CN116582815B - 一种基于测距信道评估的los与nlos场景判断方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于测距信道评估的LOS与NLOS场景判断方法，包括以下步骤：1、计算出下一次测量的预测距离值；2、计算出基于当前测量的预测首径参考能量值Pref；3、对DS‑TWR基站接收的信号进行分析，得到相关信息值；4、利用步骤3中得到的相关信息值、基于上一次测量的预测首径参考能量值Plastref、基于上一次定位反馈测距结果计算出的当前测量的预测距离值Plastpre，对当前测距信道质量进行评估，划分当前测距信道质量所处于的信道等级；5、通过对LOS与NLOS评判窗口内的数据进行评价，输出当前的测距场景是LOS还是NLOS。本发明采用上述结构的基于测距信道评估的LOS与NLOS场景判断方法，能够实时准确的判断出当前测距环境是LOS场景还是NLOS场景，有效避免错误的测距结果参与到定位计算中，提高室内定位的精度。

Description

一种基于测距信道评估的LOS与NLOS场景判断方法
技术领域
本发明涉及LOS与NLOS场景判断技术领域，尤其是涉及一种基于测距信道评估的LOS与NLOS场景判断方法。
背景技术
目前基于GNSS的室外定位技术相对成熟，但在室内，由于卫星信号容易受到遮挡并无法完成正常定位服务并且定位精度不能满足服务需求。近年来人们对于高精度的定位服务的需求愈加强烈，据统计，人们70％-80％的活动发生在室内，因此开展室内定位技术有着十分重要的意义。基于各种不同的需求，许多相应的定位技术已经展现出来，并取得了不错的效果，例如红外线、射频识别、超声波、WIFI、蓝牙、Zigbee、视觉定位等技术。然而都有各自的缺陷，要么定位精度低，要么对环境的要求苛刻，无法满足人们对室内定位感知***精度高、环境自适应好的要求。超宽带(Ultra-wide Bandwidth，UWB)定位技术的诸多有点使得该技术能够实现高精度的室内定位，相比于其他无线定位技术，UWB具有抗干扰能力强、带宽极宽、传输速率快、功率消耗小等诸多优势。
UWB定位技术依赖于首径的检测精度，通常在在视距(Line of Sight,LOS)传播环境中，首径的检测相对容易些，并且能够获得比较高的定位精度。然而在一些复杂环境(如室内、地下环境)中，由于地形复杂和障碍物密集等因素的影响，导致UWB信号传播会在LOS传播与非视距(Non Line of Sight,NLOS)传播两种形式之间随机切换。而在NLOS传播方式中，由于信号直射路径的缺失，使得信号的传播时间延长，产生了正偏差，这极大的影响了定位的精度。因此，能够实时准确辨识LOS和NLOS场景，可以有效避免错误的测距结果参与到定位计算中，对提高定位的精度有很大帮助。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于测距信道评估的LOS与NLOS场景判断方法，用以实时准确的判断出当前测距环境是LOS场景还是NLOS场景，有效避免错误的测距结果参与到定位计算中，提高室内定位的精度。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种基于测距信道评估的LOS与NLOS场景判断方法，包括以下步骤：
步骤1，基于当前定位反馈测距结果计算出下一次测量的预测距离值，具体方法为：
1)首先，对上一次速度更新结果进行更新得到当前速度更新结果，方法如下：
vcur＝ωlast*vlast+(1-ωlast)*(dcur-dlast)
其中，vcur为当前速度更新结果，ωlast为上一次测量的预测距离值对应的权重值，vlast为上一次速度更新结果，dcur为当前定位反馈测距结果，dlast为上一次定位反馈测距结果；
2)然后，根据当前定位反馈测距结果dcur与当前速度更新结果vcur，计算出下一次测量的预测距离值dpre：
dpre＝dcur+vcur
步骤2，根据当前测量的首径能量值以及噪声能量Pnoi，计算出基于当前测量的预测首径参考能量值Pref，具体方法步骤如下：
1)使用基于上一次定位反馈测距结果计算出的当前测量的预测距离值dlastpre和允许测距结果波动的阈值dmeasth进行求和，得到最大的合理测距值dvld＝dlastpre+dmeasth；
2)然后通过实际测量的测距结果dmeas与最大的合理测距值dvld进行比较，如果dmeas>dvld，说明测距不合理，首径的能量低于首径检测阈值Pdetth，未检测到真实的首径，此时基于当前测量的预测首径参考能量值Pref＝Pdetth，首径检测阈值Pdetth＝Pnoi+15dB；
