CN115792937A - 一种tof测距方法及装置 - Google Patents

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朱世义
卢孝华
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Abstract

本发明公开了一种TOF测距方法及装置，包括：根据第一通信规则控制第一通信设备和第二通信设备完成多次数据通信，并记录所述第一通信设备和所述第二通信设备每一次发起数据通信和接收数据通信的时间点；每一次接收数据通信后，根据预设的测距规则和TWR‑DS法计算所述第一通信设备和所述第二通信设备的距离。本发明通过第一通信规则控制两个通信设备之间实现多次数据通信，并在每一次接收数据通信后，均可根据预设的测距规则，结合TWR‑DS三次通信测距法，计算两个通信设备间的距离。在计算距离时，利用共同时间点，避免每次测距均需重新开始测距流程，提高了测距的效率，使得TOF测距可应用于高速测距。

Description

一种TOF测距方法及装置
技术领域
本发明涉及于TOF测距技术领域，尤其涉及一种TOF测距方法及装置。
背景技术
TOF(Time of flight，飞行时间测距法)，飞行时间技术在广义上可理解为通过测量物体、粒子或波在固定介质中飞越一定距离所耗费时间，从而进一步理解离子或媒介某些性质的技术。而飞行时间测距法属于双向测距技术，利用数据信号在一对收发机之间往返的飞行时间来测量两点间的距离。现有的现有无线TOF测距方式中，UWB(无线载波通信技术)的测距主要有TWR-SS(单边双向测距，Single-sided Two-way Ranging)或TWR-DS(双边双向测距，Double-sided Two-way Ranging)两种方式。每次的测距过程相对独立，即每次需要固定的流程去获取飞行时间测距。
现有的飞行时间测距法，测距通信次数最少3次才能完成一次测距，每次测距流程相对独立，对于需要高速测距的场合无法满足。
发明内容
本发明提供了一种TOF测距方法及装置，以解决现有飞行时间测距法每次的测距流程相对独立，不适用于高速测距的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种TOF测距方法，包括：
根据第一通信规则控制第一通信设备和第二通信设备完成多次数据通信，并记录所述第一通信设备和所述第二通信设备每一次发起数据通信和接收数据通信的时间点；
每一次接收数据通信后，根据预设的测距规则和TWR-DS法计算所述第一通信设备和所述第二通信设备的距离。
本发明通过第一通信规则控制两个通信设备之间实现多次数据通信，并在每一次接收数据通信后，均可根据预设的测距规则，结合TWR-DS三次通信测距法，计算两个通信设备间的距离。在计算距离时，利用共同时间点，避免每次测距均需重新开始测距流程，提高了测距的效率，使得TOF测距可应用于高速测距。
进一步地，所述根据第一通信规则控制第一通信设备和第二通信设备完成多次数据通信，具体为：
建立所述第一通信设备和所述第二通信设备之间的连接，根据第一通信规则控制所述第一通信设备向所述第二通信设备完成多次数据通信，直至所述数据通信的次数达到第一阈值；
其中，所述第一通信规则包括下一次数据通信的发起设备为当前数据通信的接收设备，下一次数据通信的接收设备为当前数据通信的发起设备。
本发明通过第一通信规则控制第一通信设备和第二通信设备之间完成多次数据通信，每次测距无需开始独立的测距通信流程，并根据数据通信的发起时间点和接收时间点计算两个通信设备间的通信距离，以应用于高速测距场景。
进一步地，所述每一次接收数据通信后，根据预设的测距规则和TWR-DS法计算所述第一通信设备和所述第二通信设备的距离，具体为：
根据当前数据通信次数确认是否开始测距，若当前数据通信次数大于等于三，则在每一次接收数据通信后，根据TWR-DS法计算所述第一通信设备和所述第二通信设备的距离。
本发明通过当通信次数大于三时，则利用TWR-DS测距法计算两个通信设备之间的距离，避免了原有的TWR-DS测距法中每次测距的流程相对独立，无法适用于高速测距的问题。
