一种蓝牙定位方法技术

本发明专利技术涉及一种蓝牙定位方法，使用在一个蓝牙定位系统中，蓝牙定位系统包括至少一个蓝牙发射模块和至少一个蓝牙接收模块，蓝牙接收模块包含一个蓝牙天线装置以及一个信号分析模块，蓝牙天线装置包含一个接收端电路板、以及一个设置于接收端电路板上的一个蓝牙天线阵列，蓝牙天线阵列中包含有4个天线，各天线通过一个信号馈入点电性接入该接收端电路板，4个信号馈入点排列成一直线通过蓝牙定位計算方法完成蓝牙发射模块的定位。运用在大量的数据计算中的蓝牙定位计算方法，运用了统计学的正态分布方法。

A Bluetooth location method

【技术实现步骤摘要】
一种蓝牙定位方法
本专利技术涉及无线电定向的领域，尤其涉及一种通过蓝牙实现的定位技术。
技术介绍
近年来，随着用户需求的增加，无线定位技术受到越来越多的关注，推动了对无线定位技术的研究及测距技术的发展。如何尽可能地利用现存网络资源，低成本地实现对用户的精确定位一直是研究的焦点。现有的蓝牙定位方法，如下所示：申请号为CN201710130779.2公开了一种基于蓝牙的室内定位系统及其定位方法，在室内空间范围按照三维坐标系的长、宽、高分别依序号间隔布置蓝牙设备，蓝牙设备均通过无线方式与用于接收信号强弱、序号、位置、频率信息的信号接收设备通讯连接，信号接收设备与数据处理设备通讯连接，数据处理设备处理分析得到的蓝牙设备的广播频率、空间坐标位置、对应序号以及信号强弱值，数据处理设备与数据统计设备通讯连接，数据统计设备获取数据处理设备的分析结果，统计各个蓝牙设备的频率、位置、序号、强弱，对比强弱与位置，得出最靠近信号接收设备的蓝牙设备的序号，得出所属信号接收设备在室内空间范围的空间位置，定位误差小于2米。上述现有技术需要数据统计设备，要统计多个参数，即多个蓝牙设备的频率、位置、序号、强弱，对比强弱与位置，得出最靠近信号接收设备的蓝牙设备的序号，得出所属信号接收设备在室内空间范围的空间位置。现有技术申请号为CN201610813916.8公开了一种基于统计匹配的蓝牙室内定位方法，该方法包括：定位区域的划分，将室内空间区域按设定规则平均划分成多个小正方形区域；蓝牙强度统计，统计在每个小正方形区域附近的蓝牙信号强度范围；手机终端的匹配定位，手机终端通过接收的蓝牙信号强度来匹配所统计的蓝牙信号强度范围，以此定出所在区域，实现定位。上述现有技术中当人拿着手机打开APP进入了被蓝牙设备覆盖的区域，就开始了匹配定位。首先确定好离手机最近的四个蓝牙设备，蓝牙设备都带有名字，可以进行区分。通过搜索的方式可以在短时间内连续获取多个RSSI强度值。当获取了足够数量的数据之后就进行统计匹配。这里的匹配是算法的核心部分，将每四个强度值分别与m的平方个区域的强度范围进行比较，若四个RSSI数值与四个区间都匹配，即该位置的计数器值加一，如此类推，完成所有的对比。通过计算每个小正方形区间出现的计数值除以计数总数可以获得概率，概率最大的区域即为定位到的地点，从统计学的角度出发，当获取的RSSI数据量足够大时，概率最大者一定为正确的位置。由此可以实现定位。上述两个专利，都属于蓝牙定位
内的现有技术，使用到了统计知识，但是都需要较多的硬件设备，而且需要人工操作，不能实现全自动定位。现有的AOA算法，即基于到达角度测距的定位算法，通过某些硬件设备感知发射节点信号的到达方向，计算接收节点和锚节点之间的相对方位或角度，然后再利用三角测量法或其他方式计算出未知节点的位置。在实际计算中，在信号发射到接收的极短的时间内，天线阵列因为相邻的天线间隔距离太短，导致接收到蓝牙信号而测出的到达角度的信息很难绝对精确，从而也会对设备定位的计算有影响。基于上述现有技术，亟待改善的是需要提供一种具有简单排列结构的天线与算法，同时能够提高计算速度的无线定位方法。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供一种蓝牙定位方法。