3)如果dmeas≤dvld，说明测距合理，则需要判断两次检测的首径能量的一致性：
首先，计算出两次检测的首径能量差：
ΔPFP＝abs(PFP1-PFP2)
其中，ΔPFP为双边双向测距(DS-TWR)基站两次接收的首径能量差，PFP1为DS-TWR基站第一次接收首径的信号能量，PFP2为DS-TWR基站第二次接收首径的信号能量，abs()为取绝对值运算；
然后，用两次检测的首径能量差ΔPFP与首径能量差阈值PFPth进行比较，确定两次检测的首径能量差是否合理：
当两次检测的首径能量差ΔPFP大于首径能量差阈值PFPth，则基于当前测量的预测首径参考能量值为Pref＝min(PFP1,PFP2)，其中，min()为取最小值运算；
当两次检测的首径能量差ΔPFP小于等于首径能量差阈值PFPth，则基于当前测量的预测首径参考能量值为Pref＝max(PFP1,PFP2)，其中，max()为取最大值运算；
步骤3，对DS-TWR基站接收的信号进行分析，得到以下相关信息值：接收信号能量PRx、最强径信号能量Pmax、首径信号能量PFP、噪声能量Pnoi、实际测量的测距结果dmeas、SNRFP、ΔPFP-ref、ΔPFP-max、ΔPFP-Rx和Δdmeas-pre；
步骤4，利用步骤3中得到的相关信息值、基于上一次测量的预测首径参考能量值Plastref、基于上一次定位反馈测距结果计算出的当前测量的预测距离值Plastpre，对当前测距信道质量进行评估，划分当前测距信道质量所处于的信道等级，具体方法如下：
1)：两次检测的首径能量差ΔPFP与首径能量差阈值ΔPFPth，判断两次检测首径能量是否一致；
当ΔPFP>ΔPFPth，说明两次接收检测的首径不一致，输出测距信道质量评估为Level＝0；
当ΔPFP≤ΔPFPth，说明两次接收检测的首径一致，则进行下一步的对比判断；
2)：判断首径信号能量PFP与基于上一次测量的预测首径参考能量值Plastref的差ΔPFP-ref以及实际测量的测距结果dmeas与基于上一次定位反馈测距结果计算出的当前测量的预测距离值Plastpre的差Δdmeas-pre是否合理：
如果满足(ΔPFP-ref>ΔPFP_ref_th||Δdmeas-pre>Δdth)，说明未检测到首径，输出测距信道质量评估为Level＝0，其中，||为逻辑或运算，ΔPFP_ref_th为两次接收检测允许的首径能量波动阈值，Δdth为允许的测距结果变化阈值；
如果不满足(ΔPFP-ref>ΔPFP_ref_th||Δdmeas-pre>Δdth)，说明检测到首径，则进行下一步的对比判断；
3)：根据首径信号能量PFP与最强径信号能量Pmax的能量差ΔPFP-max和首径信号能量PFP与接收信号能量PRx的能量差ΔPFP-Rx，判断信道等级：
如果满足(ΔPFP-max<ΔPFP_max_th1&&ΔPFP-Rx<ΔPFP_Rx_th1)，说明首径信号非常强，多径干扰很弱，输出测距信道质量评估为Level＝5，其中，ΔPFP_max_th1为首径与最强径能量差第一阈值，ΔPFP_Rx_th1为首径与接收信号能量差第一阈值；
如果不满足(ΔPFP-max<ΔPFP_max_th1&&ΔPFP-Rx<ΔPFP_Rx_th1)，则进行下一步的对比判断；
4)：增加首径信噪比信息，继续与相关阈值进行比较，以对测距信道质量进行评估：
如果满足(ΔPFP-max<ΔPFP_max_th2&&ΔPFP-Rx<ΔPFP_Rx_th2&&SNRFP>SNRth1)，说明首径信号强，多径干扰弱，输出测距信道质量评估为Level＝4，其中，ΔPFP_max_th2首径与最强径能量差第二阈值，ΔPFP_Rx_th2首径与接收信号能量差第二阈值，SNRth1为首径信噪比第一阈值；
如果不满足(ΔPFP-max<ΔPFP_max_th2&&ΔPFP-Rx<ΔPFP_Rx_th2&&SNRFP>SNRth1)，则进行下一步的对比判断；
6)：继续使用ΔPFP-max、ΔPFP-Rx和SNRFP与相关阈值比较，以对测距信道质量进行评估：
如果满足(ΔPFP-max<ΔPFP_max_th2||ΔPFP-Rx<ΔPFP_Rx_th2)&&(SNRFP>SNRth2)，说明首径信号适中，多径干扰较强，输出测距信道质量评估为Level＝3，其中，SNRth2为首径信噪比第二阈值。
如果不满足(ΔPFP-max<ΔPFP_max_th2||ΔPFP-Rx<ΔPFP_Rx_th2)&&(SNRFP>SNRth2)，则进行下一步的对比判断；
6)：继续使用ΔPFP-max、ΔPFP-Rx和SNRFP与相关阈值比较，以对测距信道质量进行评估：
