技术领域
[0001] 本
发明涉及通信技术领域，特别是指一种近场超宽带信号
相位差测距方法及系统。
背景技术
[0002] 近年来，随着无线通信技术的发展，
定位技术受到越来越多的关注。但是由于应用环境的复杂性，常用的高频无线信号，例如，超宽带、无线保真(Wireless Fidelity、WIFI)，存在多径干扰和衰减严重的问题，影响定位
精度。
[0003]
现有技术一，
专利CN100338478C提出了一种近场超宽带信号相位差测距系统，该系统是利用近场电
磁场测距(Near Field Electromagnetic Ranging，NFER)技术来实现实时定位的系统，并利用低频信号能够更好地穿透
建筑物的特点，有效地减少多径干扰，同时能够提高在非视距情况下的定位精度。NFER是利用
电场天线和磁场天线在近场分别接收发射信号的电场部分和磁场部分，然后利用近场
电磁场之间的相位差与通信距离之间的关系来确定测距目标之间的通信距离，利用鉴相器测量接收信号中电场成分和磁场成分的相位差不仅需要发射信号的先验
频谱知识，还需要电场成分
信号处理通道和磁场成分信号处理通道同步工作，因此同步精度会影响鉴相器对电磁场相位的
鉴别精度，进而影响测距精度，系统结构复杂且对系统工作条件要求高。
[0004] 现有技术二、专利CN104914426A提供一种基于自适应时延估计(Adaptive Time Delay Estimation，ATDE)的近场测距系统及方法，将鉴相转化为时延估计，有效的规避了现有技术一中鉴相器存在的种种问题。ATDE
算法能够在每个
采样周期更新时延估计值，因此可用于实时测距系统中。而NFER技术的有效测距范围为0.1倍的
波长到0.5倍的波长，因此对于采用低频窄带信号的近场数字测距而言，难以同时实现远、近距离的有效测距。
发明内容
[0005] 本发明要解决的技术问题是提供一种近场超宽带信号相位差测距方法及系统，以解决现有技术所存在的近场数字测距系统难以同时实现远、近距离的有效测距的问题。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明
实施例提供一种近场超宽带信号相位差测距方法，包括：
[0007] 在接收端，接收发送端发射的低频超宽带信号，其中，接收到的信号包括：发送端发射的所述低频超宽带信号中的电场成分和磁场成分；
[0008] 获取所述接收到的信号中的电场成分和磁场成分在各
频率点的相位差和对应频率；
[0009] 根据所述接收到的信号中的电场成分和磁场成分在各频率点的相位差和对应频率与通信距离的关系，确定测距目标之间的距离。
[0010] 进一步地，所述低频超宽带信号包括：低频多频正弦
叠加信号或低频宽带脉冲信号。
[0011] 进一步地，所述方法还包括：
[0012] 利用DDS技术产生所述低频多频正弦叠加信号；
[0013] 利用阶跃恢复
二极管电路产生所述低频宽带脉冲信号。
[0014] 进一步地，所述获取所述接收到的信号中的电场成分和磁场成分在各频率点的相位差和对应频率包括：
[0015] 对所述接收到的信号中的电场成分和磁场成分分别进行采样转换，得到所述电场成分对应的数字电场信号和所述磁场成分对应的数字磁场信号；
[0016] 对所述数字电场信号和所述数字磁场信号进行频域分析，得到所述接收到的信号中的电场成分和磁场成分在各频率点的相位差和对应频率。
[0017] 进一步地，所述对所述数字电场信号和所述数字磁场信号进行频域分析，得到所述接收到的信号中的电场成分和磁场成分在各频率点的相位差和对应频率包括：
[0018] 对所述数字电场信号和所述数字磁场信号分别进行频域变换，得到所述数字电场信号对应的频域特性和所述数字磁场信号对应的频域特性；
[0019] 根据所述数字电场信号对应的频域特性得到所述数字电场信号对应的相频特性，根据所述数字磁场信号对应的频域特性得到所述数字磁场信号对应的相频特性；
[0020] 根据所述数字电场信号对应的相频特性和所述数字磁场信号对应的相频特性，得到所述接收到的信号中的电场成分和磁场成分在各频率点的相位差和对应频率。
[0021] 本发明实施例还提供一种近场超宽带信号相位差测距系统，包括：
[0022] 接收模
块，用于在接收端，接收发送端发射的低频超宽带信号，其中，接收到的信号包括：发送端发射的所述低频超宽带信号中的电场成分和磁场成分；