一种蓝牙定位方法，使用在一个蓝牙定位系统中，蓝牙定位系统包括至少一个蓝牙发射模块和至少一个蓝牙接收模块，蓝牙接收模块包含一个蓝牙天线装置以及一个信号分析模块，蓝牙天线装置包含一个接收端电路板、以及一个设置于接收端电路板上的一个蓝牙天线阵列，蓝牙天线阵列中包含有4个天线，各天线通过一个信号馈入点电性接入该接收端电路板，4个信号馈入点排列成一直线LA，两两相邻的信号馈入点之间的距离ri,j≤λ/4，其中λ为蓝牙波长；蓝牙定位方法包含下列步骤：S1：蓝牙发射模块发射蓝牙信号；S2：启动一段预设时间；S3：蓝牙接收模块通过蓝牙天线阵列接收蓝牙信号，测得天线接收到的蓝牙信号的相位(φ1、φ2、φ3、φ4)；S4：分析生成任两个天线接收到的蓝牙信号的相位差Δφi,j＝φj-φi；S5：基于所述相位差Δφi,j，分析生成所述蓝牙天线阵列(210)接收到的蓝牙信号(600)的多个入射角(θi,j)，入射角(θi,j)是所述蓝牙信号(600)到所述信号馈入点(211A、212A、213A、214A)的入射线与所述直线LA的垂线的夹角，其中θi,j＝arcsin(λ*ΔΦi,j/(2πri,j))；S6：基于所述入射角(θi,j)，得到入射角的余角(θi,i＝1to4)；S7：基于入射角计算出来的余角(θ1、θ2、θ3、θ4)，分析生成蓝牙发射模块到直线LA的多个垂直距离di,i+1，其中di,i+1＝ri,i+1*tanθitanθj+1/(tanθi-tanθj+1)；S8：基于多个垂直距离(di,i+1)，分析生成最佳垂直距离(dopt)；S9：基于最佳垂直距离(dopt)，分析生成蓝牙发射模块到信号馈入点的距离(Li,j＝1to4)，其中Li＝dopt/sinθi；S10：重复步骤S3至S9，直到预设时间结束；S11：基于步骤S9生成的多个距离(Li,i＝1to4)及多个入射角(θi,j)，生成最佳距离(Lopt)及最佳入射角(θopt)，藉此，完成蓝牙发射模块的定位。需要说明的是，4个天线中，两两相邻的信号馈入点之间的距离(ri,i+1)为相同。需要说明的是，步骤S4中，Δφi,j包括Δφ1,2、Δφ1,3、Δφ1,4。需要说明的是，步骤S4中，Δφi,j更包括Δφ2,3、Δφ3,4、Δφ2,4。需要说明的是，预设时间可实时更换，一般为毫秒单位。需要说明的是，步骤S8中，最佳垂直距离(dopt)是通过对多个垂直距离取平均数而生成。需要说明的是，步骤S8中，最佳垂直距离(dopt)是通过对多个垂直距离的正负1.96个标准差内的数据，取中位数而生成。需要说明的是，步骤S11中，最佳距离(Lopt)是通过对多个距离(Li)取平均数而生成，最佳入射角(θopt)是通过对多个入射角(θi,j)取平均数而生成。需要说明的是，步骤S11中，最佳距离(Lopt)是通过对多个距离(Li)的正负1.96个标准差内的数据，取中位数而生成；最佳入射角(θopt)是通过对多个入射角(θi,j)的正负1.96个标准差内的数据，取中位数而生成。需要说明的是，蓝牙发射模块和蓝牙接收模块为蓝牙协议4.1以上的蓝牙装置。本专利技术将四个天线等距排列成一直线，两两相邻的天线的信号馈入点之间的距离不大于1/4的蓝牙波长λ，可以保证多根天线接收到的蓝牙信号在同一个波工周期内，天线切换周期与发射端信号发射周期相符，即可以看作多根天线“同时”接收到蓝牙信号。本专利技术很好的小型化低功耗的解决了AOA天线阵列信号接收问题；同时，引入相位差来计算蓝牙天线阵列210接收到信号的入射角，从而计算得到蓝牙装置的位置关系，解决了无线电到达两根天线的时间差的计算难度非常大的问题，从而很好解决了TDOA算法的时间差的计算问题。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术作附图说明：图1为本专利技术中蓝牙天线装置的结构图。图2为本专利技术中蓝牙定位系统的结构示意图。图3为本专利技术中蓝牙天线阵列接收到本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种蓝牙定位方法，使用在一个蓝牙定位系统中，所述蓝牙定位系统包括至少一个蓝牙发射模块(100)和至少一个蓝牙接收模块(200)，所述蓝牙接收模块(200)包含一个蓝牙天线装置以及一个信号分析模块(220)，所述蓝牙天线装置包含一个接收端电路板(240)、以及一个设置于所述接收端电路板(240)上的一个蓝牙天线阵列(210)，所述蓝牙天线阵列(210)中包含有4个天线(211、212、213、214)，各所述天线通过一个信号馈入点(211A、212A、213A、214A)电性接入该接收端电路板(240)，所述4个信号馈入点(211A、212A、213A、214A)排列成一直线LA，两两相邻的所述信号馈入点(211A、212A、213A、214A)之间的距