如果满足(ΔPFP-max<ΔPFP_max_th3||ΔPFP-Rx<ΔPFP_Rx_th3||SNRFP>SNRth3)，说明首径信号弱，多径干扰严重，输出测距信道质量评估为Level＝2，其中，ΔPFP_max_th3首径与最强径能量差第三阈值，ΔPFP_Rx_th3首径与接收信号能量差第三阈值，SNRth3为首径信噪比第三阈值；
如果不满足(ΔPFP-max<ΔPFP_max_th3||ΔPFP-Rx<ΔPFP_Rx_th3||SNRFP>SNRth3)，说明首径信号非常弱，多径干扰非常严重，输出测距信道质量评估为Level＝1；
步骤5，将步骤4输出的测距信道质量评估结果输入到LOS与NLOS评判窗口，通过对窗口内的数据进行评价，输出当前的测距场景是LOS还是NLOS，具体方法如下：
首先，利用一定长度的滑窗对测距信道质量评估结果进行计算：
其中，n为第n次判断LOS与NLOS场景，E(n)为第n次LOS与NLOS场景判断窗口中的数据的计算结果，N为LOS与NLOS场景判断窗口的长度；
然后，对滑窗输出结果进行评价并输出当前的测距场景是LOS还是NLOS，方法如下：
如果E(n)>Eth，输出当前场景为LOS场景，否则输出当前场景为NLOS场景，其中，Eth为判断LOS与NLOS场景的阈值。
优选的，步骤1中，上一次测量的预测距离值与实际测量的测距结果之间的测距误差越大，ωlast越小，ωlast为二分之一、四分之一、八分之一或十六分之一。
优选的，步骤2的1)中的允许测距结果波动的阈值dmeasth为30cm，步骤2的3)中和步骤4的1)中的首径能量差阈值PFPth为6dB。
优选的，步骤3中各相关信息值的计算方法为：
接收信号能量PRx＝(PRx1+PRx2)/2，PRx1为DS-TWR基站第一次接收信号能量值，PRx2为DS-TWR基站第二次接收信号能量值；
最强径信号能量Pmax＝(Pmax1+Pmax2)/2，Pmax1为DS-TWR基站第一次接收最强径信号能量值，Pmax2为DS-TWR基站第二次接收最强径信号能量值；
首径信号能量为PFP＝(PFP1+PFP2)/2，PFP1为DS-TWR基站第一次接收首径的信号能量，PFP2为DS-TWR基站第二次接收首径的信号能量；
噪声能量为Pnoi＝(Pnoi1+Pnoi2)/2，Pnoi1为DS-TWR基站第一次接收噪声能量值，Pnoi2为DS-TWR基站第二次接收噪声能量值；
实际测量的测距结果记为dmeas；
首径信噪比为SNRFP＝PFP-Pnoi，PFP为首径信号能量，Pnoi为噪声能量；
根据首径信号能量PFP和基于上一次测量的预测首径参考能量值Plastref，计算两者能量差ΔPFP-ref＝PFP-Plastref；
根据首径信号能量PFP与最强径信号能量Pmax，计算两者的能量差ΔPFP-max＝abs(PFP-Pmax)；
根据首径信号能量PFP与接收信号能量PRx，计算两者的能量差ΔPFP-Rx＝abs(PFP-PRx)；
根据实际测量的测距结果dmeas与基于上一次定位反馈测距结果计算出的当前测量的预测距离值Plastpre，计算两者的测距误差Δdmeas-pre＝dmeas-Plastpre。
优选的，步骤4的2)中两次接收检测允许的首径能量波动阈值ΔPFP_ref_th为6dB，允许的测距结果变化阈值Δdth为50cm，步骤4的3)中首径与最强径能量差第一阈值ΔPFP_max_th1为1dB，首径与接收信号能量差第一阈值ΔPFP_Rx_th1为3dB，步骤4的4)中首径与最强径能量差第二阈值ΔPFP_max_th2为6dB，首径与接收信号能量差第二阈值ΔPFP_Rx_th2为9dB，首径信噪比第一阈值SNRth1为40dB，步骤4的5)中首径信噪比第二阈值SNRth2为32dB，步骤4的6)中的首径与最强径能量差第三阈值ΔPFP_max_th3为9dB，首径与接收信号能量差第三阈值ΔPFP_Rx_th3为15dB，首径信噪比第三阈值SNRth3为24dB。
优选的，步骤5中LOS与NLOS场景判断窗口的长度N通常为4、8或16，判断LOS与NLOS场景的阈值Eth为3。
本发明采用上述结构的基于测距信道评估的LOS与NLOS场景判断方法，具有如下有益效果：
1.提出了一种测距信道质量评估方法：通过对接收信号进行分析对当前测距信道质量进行评估，划分当前测距信道质量所处于的信道等级；
2.输出的测距信道质量评估结果不仅可以用于LOS和NLOS场景的判断，还可以在定位过程中用于对测距结果的选择以及加权；
3.通过在一定窗口内对信道评估结果进行评判，实时输出当前的测距环境是LOS还是NLOS场景，抑制了单次信道评估结果不确定对LOS与NLOS场景评价的影响。
附图说明