进一步地，所述若当前数据通信次数大于等于三，则在每一次接收数据通信后，根据TWR-DS法计算所述第一通信设备和所述第二通信设备的距离，具体为：
若当前数据通信次数大于等于三，则在本次数据通信的接收设备接收数据通信后，获取本次数据通信和前两次数据通信的所有发起数据通信和接收数据通信的时间点；
根据TWR-DS法和所述时间点计算所述第一通信设备和所述第二通信设备的距离。
本发明通过本次数据通信和前两次数据通信时间点，利用TWR-DS法计算当前设备的通信距离，使得每一次的通信均可完成一次测距，无需开启独立的测距通信流程，提高了测距效率。
进一步地，在所述根据TWR-DS法和所述时间点计算所述第一通信设备和所述第二通信设备的距离之后，还包括：
若当前数据通信的接收设备为第二通信设备，则将本次数据通信中计算的所述第一通信设备和所述第二通信设备的距离在下一次数据通信中发送给所述第一通信设备。
本发明通过TWR-DS法，利用共同的时间点在两个通信设备上，均可计算设备间的距离，以使每次测距无需开启独立的测距流程。
第二方面，本发明实施例还提供了一种TOF测距装置，包括：通信模块和计算模块；
所述通信模块，用于根据第一通信规则控制第一通信设备和第二通信设备完成多次数据通信，并记录所述第一通信设备和所述第二通信设备每一次发起数据通信和接收数据通信的时间点；
所述计算模块，用于每一次接收数据通信后，根据预设的测距规则和TWR-DS法计算所述第一通信设备和所述第二通信设备的距离。
进一步地，所述通信模块，具体用于：
建立所述第一通信设备和所述第二通信设备之间的连接，根据第一通信规则控制所述第一通信设备向所述第二通信设备完成多次数据通信，直至所述数据通信次的数达到第一阈值；
其中，所述第一通信规则包括下一次数据通信的发起设备为当前数据通信的接收设备，下一次数据通信的接收设备为当前数据通信的发起设备。
进一步地，所述计算模块，具体用于：
根据当前数据通信次数确认是否开始测距，若当前数据通信次数大于等于三，则在每一次接收数据通信后，根据TWR-DS法计算所述第一通信设备和所述第二通信设备的距离。
进一步地，所述计算模块，还用于：
从第三次数据通信开始，在本次数据通信的接收设备接收数据通信后，获取前三次数据通信的所有发起数据通信和接收数据通信的时间点
根据TWR-DS法和所述时间点计算所述第一通信设备和所述第二通信设备的距离。
进一步地，所述计算模块，还用于：
若当前数据通信的接收设备为第二通信设备，则将本次数据通信中计算的所述第一通信设备和所述第二通信设备的距离在下一次数据通信中发送给所述第一通信设备。
附图说明
图1为本发明实施例提供的TOF测距方法的一种流程示意图；
图2为本发明实施例提供的TOF测距方法的一种TWR-DS测距示意图；
图3为本发明实施例提供的TOF测距方法的一种数据通信示意图；
图4为本发明实施例提供的TOF测距装置的一种结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
请参照图1，图1为本发明实施例提供的TOF测距方法的一种流程示意图，包括步骤101至步骤102，具体如下：
步骤101：根据第一通信规则控制第一通信设备和第二通信设备完成多次数据通信，并记录所述第一通信设备和所述第二通信设备每一次发起数据通信和接收数据通信的时间点；
在本实施例中，通过控制第一通信设备和第二通信设备之间实现连续的、往返的通信，并记录每次通信的时间点，利用所述时间点即可计算两个通信设备之间的距离，完成通信测距。
在本实施例中，所述根据第一通信规则控制第一通信设备和第二通信设备完成多次数据通信，具体为：
建立所述第一通信设备和所述第二通信设备之间的连接，根据第一通信规则控制所述第一通信设备向所述第二通信设备完成多次数据通信，直至所述数据通信次的数达到第一阈值；
其中，所述第一通信规则包括下一次数据通信的发起设备为当前数据通信的接收设备，下一次数据通信的接收设备为当前数据通信的发起设备。