离(ri,i+1)≤λ/4，其中λ为蓝牙波长；所述蓝牙定位方法的特征在于包含下列步骤：S1：所述蓝牙发射模块(100)发射蓝牙信号(600)；S2：启动一段预设时间；S3：所述蓝牙接收模块(200)通过所述蓝牙天线阵列(210)接收所述蓝牙信号(600)，测得所述天线(211、212、213、214)接收到的所述蓝牙信号(600)的相位(φ1、φ2、φ3、φ4)；S4：分析生成任两个所述天线接收到的所述蓝牙信号(600)的相位差Δφi,j＝φj‑φi；S5：基于所述相位差Δφi,j，分析生成所述蓝牙天线阵列(210)接收到的蓝牙信号(600)的多个入射角(θi,j)，入射角(θi,j)是所述蓝牙信号(600)到所述信号馈入点(211A、212A、213A、214A)的入射线与所述直线LA的垂线的夹角，其中θi,j＝arcsin(λ*Δφi,j/(2πri,j))；S6：基于所述入射角(θi,j)，得到入射角的余角(θi,i＝1to4)；S7：基于所述入射角的余角(θ1、θ2、θ3、θ4)，分析生成所述蓝牙发射模块(100)到所述直线LA的多个垂直距离(di,i+1)，其中di,i+1＝ri,i+1*tanθitanθi+1/(tanθi‑tanθi+1)；S8：基于所述多个垂直距离(di,i+1)，分析生成最佳垂直距离(dopt)；S9：基于所述最佳垂直距离(dopt)，分析生成所述蓝牙发射模块(100)到所述信号馈入点(211A、212A、213A、214A)的距离(Li,i＝1to4)，其中Li＝dopt/sinθi；S10：重复步骤S3至S9，直到所述预设时间结束；S11：基于步骤S9生成的多个距离(Li,i＝1to4)及多个入射角(θi,j)，生成最佳距离(Lopt)及最佳入射角(θopt)，藉此，完成所述蓝牙发射模块(100)的定位。...

【技术特征摘要】
1.一种蓝牙定位方法，使用在一个蓝牙定位系统中，所述蓝牙定位系统包括至少一个蓝牙发射模块(100)和至少一个蓝牙接收模块(200)，所述蓝牙接收模块(200)包含一个蓝牙天线装置以及一个信号分析模块(220)，所述蓝牙天线装置包含一个接收端电路板(240)、以及一个设置于所述接收端电路板(240)上的一个蓝牙天线阵列(210)，所述蓝牙天线阵列(210)中包含有4个天线(211、212、213、214)，各所述天线通过一个信号馈入点(211A、212A、213A、214A)电性接入该接收端电路板(240)，所述4个信号馈入点(211A、212A、213A、214A)排列成一直线LA，两两相邻的所述信号馈入点(211A、212A、213A、214A)之间的距离(ri,i+1)≤λ/4，其中λ为蓝牙波长；所述蓝牙定位方法的特征在于包含下列步骤：S1：所述蓝牙发射模块(100)发射蓝牙信号(600)；S2：启动一段预设时间；S3：所述蓝牙接收模块(200)通过所述蓝牙天线阵列(210)接收所述蓝牙信号(600)，测得所述天线(211、212、213、214)接收到的所述蓝牙信号(600)的相位(φ1、φ2、φ3、φ4)；S4：分析生成任两个所述天线接收到的所述蓝牙信号(600)的相位差Δφi,j＝φj-φi；S5：基于所述相位差Δφi,j，分析生成所述蓝牙天线阵列(210)接收到的蓝牙信号(600)的多个入射角(θi,j)，入射角(θi,j)是所述蓝牙信号(600)到所述信号馈入点(211A、212A、213A、214A)的入射线与所述直线LA的垂线的夹角，其中θi,j＝arcsin(λ*Δφi,j/(2πri,j))；S6：基于所述入射角(θi,j)，得到入射角的余角(θi,i＝1to4)；S7：基于所述入射角的余角(θ1、θ2、θ3、θ4)，分析生成所述蓝牙发射模块(100)到所述直线LA的多个垂直距离(di,i+1)，其中di,i+1＝ri,i+1*tanθitanθi+1/(tanθi-tanθi+1)；S8：基于所述多个垂直距离(di,i+1)，分析生成最佳垂直距离(dopt)；S9：基于所述最佳垂直距离(...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄杰，胡长松，张眼，杨大庆，罗义呈，
申请(专利权)人：深圳市昇润科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44