图1是本发明基于测距信道评估的LOS与NLOS场景判断方法的实施例的流程图；
图2是本发明基于测距信道评估的LOS与NLOS场景判断方法中步骤2的实施例的流程图
图3是本发明基于测距信道评估的LOS与NLOS场景判断方法中步骤4的实施例的流程图；
图4是本发明基于测距信道评估的LOS与NLOS场景判断方法在典型的LOS场景下LOS与NLOS场景判断输出结果展示；
图5是本发明基于测距信道评估的LOS与NLOS场景判断方法在LOS与NLOS交互的场景下LOS与NLOS场景判断输出结果展示。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
如图所示的一种基于测距信道评估的LOS与NLOS场景判断方法，包括以下步骤：
步骤1，基于当前定位反馈测距结果计算出下一次测量的预测距离值，具体方法为：
1)首先，对上一次速度更新结果进行更新得到当前速度更新结果，方法如下：
vcur＝ωlast*vlast+(1-ωlast)*(dcur-dlast)
其中，vcur为当前速度更新结果，ωlast为上一次测量的预测距离值对应的权重值，上一次测量的预测距离值与实际测量的测距结果之间的测距误差越大，ωlast越小，ωlast为二分之一、四分之一、八分之一或十六分之一，vlast为上一次速度更新结果，dcur为当前定位反馈测距结果，dlast为上一次定位反馈测距结果。当上一次测量的预测距离值与实际测量的测距结果之间的测距误差小于10cm时，ωlast为二分之一，当上一次测量的预测距离值与实际测量的测距结果之间的测距误差大于等于10cm且小于20cm时，ωlast为四分之一，当上一次测量的预测距离值与实际测量的测距结果之间的测距误差大于等于20cm且小于40cm时，ωlast为八分之一，当上一次测量的预测距离值与实际测量的测距结果之间的测距误差为大于等于40cm时，ωlast为十六分之一。
2)然后，根据当前定位反馈测距结果dcur与当前速度更新结果vcur，计算出下一次测量的预测距离值dpre：
dpre＝dcur+vcur
步骤2，根据当前测量的首径能量值以及噪声能量Pnoi，计算出基于当前测量的预测首径参考能量值Pref，具体方法步骤如下：
1)使用基于上一次定位反馈测距结果计算出的当前测量的预测距离值dlastpre和允许测距结果波动的阈值dmeasth进行求和，得到最大的合理测距值dvld＝dlastpre+dmeasth；允许测距结果波动的阈值dmeasth为30cm。
2)然后通过实际测量的测距结果dmeas与最大的合理测距值dvld进行比较，如果dmeas>dvld，说明测距不合理，首径的能量低于首径检测阈值Pdetth，未检测到真实的首径，此时基于当前测量的预测首径参考能量值Pref＝Pdetth；首径检测阈值Pdetth＝Pnoi+15dB。
3)如果dmeas≤dvld，说明测距合理，则需要判断两次检测的首径能量的一致性：
首先，计算出两次检测的首径能量差：
ΔPFP＝abs(PFP1-PFP2)
其中，ΔPFP为双边双向测距(DS-TWR)基站两次接收的首径能量差，PFP1为DS-TWR基站第一次接收首径的信号能量，PFP2为DS-TWR基站第二次接收首径的信号能量，abs()为取绝对值运算；
然后，用两次检测的首径能量差ΔPFP与首径能量差阈值PFPth进行比较，确定两次检测的首径能量差是否合理：首径能量差阈值PFPth为。
当两次检测的首径能量差ΔPFP大于首径能量差阈值PFPth，则基于当前测量的预测首径参考能量值为Pref＝min(PFP1,PFP2)，其中，min()为取最小值运算；
当两次检测的首径能量差ΔPFP小于等于首径能量差阈值PFPth，则基于当前测量的预测首径参考能量值为Pref＝max(PFP1,PFP2)，其中，max()为取最大值运算；
步骤3，对DS-TWR基站接收的信号进行分析，得到以下相关信息值：接收信号能量PRx、最强径信号能量Pmax、首径信号能量PFP、噪声能量Pnoi、实际测量的测距结果dmeas、SNRFP、ΔPFP-ref、ΔPFP-max、ΔPFP-Rx和Δdmeas-pre。
步骤3中各相关信息值的计算方法为：
接收信号能量PRx＝(PRx1+PRx2)/2，PRx1为DS-TWR基站第一次接收信号能量值，PRx2为DS-TWR基站第二次接收信号能量值；
最强径信号能量Pmax＝(Pmax1+Pmax2)/2，Pmax1为DS-TWR基站第一次接收最强径信号能量值，Pmax2为DS-TWR基站第二次接收最强径信号能量值；
首径信号能量为PFP＝(PFP1+PFP2)/2，PFP1为DS-TWR基站第一次接收首径的信号能量，PFP2为DS-TWR基站第二次接收首径的信号能量；
