPU的处理时间等)后，标签发出UWB响应信号，再经过ToF时间后在t2时刻该响应信号被基站收到。
已知UWB脉冲信号传输速度等于光速c，treply是固定时间，可以通过测量和计算得到。则基站和标签之间的距离Distance为：
根据下文结合附图对本申请的具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本申请的上述以及其他目的、优点和特征。
本申请实施例还提供了一种计算设备，参照图12，该计算设备包括存储器1120、处理器1110和存储在所述存储器1120内并能由所述处理器1110运行的计算机程序，该计算机程序存储于存储器1120中的用于程序代码的空间1130，该计算机程序在由处理器1110执行时实现用于执行任一项根据本发明的方法步骤1131。
本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质。参照图13，该计算机可读存储介质包括用于程序代码的存储单元，该存储单元设置有用于执行根据本发明的方法步骤的程序1131′，该程序被处理器执行。
本申请实施例还提供了一种包含指令的计算机程序产品。当该计算机程序产品在计算机上运行时，使得计算机执行根据本发明的方法步骤。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本申请实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、获取其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如网线、光纤、数字用户线(DSL)等)或无线(例如WIFI、3G/4G/5G、红外、、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘Solid State Disk(SSD))等。
专业人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令处理器完成，所述的程序可以存储于计算机可读存储介质中，所述存储介质是非易失性(英文：non-volatile)介质，例如随机存取存储器，只读存储器，快闪存储器，硬盘，固态硬盘，磁带，软盘，光盘及其任意组合。
以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种定位基站，包括：
第一天线阵列、第二天线阵列、超宽带信号鉴相器和控制器，其中，所述第一天线阵列包括天线A和天线B，所述第二天线阵列包括所述天线B和天线C；或，所述第一天线阵列包括天线G和天线H，所述第二天线阵列包括天线J和天线K；
所述第一天线阵列、第二天线阵列和控制器均与所述超宽带信号鉴相器电连接，所述第一天线阵列包括两个天线，所述第二天线阵列包括两个天线，且所述第一天线阵列和所述第二天线阵列正交；
所述第一天线阵列和第二天线阵列分别接收待定位的标签发送的信号；
所述超宽带信号鉴相器用于根据所述第一天线阵列和第二天线阵列接收到的信号，确定所述第一天线阵列的第一相位差和所述第二天线阵列的第二相位差；
所述控制器用于根据所述第一相位差、所述第一天线阵列内两个天线之间的距离，确定所述标签相对于所述第一天线阵列的第一角度θ1，根据所述第二相位差、所述第二天线阵列内两个天线之间的距离，确定所述标签相对于所述第二天线阵列的第二角度θ2；
所述控制器还用于根据所述第一角度θ1和第二角度θ2，所述基站与所述标签之间的距离，定位出所述标签的三维坐标，其中，所述基站所在平面为第一平面，与所述第一平面相垂直的平面为垂直平面，所述基站与所述标签之间的距离为Distance；所述控制器用于确定与所述垂直平面夹角为所述第一角度θ1的第二平面，以及与所述垂直平面夹角为所述第二角度θ2的第三平面，得到所述第二平面与所述第三平面的交线，在所述交线上定位出距离所述基站长度为所述Distance的点，得到所述标签的三维坐标。
2.根据权利要求1所述的基站，其特征在于，
所述第一天线阵列和第二天线阵列分别接收所述标签发送的第一信号；所述超宽带信号鉴相器用于确定所述第一信号到达所述第一天线阵列内两个天线的相位差作为所述第一天线阵列的第一相位差，确定所述第一信号到达所述第二天线阵列内两个天线的相位差作为所述第二天线阵列的第二相位差；
或，
所述第一天线阵列内两个天线分别接收所述标签发送的第二信号，所述第二天线阵列内两个天线分别接收所述标签发送的第三信号；所述超宽带信号鉴相器用于确定所述第二信号到达所述第一天线阵列内两个天线的相位差作为所述第一天线阵列的第一相位差，确定所述第三信号到达所述第二天线阵列内两个天线的相位差作为所述第二天线阵列的第二相位差。
3.一种定位***，包括：第一基站和第二基站；
所述第一基站包括：