[0023] 获取模块，用于获取所述接收到的信号中的电场成分和磁场成分在各频率点的相位差和对应频率；
[0024] 确定模块，用于根据所述接收到的信号中的电场成分和磁场成分在各频率点的相位差和对应频率与通信距离的关系，确定测距目标之间的距离。
[0025] 进一步地，所述低频超宽带信号包括：低频多频正弦叠加信号或低频宽带脉冲信号。
[0026] 进一步地，所述系统还包括：
[0027] 第一产生模块，用于利用DDS技术产生所述低频多频正弦叠加信号；
[0028] 第二产生模块，用于利用
阶跃恢复二极管电路产生所述低频宽带脉冲信号。
[0029] 进一步地，所述获取模块包括：
[0030] 转换单元，用于对所述接收到的信号中的电场成分和磁场成分分别进行采样转换，得到所述电场成分对应的数字电场信号和所述磁场成分对应的数字磁场信号；
[0031] 分析单元，用于对所述数字电场信号和所述数字磁场信号进行频域分析，得到所述接收到的信号中的电场成分和磁场成分在各频率点的相位差和对应频率。
[0032] 进一步地，所述分析单元包括：
[0033] 频域获取器，用于对所述数字电场信号和所述数字磁场信号分别进行频域变换，得到所述数字电场信号对应的频域特性和所述数字磁场信号对应的频域特性；
[0034] 相位计算器，用于根据所述数字电场信号对应的频域特性得到所述数字电场信号对应的相频特性，根据所述数字磁场信号对应的频域特性得到所述数字磁场信号对应的相频特性；
[0035] 差值运算器，用于根据所述数字电场信号对应的相频特性和所述数字磁场信号对应的相频特性，得到所述接收到的信号中的电场成分和磁场成分在各频率点的相位差和对应频率。
[0036] 本发明的上述技术方案的有益效果如下：
[0037] 上述方案中，在接收端，接收发送端发射的低频超宽带信号，其中，接收到的信号包括：发送端发射的所述低频超宽带信号中的电场成分和磁场成分；获取所述接收到的信号中的电场成分和磁场成分在各频率点的相位差和对应频率；根据所述接收到的信号中的电场成分和磁场成分在各频率点的相位差和对应频率与通信距离的关系，确定测距目标之间的距离；这样，通过利用低频超宽带信号丰富的频谱资源，能够同时实现远、近距离的有效测距。
附图说明
[0038] 图1为本发明实施例提供的近场超宽带信号相位差测距方法的流程示意图；
[0039] 图2为本发明实施例提供的近场超宽带信号相位差测距方法的原理示意图；
[0040] 图3为本发明实施例提供的分析单元的具体结构示意图；
[0041] 图4为本发明实施例提供的近场超宽带信号相位差测距方法的结构示意图。
具体实施方式
[0042] 为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
[0043] 本发明针对现有的近场数字测距系统难以同时实现远、近距离的有效测距的问题，提供一种近场超宽带信号相位差测距方法及系统。
[0044] 实施例一
[0045] 参看图1所示，本发明实施例提供的近场超宽带信号相位差测距方法，包括：
[0046] S101，在接收端，接收发送端发射的低频超宽带信号，其中，接收到的信号包括：发送端发射的所述低频超宽带信号中的电场成分和磁场成分；
[0047] S102，获取所述接收到的信号中的电场成分和磁场成分在各频率点的相位差和对应频率；
[0048] S103，根据所述接收到的信号中的电场成分和磁场成分在各频率点的相位差和对应频率与通信距离的关系，确定测距目标之间的距离。
[0049] 本发明实施例所述的近场超宽带信号相位差测距方法，在接收端，接收发送端发射的低频超宽带信号，其中，接收到的信号包括：发送端发射的所述低频超宽带信号中的电场成分和磁场成分；获取所述接收到的信号中的电场成分和磁场成分在各频率点的相位差和对应频率；根据所述接收到的信号中的电场成分和磁场成分在各频率点的相位差和对应频率与通信距离的关系，确定测距目标之间的距离；这样，通过利用低频超宽带信号丰富的频谱资源，能够同时实现远、近距离的有效测距。
[0050] 本实施例中，所述低频超宽带信号具体是指频率在10MHz以下、相对带宽大于20％的信号。
[0051] 本实施例中，在发送端，可以通过宽带信号发射模块产生和发射所述低频超宽带信号；其中，所述宽带信号发射模块包括：信号发生器和低频超宽带发射天线；所述信号发生器，用于产生所述低频超宽带信号；所述低频超宽带发射天线，用于发射所述信号发生器产生的所述低频超宽带信号；所述低频超宽带信号包括：电场成分和磁场成分。