噪声能量为Pnoi＝(Pnoi1+Pnoi2)/2，Pnoi1为DS-TWR基站第一次接收噪声能量值，Pnoi2为DS-TWR基站第二次接收噪声能量值；
实际测量的测距结果记为dmeas；
首径信噪比为SNRFP＝PFP-Pnoi，PFP为首径信号能量，Pnoi为噪声能量；
根据首径信号能量PFP和基于上一次测量的预测首径参考能量值Plastref，计算两者能量差ΔPFP-ref＝PFP-Plastref；
根据首径信号能量PFP与最强径信号能量Pmax，计算两者的能量差ΔPFP-max＝abs(PFP-Pmax)；
根据首径信号能量PFP与接收信号能量PRx，计算两者的能量差ΔPFP-Rx＝abs(PFP-PRx)；
根据实际测量的测距结果dmeas与基于上一次定位反馈测距结果计算出的当前测量的预测距离值Plastpre，计算两者的测距误差Δdmeas-pre＝dmeas-Plastpre。
步骤4，利用步骤3中得到的相关信息值、基于上一次测量的预测首径参考能量值Plastref、基于上一次定位反馈测距结果计算出的当前测量的预测距离值Plastpre，对当前测距信道质量进行评估，划分当前测距信道质量所处于的信道等级，具体方法如下：
1)：根据两次检测的首径能量差ΔPFP与首径能量差阈值ΔPFPth，判断两次检测首径能量是否一致，其中首径能量差阈值PFPth为6dB。
当ΔPFP>ΔPFPth，说明两次接收检测的首径不一致，输出测距信道质量评估为Level＝0；
当ΔPFP≤ΔPFPth，说明两次接收检测的首径一致，则进行下一步的对比判断；
2)：判断首径信号能量PFP与基于上一次测量的预测首径参考能量值Plastref的差ΔPFP-ref以及实际测量的测距结果dmeas与基于上一次定位反馈测距结果计算出的当前测量的预测距离值Plastpre的差Δdmeas-pre是否合理：
如果满足(ΔPFP-ref>ΔPFP_ref_th||Δdmeas-pre>Δdth)，说明未检测到首径，输出测距信道质量评估为Level＝0，其中，||为逻辑或运算，ΔPFP_ref_th为两次接收检测允许的首径能量波动阈值，Δdth为允许的测距结果变化阈值；两次接收检测允许的首径能量波动阈值ΔPFP_ref_th为6dB，允许的测距结果变化阈值Δdth为50cm。
如果不满足(ΔPFP-ref>ΔPFP_ref_th||Δdmeas-pre>Δdth)，说明检测到首径，则进行下一步的对比判断。
3)：根据首径信号能量PFP与最强径信号能量Pmax的能量差ΔPFP-max和首径信号能量PFP与接收信号能量PRx的能量差ΔPFP-Rx，判断信道等级：
如果满足(ΔPFP-max<ΔPFP_max_th1&&ΔPFP-Rx<ΔPFP_Rx_th1)，说明首径信号非常强，多径干扰很弱，输出测距信道质量评估为Level＝5，其中，ΔPFP_max_th1为首径与最强径能量差第一阈值，ΔPFP_Rx_th1为首径与接收信号能量差第一阈值；首径与最强径能量差第一阈值ΔPFP_max_th1为1dB，首径与接收信号能量差第一阈值ΔPFP_Rx_th1为3dB。
如果不满足(ΔPFP-max<ΔPFP_max_th1&&ΔPFP-Rx<ΔPFP_Rx_th1)，则进行下一步的对比判断。
4)：增加首径信噪比信息，继续与相关阈值进行比较，以对测距信道质量进行评估：
如果满足(ΔPFP-max<ΔPFP_max_th2&&ΔPFP-Rx<ΔPFP_Rx_th2&&SNRFP>SNRth1)，说明首径信号强，多径干扰弱，输出测距信道质量评估为Level＝4，其中，ΔPFP_max_th2首径与最强径能量差第二阈值，ΔPFP_Rx_th2首径与接收信号能量差第二阈值，SNRth1为首径信噪比第一阈值；首径与最强径能量差第二阈值ΔPFP_max_th2为6dB，首径与接收信号能量差第二阈值ΔPFP_Rx_th2为9dB，首径信噪比第一阈值SNRth1为40dB。
如果不满足(ΔPFP-max<ΔPFP_max_th2&&ΔPFP-Rx<ΔPFP_Rx_th2&&SNRFP>SNRth1)，则进行下一步的对比判断。
5)：继续使用ΔPFP-max、ΔPFP-Rx和SNRFP与相关阈值比较，以对测距信道质量进行评估：
如果满足(ΔPFP-max<ΔPFP_max_th2||ΔPFP-Rx<ΔPFP_Rx_th2)&&(SNRFP>SNRth2)，说明首径信号适中，多径干扰较强，输出测距信道质量评估为Level＝3，其中，SNRth2为首径信噪比第二阈值；首径信噪比第二阈值SNRth2为32dB。