第一天线阵列、第二天线阵列、第一超宽带信号鉴相器和第一控制器，其中，所述第一天线阵列包括天线A和天线B，所述第二天线阵列包括所述天线B和天线C；或，所述第一天线阵列包括天线G和天线H，所述第二天线阵列包括天线J和天线K；所述第一天线阵列、第二天线阵列和第一控制器均与所述第一超宽带信号鉴相器电连接，且所述第一天线阵列包括两个天线，所述第二天线阵列包括两个天线，所述第一天线阵列和所述第二天线阵列正交；所述第一天线阵列和第二天线阵列分别接收待定位的标签发送的信号；所述第一超宽带信号鉴相器用于根据所述第一天线阵列和第二天线阵列接收到的信号，确定所述第一天线阵列的第一相位差和所述第二天线阵列的第二相位差；所述第一控制器用于根据所述第一相位差、所述第一天线阵列内两个天线之间的距离，确定所述标签相对于所述第一天线阵列的第一角度θ1，根据所述第二相位差、所述第二天线阵列内两个天线之间的距离，确定所述标签相对于所述第二天线阵列的第二角度θ2；
所述第二基站包括：
第三天线阵列、第四天线阵列、第二超宽带信号鉴相器和第二控制器；所述第三天线阵列、第四天线阵列和第二控制器均与所述第二超宽带信号鉴相器电连接，且所述第三天线阵列包括两个天线，所述第四天线阵列包括两个天线，所述第三天线阵列和所述第四天线阵列正交；所述第三天线阵列和第四天线阵列分别接收所述标签发送的信号；所述第二超宽带信号鉴相器用于根据所述第三天线阵列和第四天线阵列接收到的信号，确定所述第三天线阵列的第三相位差和所述第四天线阵列的第四相位差；所述第二控制器用于根据所述第三相位差、所述第三天线阵列内两个天线之间的距离，确定所述标签相对于所述第三天线阵列的第三角度θ3，根据所述第四相位差、所述第四天线阵列内两个天线之间的距离，确定所述标签相对于所述第四天线阵列的第四角度θ4；
所述***还用于根据所述第一角度θ1、第二角度θ2、第三角度θ3和第四角度θ4，定位出所述标签的三维坐标，其中，所述第一基站所在平面为P1，与所述平面P1相垂直的平面为第一垂直平面；所述第一控制器用于确定与所述第一垂直平面夹角为所述第一角度θ1的平面P2，以及与所述第一垂直平面夹角为所述第二角度θ2的平面P3，得到所述平面P2与所述平面P3的交线l1；所述第二基站所在平面为P4，与所述平面P4相垂直的平面为第二垂直平面；所述第二控制器用于确定与所述第二垂直平面夹角为所述第三角度θ3的平面P5，以及与所述第二垂直平面夹角为所述第四角度θ4的平面P6，得到所述平面P5与所述平面P6的交线l2；所述第一控制器和/或所述第二控制器还用于：确定所述交线l1与所述交线l2的交点，得到所述标签的三维坐标。
4.一种定位方法，基于如权利要求1-2任意一项所述定位基站，该方法包括：
通过所述第一天线阵列和第二天线阵列分别接收所述标签发送的信号；
根据接收到的所述信号，确定所述第一天线阵列的第一相位差和所述第二天线阵列的第二相位差；
根据所述第一相位差、所述第一天线阵列内两个天线之间的距离，确定所述标签相对于所述第一天线阵列的第一角度θ1；
根据所述第二相位差、所述第二天线阵列内两个天线之间的距离，确定所述标签相对于所述第二天线阵列的第二角度θ2；
根据所述第一角度θ1和第二角度θ2，所述基站与所述标签之间的距离，定位出所述标签的三维坐标，其中，所述基站所在平面为第一平面，与所述第一平面相垂直的平面为垂直平面，所述基站与所述标签之间的距离为Distance；根据所述第一角度θ1和第二角度θ2，所述基站与所述标签之间的距离，定位出所述标签的三维坐标，包括：确定与所述垂直平面夹角为所述第一角度θ1的第二平面，以及与所述垂直平面夹角为所述第二角度θ2的第三平面，得到所述第二平面与所述第三平面的交线，在所述交线上定位出距离所述基站长度为所述Distance的点，得到所述标签的三维坐标。
5.一种定位方法，基于如权利要求3所述定位***，该方法包括：
通过所述第一天线阵列和第二天线阵列分别接收待定位的标签发送的信号；根据所述第一天线阵列和第二天线阵列接收到的信号，确定所述第一天线阵列的第一相位差和所述第二天线阵列的第二相位差；根据所述第一相位差、所述第一天线阵列内两个天线之间的距离，确定所述标签相对于所述第一天线阵列的第一角度θ1，根据所述第二相位差、所述第二天线阵列内两个天线之间的距离，确定所述标签相对于所述第二天线阵列的第二角度θ2；
通过所述第三天线阵列和第四天线阵列分别接收所述标签发送的信号；根据所述第三天线阵列和第四天线阵列接收到的信号，确定所述第三天线阵列的第三相位差和所述第四天线阵列的第四相位差；根据所述第三相位差、所述第三天线阵列内两个天线之间的距离，确定所述标签相对于所述第三天线阵列的第三角度θ3，根据所述第四相位差、所述第四天线阵列内两个天线之间的距离，确定所述标签相对于所述第四天线阵列的第四角度θ4；
根据所述第一角度θ1、第二角度θ2、第三角度θ3和第四角度θ4，定位出所述标签的三维坐标，包括：确定与第一垂直平面夹角为所述第一角度θ1的平面P2，以及与所述第一垂直平面夹角为所述第二角度θ2的平面P3，得到所述平面P2与所述平面P3的交线l1；确定与第二垂直平面夹角为所述第三角度θ3的平面P5，以及与所述第二垂直平面夹角为所述第四角度θ4的平面P6，得到所述平面P5与所述平面P6的交线l2；确定所述交线l1与所述交线l2的交点，得到所述标签的三维坐标，其中，所述第一基站所在平面为P1，与所述平面P1相垂直的平面为所述第一垂直平面，所述第二基站所在平面为P4，与所述平面P4相垂直的平面为所述第二垂直平面。
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