[0052] 本实施例中，所述低频超宽带信号可以为低频多频正弦叠加信号或低频宽带脉冲信号，所述低频多频正弦叠加信号可以但不限于采用直接数字式频率合成器(Direct Digital Synthesizer，DDS)技术产生；所述低频宽带脉冲信号可以但不限于采用阶跃恢复二极管电路产生，其中，所述低频宽带脉冲信号也可以称为低频超宽带脉冲信号，所述低频超宽带脉冲信号具体是指频率在10MHz以下、相对带宽大于20％的信号。
[0053] 本实施例中，所述低频超宽带信号还可以为其他低频信号。
[0054] 本实施例中，在接收端，可以通过接收模块接收发送端发射的低频超宽带信号，其中，接收到的信号(简称：接收信号)包括：发送端发射的所述低频超宽带信号中的电场成分和磁场成分；其中，所述接收模块包括：低频超宽带接收天线；所述低频超宽带接收天线，用于接收所述低频超宽带发射天线器发射的所述低频超宽带信号中的电场成分和磁场成分。
[0055] 在前述近场超宽带信号相位差测距方法的具体实施方式中，进一步地，所述获取所述接收到的信号中的电场成分和磁场成分在各频率点的相位差和对应频率包括：
[0056] 对所述接收到的信号中的电场成分和磁场成分分别进行采样转换，得到所述电场成分对应的数字电场信号和所述磁场成分对应的数字磁场信号；
[0057] 对所述数字电场信号和所述数字磁场信号进行频域分析，得到所述接收到的信号中的电场成分和磁场成分在各频率点的相位差和对应频率。
[0058] 本实施例中，可以通过获取模块获取所述接收到的信号中的电场成分和磁场成分在各频率点的相位差和对应频率，其中，所述获取模块包括：转换单元和分析单元；其中，所述转换单元，用于对所述接收到的信号中的电场成分和磁场成分分别进行采样转换，得到所述电场成分对应的数字电场信号和所述磁场成分对应的数字磁场信号；所述分析单元，用于对所述数字电场信号和所述数字磁场信号进行频域分析，得到所述接收到的信号中的电场成分和磁场成分在各频率点的相位差和对应频率。
[0059] 本实施例中，可以通过确定模块根据所述接收到的信号中的电场成分和磁场成分在各频率点的相位差和对应频率与通信距离的关系，确定测距目标之间的距离。
[0060] 本实施例中，结合图1，对所述近场超宽带信号相位差测距方法的工作原理进行说明：
[0061] 通过宽带信号发射模块中的信号发生器101产生低频超宽带信号102，通过宽带信号发射模块中的低频超宽带发射天线103将发射信号104(发射信号104为：低频超宽带发射天线103接收到的低频超宽带信号102)发射出去；发射信号104到达接收端后变为接收信号105，在接收端，经低频超宽带接收天线接收后，得到接收信号105中的电场成分106和磁场成分107，接着，通过转换单元108转化为对应的数字电场信号109和对应的数字磁场信号
110；分析单元会对109和110做频域分析，得到接收信号105在各频率下对应的相位差112及对应频率113；确定模块依据得到接收信号在各频率下对应的相位差112及对应频率113与通信距离r的关系，确定最优距离估计值 即：测距目标之间的距离。
[0062] 在前述近场超宽带信号相位差测距方法的具体实施方式中，进一步地，所述对所述数字电场信号和所述数字磁场信号进行频域分析，得到所述接收到的信号中的电场成分和磁场成分在各频率点的相位差和对应频率包括：
[0063] 对所述数字电场信号和所述数字磁场信号分别进行频域变换，得到所述数字电场信号对应的频域特性和所述数字磁场信号对应的频域特性；
[0064] 根据所述数字电场信号对应的频域特性得到所述数字电场信号对应的相频特性，根据所述数字磁场信号对应的频域特性得到所述数字磁场信号对应的相频特性；
[0065] 根据所述数字电场信号对应的相频特性和所述数字磁场信号对应的相频特性，得到所述接收到的信号中的电场成分和磁场成分在各频率点的相位差和对应频率。
[0066] 本实施例中，如图3所示，所述分析单元包括：频域获取器、相位计算器及差值运算器；可以通过频域获取器对所述数字电场信号201和所述数字磁场信号202分别进行频域变换，得到所述数字电场信号对应的频域特性203和所述数字磁场信号对应的频域特性204；相位计算器根据所述数字电场信号对应的频域特性203得到所述数字电场信号对应的相频特性205，根据所述数字磁场信号对应的频域特性204得到所述数字磁场信号对应的相频特性206；差值运算器根据所述数字电场信号对应的相频特性205和所述数字磁场信号对应的相频特性206，得到所述接收到的信号中的电场成分和磁场成分在各频率点的相位差207及其对应频率208。