如果不满足(ΔPFP-max<ΔPFP_max_th2||ΔPFP-Rx<ΔPFP_Rx_th2)&&(SNRFP>SNRth2)，则进行下一步的对比判断。
6)：继续使用ΔPFP-max、ΔPFP-Rx和SNRFP与相关阈值比较，以对测距信道质量进行评估：
如果满足(ΔPFP-max<ΔPFP_max_th3||ΔPFP-Rx<ΔPFP_Rx_th3||SNRFP>SNRth3)，说明首径信号弱，多径干扰严重，输出测距信道质量评估为Level＝2，其中，ΔPFP_max_th3首径与最强径能量差第三阈值，ΔPFP_Rx_th3首径与接收信号能量差第三阈值，SNRth3为首径信噪比第三阈值。首径与最强径能量差第三阈值ΔPFP_max_th3为9dB，首径与接收信号能量差第三阈值ΔPFP_Rx_th3为15dB，首径信噪比第三阈值SNRth3为24dB。
如果不满足(ΔPFP-max<ΔPFP_max_th3||ΔPFP-Rx<ΔPFP_Rx_th3||SNRFP>SNRth3)，说明首径信号非常弱，多径干扰非常严重，输出测距信道质量评估为Level＝1；
步骤5，将步骤4输出的测距信道质量评估结果输入到LOS与NLOS评判窗口，通过对窗口内的数据进行评价，输出当前的测距场景是LOS还是NLOS，具体方法如下：
首先，利用一定长度的滑窗对测距信道质量评估结果进行计算：
其中，n为第n次判断LOS与NLOS场景，E(n)为第n次LOS与NLOS场景判断窗口中的数据的计算结果，N为LOS与NLOS场景判断窗口的长度；LOS与NLOS场景判断窗口的长度N为4、8或16。
然后，对滑窗输出结果进行评价并输出当前的测距场景是LOS还是NLOS，方法如下：
如果E(n)>Eth，输出当前场景为LOS场景，否则输出当前场景为NLOS场景，其中，Eth为判断LOS与NLOS场景的阈值。判断LOS与NLOS场景的阈值Eth为3。
为了验证基于测距信道评估的LOS与NLOS场景判断方法的有效性，利用实际测量数据，对本发明进行了验证。图4为在典型的LOS场景，信道质量评估结果与LOS与NLOS场景判断结果输出展示。图5为LOS与NLOS交互的场景，信道质量评估结果与LOS与NLOS场景判断结果输出展示。通过利用实际测量数据，对本发明进行验证的结果显示，本发明能够实时准确的判断出当前的LOS与NLOS场景，说明该发明方法能够在实际应用中发挥作用。
因此，本发明采用上述基于测距信道评估的LOS与NLOS场景判断方法，通过对接收信号进行分析，对当前的测距信道质量进行评估，划分当前测距信道质量所处于的信道等级；通过对一定窗口内的信道评估结果进行评判，实时输出当前的测距环境是LOS还是NLOS场景；定位过程中可以根据输出LOS与NLOS的评价结果，选择不同的定位策略，提高定位的鲁棒性。
以上是本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围不应局限于此。任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此本发明的保护范围应以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种基于测距信道评估的LOS与NLOS场景判断方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1，基于当前定位反馈测距结果计算出下一次测量的预测距离值，具体方法为：
1)首先，对上一次速度更新结果进行更新得到当前速度更新结果，方法如下：
vcur＝ωlast*vlast+(1-ωlast)*(dcur-dlast)
其中，vcur为当前速度更新结果，ωlast为上一次测量的预测距离值对应的权重值，vlast为上一次速度更新结果，dcur为当前定位反馈测距结果，dlast为上一次定位反馈测距结果；
2)然后，根据当前定位反馈测距结果dcur与当前速度更新结果vcur，计算出下一次测量的预测距离值dpre：
dpre＝dcur+vcur
步骤2，根据当前测量的首径能量值以及噪声能量Pnoi，计算出基于当前测量的预测首径参考能量值Pref，具体方法步骤如下：
1)使用基于上一次定位反馈测距结果计算出的当前测量的预测距离值dlastpre和允许测距结果波动的阈值dmeasth进行求和，得到最大的合理测距值dvld＝dlastpre+dmeasth；
2)然后通过实际测量的测距结果dmeas与最大的合理测距值dvld进行比较，如果dmeas>dvld，说明测距不合理，首径的能量低于首径检测阈值Pdetth，未检测到真实的首径，此时基于当前测量的预测首径参考能量值Pref＝Pdetth，首径检测阈值Pdetth＝Pnoi+15dB；