在本实施例中，建立所述第一通信设备和所述第二通信设备之间的连接；所述第一通信规则具体包括：首先，控制第一通信设备向所述第二通信设备发送第一数据包，记录所述第一通信设备发送第一数据包的时间点T1和所述第二通信设备接收第一数据包的时间点T2。其次，所述第二通信设备接收到所述第一数据包后，向所述第一通信设备发送第二数据包，并记录所述第二通信设备发送第二数据包的时间点T3，和所述第一通信设备接收所述第二数据包的时间点T4。再由第一通信设备向所述第二通信设备发送第三数据包，并记录所述第一通信设备发送第三数据包的时间点T5和所述第二通信设备接收所述第三数据包的时间点T6。重复多次往返通信，且下一次数据通信的发起设备为当前数据通信的接收设备，下一次数据通信的接收设备为当前数据通信的发起设备。并记录两个通信设备每一次发送数据通信和接收数据通信的时间点(T1,T2,T3,....,T2n)。
在本实施例中，通过第一通信规则控制第一通信设备和第二通信设备之间完成多次数据通信，每次测距无需开始独立的测距通信流程，并根据数据通信的发起时间点和接收时间点计算两个通信设备间的通信距离，以应用于高速测距场景。
步骤102：每一次接收数据通信后，根据预设的测距规则和TWR-DS法计算所述第一通信设备和所述第二通信设备的距离。
在本实施例中，所述每一次接收数据通信后，根据预设的测距规则和TWR-DS法计算所述第一通信设备和所述第二通信设备的距离，具体为：
根据当前数据通信次数确认是否开始测距，若当前数据通信次数大于等于三，则在每一次接收数据通信后，根据TWR-DS法计算所述第一通信设备和所述第二通信设备的距离。
请参照图2，图2为本发明实施例提供的TOF测距方法的一种TWR-DS测距示意图。
在本实施例中，由于TWR-DS法至少需要三次数据通信，所述TWR-DS法，具体为：DeviceA发送poll消息，并记录发送时刻T1，DeviceB接收到poll消息，并记录接收时刻T2；DeviceB发送response消息，并记录发送时刻T3；DeviceA接收到response消息，并记录接收时刻T4；DeviceA发送acknowledge消息，并记录发送时刻T5；DeviceB接收到acknowledge消息，并记录接收时刻T6。
在本实施例中，根据所述TWR-DS测量DeciveA和DeciveB之间的距离T(即通信时间)的具体公式为：
Figure BDA0004008779390000061
其中，Tround1＝T4-T1；Tround2＝T6-T3；Treply1＝T3-T2；Treply2＝T5-T4。
在本实施例中，根据当前数据通信的次数判断是否开始计算所述两个通信设备之间的距离。若所述当前数据通信次数大于等于三，则每完成一次通信则根据所述TWR-DS计算所述第一通信设备和所述第二通信设备的距离。
在本实施例中，通过当通信次数大于三时，则利用TWR-DS测距法计算两个通信设备之间的距离，避免了原有的TWR-DS测距法中每次测距的流程相对独立，无法适用于高速测距的问题。
在本实施例中，所述若当前数据通信次数大于等于三，则在每一次接收数据通信后，根据TWR-DS法计算所述第一通信设备和所述第二通信设备的距离，具体为：
若当前数据通信次数大于等于三，则在本次数据通信的接收设备接收数据通信后，获取本次数据通信和前两次数据通信的所有发起数据通信和接收数据通信的时间点；
根据TWR-DS法和所述时间点计算所述第一通信设备和所述第二通信设备的距离。
请参照图3，图3为本发明实施例提供的TOF测距方法的一种数据通信示意图。
在本实施例中，若当前数据通信次数小于三时，则记录当前发起数据通信和获取数据通信的时间点，并开始下一次数据通信。
在本实施例中，若当前数据通信次数大于等于三时，则获取本次数据通信和前两次数据通信的所有发起数据通信和接收数据通信的时间点。假设当前通信次数为4，则获取本次数据通信发起数据通信的时刻T7和接收数据通信的时刻8，获取前两次数据通信的所有发起数据通信和接收数据通信的时间点(T3,T4，T5,T6)，根据所述TWR-DS法和所述时间点序列(T3～T8)计算两个设备之间的距离。