[0067] 综上，在发送端，通过信号发生器产生低频超宽带信号，再经由低频超宽带发射天线将该低频超宽带信号发射出去；在接收端，通过低频超宽带接收天线接收低频超宽带发射天线发射的信号，得到所述低频超宽带发射天线器发射的所述低频超宽带信号中的电场成分和磁场成分，再经转换单元分别得到数字电场信号和数字磁场信号；通过分析单元根据频域分析法对转换单元得到的数字电场信号和数字磁场信号计算得到接收信号在在各频率点的相位差和对应频率；通过确定模块依据分析单元得到的相位差及其对应频率与通信距离的关系，确定最优距离估计值，即：测距目标之间的距离；这样，通过利用低频超宽带信号丰富的频谱资源，能够同时实现远、近距离的有效测距。
[0068] 实施例二
[0069] 本发明还提供一种近场超宽带信号相位差测距系统的具体实施方式，由于本发明提供的近场超宽带信号相位差测距系统与前述近场超宽带信号相位差测距方法的具体实施方式相对应，该近场超宽带信号相位差测距系统可以通过执行上述方法具体实施方式中的流程步骤来实现本发明的目的，因此上述近场超宽带信号相位差测距方法具体实施方式中的解释说明，也适用于本发明提供的近场超宽带信号相位差测距系统的具体实施方式，在本发明以下的具体实施方式中将不再赘述。
[0070] 参看图4所示，本发明实施例还提供一种近场超宽带信号相位差测距系统，包括：
[0071] 接收模块11，用于在接收端，接收发送端发射的低频超宽带信号，其中，接收到的信号包括：发送端发射的所述低频超宽带信号中的电场成分和磁场成分；
[0072] 获取模块12，用于获取所述接收到的信号中的电场成分和磁场成分在各频率点的相位差和对应频率；
[0073] 确定模块13，用于根据所述接收到的信号中的电场成分和磁场成分在各频率点的相位差和对应频率与通信距离的关系，确定测距目标之间的距离。
[0074] 本发明实施例所述的近场超宽带信号相位差测距系统，在接收端，接收发送端发射的低频超宽带信号，其中，接收到的信号包括：发送端发射的所述低频超宽带信号中的电场成分和磁场成分；获取所述接收到的信号中的电场成分和磁场成分在各频率点的相位差和对应频率；根据所述接收到的信号中的电场成分和磁场成分在各频率点的相位差和对应频率与通信距离的关系，确定测距目标之间的距离；这样，通过利用低频超宽带信号丰富的频谱资源，能够同时实现远、近距离的有效测距。
[0075] 在前述近场超宽带信号相位差测距系统的具体实施方式中，进一步地，所述低频超宽带信号包括：低频多频正弦叠加信号或低频宽带脉冲信号。
[0076] 在前述近场超宽带信号相位差测距系统的具体实施方式中，进一步地，所述系统还包括：
[0077] 第一产生模块，用于利用DDS技术产生所述低频多频正弦叠加信号；
[0078] 第二产生模块，用于利用阶跃恢复二极管电路产生所述低频宽带脉冲信号。
[0079] 在前述近场超宽带信号相位差测距系统的具体实施方式中，进一步地，所述获取模块包括：
[0080] 转换单元，用于对所述接收到的信号中的电场成分和磁场成分分别进行采样转换，得到所述电场成分对应的数字电场信号和所述磁场成分对应的数字磁场信号；
[0081] 分析单元，用于对所述数字电场信号和所述数字磁场信号进行频域分析，得到所述接收到的信号中的电场成分和磁场成分在各频率点的相位差和对应频率。
[0082] 在前述近场超宽带信号相位差测距系统的具体实施方式中，进一步地，所述分析单元包括：
[0083] 频域获取器，用于对所述数字电场信号和所述数字磁场信号分别进行频域变换，得到所述数字电场信号对应的频域特性和所述数字磁场信号对应的频域特性；
[0084] 相位计算器，用于根据所述数字电场信号对应的频域特性得到所述数字电场信号对应的相频特性，根据所述数字磁场信号对应的频域特性得到所述数字磁场信号对应的相频特性；
[0085] 差值运算器，用于根据所述数字电场信号对应的相频特性和所述数字磁场信号对应的相频特性，得到所述接收到的信号中的电场成分和磁场成分在各频率点的相位差和对应频率。
[0086] 以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