3)如果dmeas≤dvld，说明测距合理，则需要判断两次检测的首径能量的一致性：
首先，计算出两次检测的首径能量差：
ΔPFP＝abs(PFP1-PFP2)
其中，ΔPFP为双边双向测距(DS-TWR)基站两次接收的首径能量差，PFP1为DS-TWR基站第一次接收首径的信号能量，PFP2为DS-TWR基站第二次接收首径的信号能量，abs()为取绝对值运算；
然后，用两次检测的首径能量差ΔPFP与首径能量差阈值PFPth进行比较，确定两次检测的首径能量差是否合理：
当两次检测的首径能量差ΔPFP大于首径能量差阈值PFPth，则基于当前测量的预测首径参考能量值为Pref＝min(PFP1,PFP2)，其中，min()为取最小值运算；
当两次检测的首径能量差ΔPFP小于等于首径能量差阈值PFPth，则基于当前测量的预测首径参考能量值为Pref＝max(PFP1,PFP2)，其中，max()为取最大值运算；
步骤3，对DS-TWR基站接收的信号进行分析，得到以下相关信息值：接收信号能量PRx、最强径信号能量Pmax、首径信号能量PFP、噪声能量Pnoi、实际测量的测距结果dmeas、SNRFP、ΔPFP-ref、ΔPFP-max、ΔPFP-Rx和Δdmeas-pre；
步骤4，利用步骤3中得到的相关信息值、基于上一次测量的预测首径参考能量值Plastref、基于上一次定位反馈测距结果计算出的当前测量的预测距离值Plastpre，对当前测距信道质量进行评估，划分当前测距信道质量所处于的信道等级，具体方法如下：
1)：两次检测的首径能量差ΔPFP与首径能量差阈值ΔPFPth，判断两次检测首径能量是否一致；
当ΔPFP>ΔPFPth，说明两次接收检测的首径不一致，输出测距信道质量评估为Level＝0；
当ΔPFP≤ΔPFPth，说明两次接收检测的首径一致，则进行下一步的对比判断；
2)：判断首径信号能量PFP与基于上一次测量的预测首径参考能量值Plastref的差ΔPFP-ref以及实际测量的测距结果dmeas与基于上一次定位反馈测距结果计算出的当前测量的预测距离值Plastpre的差Δdmeas-pre是否合理：
如果满足(ΔPFP-ref>ΔPFP_ref_th||Δdmeas-pre>Δdth)，说明未检测到首径，输出测距信道质量评估为Level＝0，其中，||为逻辑或运算，ΔPFP_ref_th为两次接收检测允许的首径能量波动阈值，Δdth为允许的测距结果变化阈值；
如果不满足(ΔPFP-ref>ΔPFP_ref_th||Δdmeas-pre>Δdth)，说明检测到首径，则进行下一步的对比判断；
3)：根据首径信号能量PFP与最强径信号能量Pmax的能量差ΔPFP-max和首径信号能量PFP与接收信号能量PRx的能量差ΔPFP-Rx，判断信道等级：
如果满足(ΔPFP-max<ΔPFP_max_th1&&ΔPFP-Rx<ΔPFP_Rx_th1)，说明首径信号非常强，多径干扰很弱，输出测距信道质量评估为Level＝5，其中，ΔPFP_max_th1为首径与最强径能量差第一阈值，ΔPFP_Rx_th1为首径与接收信号能量差第一阈值；
如果不满足(ΔPFP-max<ΔPFP_max_th1&&ΔPFP-Rx<ΔPFP_Rx_th1)，则进行下一步的对比判断；
4)：增加首径信噪比信息，继续与相关阈值进行比较，以对测距信道质量进行评估：
如果满足(ΔPFP-max<ΔPFP_max_th2&&ΔPFP-Rx<ΔPFP_Rx_th2&&SNRFP>SNRth1)，说明首径信号强，多径干扰弱，输出测距信道质量评估为Level＝4，其中，ΔPFP_max_th2首径与最强径能量差第二阈值，ΔPFP_Rx_th2首径与接收信号能量差第二阈值，SNRth1为首径信噪比第一阈值；
如果不满足(ΔPFP-max<ΔPFP_max_th2&&ΔPFP-Rx<ΔPFP_Rx_th2&&SNRFP>SNRth1)，则进行下一步的对比判断；
5)：继续使用ΔPFP-max、ΔPFP-Rx和SNRFP与相关阈值比较，以对测距信道质量进行评估：
如果满足(ΔPFP-max<ΔPFP_max_th2||ΔPFP-Rx<ΔPFP_Rx_th2)&&(SNRFP>SNRth2)，说明首径信号适中，多径干扰较强，输出测距信道质量评估为Level＝3，其中，SNRth2为首径信噪比第二阈值；
如果不满足(ΔPFP-max<ΔPFP_max_th2||ΔPFP-Rx<ΔPFP_Rx_th2)&&(SNRFP>SNRth2)，则进行下一步的对比判断；
6)：继续使用ΔPFP-max、ΔPFP-Rx和SNRFP与相关阈值比较，以对测距信道质量进行评估：