在本实施例中，通过本次数据通信和前两次数据通信时间点，利用TWR-DS法计算当前设备的通信距离，使得每一次的通信均可完成一次测距，无需开启独立的测距通信流程，提高了测距效率。
在本实施例中，通过共用时间点，每完成一次通信后便进行测距，使得无需3次的测距流程，当数据通信达到三次以后，每次通信都可以完成一次测距。对于高速运动的轨迹监测具有良好的效果。
在本实施例中，在所述根据TWR-DS法和所述时间点计算所述第一通信设备和所述第二通信设备的距离之后，还包括：
若当前数据通信的接收设备为第二通信设备，则将本次数据通信中计算的所述第一通信设备和所述第二通信设备的距离在下一次数据通信中发送给所述第一通信设备。
在本实施例中，由于测距计算分别在第一通信设备与第二通信设备上进行交替计算，然后通过最新的一次通信返回。而在第二通信设备的通信数据包中，每次返回的数据中，除了ID与第二通信设备的前三个用于计算用的动态时间戳外，还带有当前的测距计算结果。
在本实施例中，所述第一通信设备和所述第二通信设备均可计算所述距离，若本次数据通信的接收设备为第二通信设备，且所述第一通信设备为监测设备，则所述第二通信设备在完成一次数据通信且计算出所述距离后，在下一次数据通信中，将所述距离发送回第一通信设备。
在本实施例中，若本次数据通信的接收设备为第一通信设备，且所述第一通信设备为监测设备，则所述第一通信设备在完成一次数据通信可自行根据所述TWR-DS算法计算所述距离。例如当完成第4次通信时，第一通信设备记录接收数据通信的节点T8；且在所述第一通信设备计算所述距离，即每次通信拿到最新的2个时间戳(T7，T8)进行组合计算出当前时刻的测距值(使用T3～T8时间戳计算)。对于移动中的物体进行测距，可以提高计算精度。使得所述计算距离无需如同传统的测距方法在T10节点进行计算，导致计算结果出来之前，经过了T7至T8的飞行时间，与T8至T9的处理时间，T9至T10的飞行时间，从而整体误差结果将会增加。
在本实施例中，因此每次数据通信均可自行计算两个通信设备之间的距离，高了计算频率，也可以让后续的滤波算法可以得到充足的数据，进而得到更加平滑的数据结果。
在本实施例中，通过TWR-DS法，利用共同的时间点在两个通信设备上，均可计算设备间的距离，以使每次测距无需开启独立的测距流程。
请参照图4，图4为本发明实施例提供的TOF测距装置的一种结构示意图，包括通信模块401和计算模块402，具体如下：
所述通信模块401，用于根据第一通信规则控制第一通信设备和第二通信设备完成多次数据通信，并记录所述第一通信设备和所述第二通信设备每一次发起数据通信和接收数据通信的时间点；
所述计算模块402，用于每一次接收数据通信后，根据预设的测距规则和TWR-DS法计算所述第一通信设备和所述第二通信设备的距离。
在本实施例中，所述通信模块，具体用于：
建立所述第一通信设备和所述第二通信设备之间的连接，根据第一通信规则控制所述第一通信设备向所述第二通信设备完成多次数据通信，直至所述数据通信次的数达到第一阈值；
其中，所述第一通信规则包括下一次数据通信的发起设备为当前数据通信的接收设备，下一次数据通信的接收设备为当前数据通信的发起设备。
在本实施例中，所述计算模块，具体用于：
根据当前数据通信次数确认是否开始测距，若当前数据通信次数大于等于三，则在每一次接收数据通信后，根据TWR-DS法计算所述第一通信设备和所述第二通信设备的距离。
在本实施例中，所述计算模块，还用于：
从第三次数据通信开始，在本次数据通信的接收设备接收数据通信后，获取前三次数据通信的所有发起数据通信和接收数据通信的时间点。
根据TWR-DS法和所述时间点计算所述第一通信设备和所述第二通信设备的距离。
在本实施例中，所述计算模块，还用于：
若当前数据通信的接收设备为第二通信设备，则将本次数据通信中计算的所述第一通信设备和所述第二通信设备的距离在下一次数据通信中发送给所述第一通信设备。
在本实施例中，发明通过第一通信规则控制两个通信设备之间实现多次数据通信，并在每一次接收数据通信后，均可根据预设的测距规则，结合TWR-DS三次通信测距法，计算两个通信设备间的距离。在计算距离时，利用共同时间点，避免每次测距均需重新开始测距流程，提高了测距的效率，使得TOF测距可应用于高速测距。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种TOF测距方法，其特征在于，包括：
根据第一通信规则控制第一通信设备和第二通信设备完成多次数据通信，并记录所述第一通信设备和所述第二通信设备每一次发起数据通信和接收数据通信的时间点；
每一次接收数据通信后，根据预设的测距规则和TWR-DS法计算所述第一通信设备和所述第二通信设备的距离。
2.如权利要求1所述的TOF测距方法，其特征在于，所述根据第一通信规则控制第一通信设备和第二通信设备完成多次数据通信，具体为：
建立所述第一通信设备和所述第二通信设备之间的连接，根据第一通信规则控制所述第一通信设备向所述第二通信设备完成多次数据通信，直至所述数据通信的次数达到第一阈值；
其中，所述第一通信规则包括下一次数据通信的发起设备为当前数据通信的接收设备，下一次数据通信的接收设备为当前数据通信的发起设备。
3.如权利要求1所述的TOF测距方法，其特征在于，所述每一次接收数据通信后，根据预设的测距规则和TWR-DS法计算所述第一通信设备和所述第二通信设备的距离，具体为：
根据当前数据通信次数确认是否开始测距，若当前数据通信次数大于等于三，则在每一次接收数据通信后，根据TWR-DS法计算所述第一通信设备和所述第二通信设备的距离。
4.如权利要求3所述的TOF测距方法，其特征在于，所述若当前数据通信次数大于等于三，则在每一次接收数据通信后，根据TWR-DS法计算所述第一通信设备和所述第二通信设备的距离，具体为：
若当前数据通信次数大于等于三，则在本次数据通信的接收设备接收数据通信后，获取本次数据通信和前两次数据通信的所有发起数据通信和接收数据通信的时间点；
根据TWR-DS法和所述时间点计算所述第一通信设备和所述第二通信设备的距离。
5.如权利要求4所述的TOF测距方法，其特征在于，在所述根据TWR-DS法和所述时间点计算所述第一通信设备和所述第二通信设备的距离之后，还包括：
若当前数据通信的接收设备为第二通信设备，则将本次数据通信中计算的所述第一通信设备和所述第二通信设备的距离在下一次数据通信中发送给所述第一通信设备。
6.一种TOF测距装置，其特征在于，包括：通信模块和计算模块；
所述通信模块，用于根据第一通信规则控制第一通信设备和第二通信设备完成多次数据通信，并记录所述第一通信设备和所述第二通信设备每一次发起数据通信和接收数据通信的时间点；
所述计算模块，用于每一次接收数据通信后，根据预设的测距规则和TWR-DS法计算所述第一通信设备和所述第二通信设备的距离。
7.如权利要求6所述的TOF测距装置，其特征在于，所述通信模块，具体用于：
建立所述第一通信设备和所述第二通信设备之间的连接，根据第一通信规则控制所述第一通信设备向所述第二通信设备完成多次数据通信，直至所述数据通信的次数达到第一阈值；
其中，所述第一通信规则包括下一次数据通信的发起设备为当前数据通信的接收设备，下一次数据通信的接收设备为当前数据通信的发起设备。
8.如权利要求6所述的TOF测距装置，其特征在于，所述计算模块，具体用于：
根据当前数据通信次数确认是否开始测距，若当前数据通信次数大于等于三，则在每一次接收数据通信后，根据TWR-DS法计算所述第一通信设备和所述第二通信设备的距离。
9.如权利要求8所述的TOF测距装置，其特征在于，所述计算模块，还用于：
从第三次数据通信开始，在本次数据通信的接收设备接收数据通信后，获取前三次数据通信的所有发起数据通信和接收数据通信的时间点
根据TWR-DS法和所述时间点计算所述第一通信设备和所述第二通信设备的距离。
10.如权利要求9所述的TOF测距装置，其特征在于，所述计算模块，还用于：
若当前数据通信的接收设备为第二通信设备，则将本次数据通信中计算的所述第一通信设备和所述第二通信设备的距离在下一次数据通信中发送给所述第一通信设备。
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