如果满足(ΔPFP-max<ΔPFP_max_th3||ΔPFP-Rx<ΔPFP_Rx_th3||SNRFP>SNRth3)，说明首径信号弱，多径干扰严重，输出测距信道质量评估为Level＝2，其中，ΔPFP_max_th3首径与最强径能量差第三阈值，ΔPFP_Rx_th3首径与接收信号能量差第三阈值，SNRth3为首径信噪比第三阈值；
如果不满足(ΔPFP-max<ΔPFP_max_th3||ΔPFP-Rx<ΔPFP_Rx_th3||SNRFP>SNRth3)，说明首径信号非常弱，多径干扰非常严重，输出测距信道质量评估为Level＝1；
步骤5，将步骤4输出的测距信道质量评估结果输入到LOS与NLOS评判窗口，通过对窗口内的数据进行评价，输出当前的测距场景是LOS还是NLOS，具体方法如下：
首先，利用一定长度的滑窗对测距信道质量评估结果进行计算：
其中，n为第n次判断LOS与NLOS场景，E(n)为第n次LOS与NLOS场景判断窗口中的数据的计算结果，N为LOS与NLOS场景判断窗口的长度；
然后，对滑窗输出结果进行评价并输出当前的测距场景是LOS还是NLOS，方法如下：
如果E(n)>Eth，输出当前场景为LOS场景，否则输出当前场景为NLOS场景，其中，Eth为判断LOS与NLOS场景的阈值。
2.根据权利要求1所述的一种基于测距信道评估的LOS与NLOS场景判断方法，其特征在于：步骤1中，上一次测量的预测距离值与实际测量的测距结果之间的测距误差越大，ωlast越小，ωlast为二分之一、四分之一、八分之一或十六分之一。
3.根据权利要求1所述的一种基于测距信道评估的LOS与NLOS场景判断方法，其特征在于：步骤2的1)中的允许测距结果波动的阈值dmeasth为30cm，步骤2的3)中和步骤4的1)中的首径能量差阈值PFPth为6dB。
4.根据权利要求1所述的一种基于测距信道评估的LOS与NLOS场景判断方法，其特征在于：步骤3中各相关信息值的计算方法为：
接收信号能量PRx＝(PRx1+PRx2)/2，PRx1为DS-TWR基站第一次接收信号能量值，PRx2为DS-TWR基站第二次接收信号能量值；
最强径信号能量Pmax＝(Pmax1+Pmax2)/2，Pmax1为DS-TWR基站第一次接收最强径信号能量值，Pmax2为DS-TWR基站第二次接收最强径信号能量值；
首径信号能量为PFP＝(PFP1+PFP2)/2，PFP1为DS-TWR基站第一次接收首径的信号能量，PFP2为DS-TWR基站第二次接收首径的信号能量；
噪声能量为Pnoi＝(Pnoi1+Pnoi2)/2，Pnoi1为DS-TWR基站第一次接收噪声能量值，Pnoi2为DS-TWR基站第二次接收噪声能量值；
实际测量的测距结果记为dmeas；
首径信噪比为SNRFP＝PFP-Pnoi，PFP为首径信号能量，Pnoi为噪声能量；
根据首径信号能量PFP和基于上一次测量的预测首径参考能量值Plastref，计算两者能量差ΔPFP-ref＝PFP-Plastref；
根据首径信号能量PFP与最强径信号能量Pmax，计算两者的能量差ΔPFP-max＝abs(PFP-Pmax)；
根据首径信号能量PFP与接收信号能量PRx，计算两者的能量差ΔPFP-Rx＝abs(PFP-PRx)；
根据实际测量的测距结果dmeas与基于上一次定位反馈测距结果计算出的当前测量的预测距离值Plastpre，计算两者的测距误差Δdmeas-pre＝dmeas-Plastpre。
5.根据权利要求1所述的一种基于测距信道评估的LOS与NLOS场景判断方法，其特征在于：步骤4的2)中两次接收检测允许的首径能量波动阈值ΔPFP_ref_th为6dB，允许的测距结果变化阈值Δdth为50cm，步骤4的3)中首径与最强径能量差第一阈值ΔPFP_max_th1为1dB，首径与接收信号能量差第一阈值ΔPFP_Rx_th1为3dB，步骤4的4)中首径与最强径能量差第二阈值ΔPFP_max_th2为6dB，首径与接收信号能量差第二阈值ΔPFP_Rx_th2为9dB，首径信噪比第一阈值SNRth1为40dB，步骤4的5)中首径信噪比第二阈值SNRth2为32dB，步骤4的6)中的首径与最强径能量差第三阈值ΔPFP_max_th3为9dB，首径与接收信号能量差第三阈值ΔPFP_Rx_th3为15dB，首径信噪比第三阈值SNRth3为24dB。
6.根据权利要求1所述的一种基于测距信道评估的LOS与NLOS场景判断方法，其特征在于：步骤5中LOS与NLOS场景判断窗口的长度N为4、8或16，判断LOS与NLOS场景的阈值Eth为3。
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