基于蓝牙AOA技术的高尔夫球定位系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于蓝牙AOA技术的高尔夫球定位系统及方法。本发明专利技术根据架设蓝牙天线矩阵，通过天线阵列捕获BLE发出的同相样本和正交样本，通过这些样本计算天线阵列各个原件接收到的无线电信号的相位差；然后以一系列相位差作为参数，根据空间拟合算法计算高尔夫球位置坐标，同时根据高尔夫球的动态定位轨迹，通过线性回归算法来计算运动线路，最终预测定位坐标，以这两个坐标的中间点作为最终坐标。本发明专利技术采用定位纠错算法和线性回归算法对不同地形和不同天气建立不同的动态预测运动轨迹，根据当前区域的预测误差调整特征预测值，定位的准确度高；使用蓝牙BLE5.1以上版本的硬件装置，工作范围广阔，网络布点数量少，成本低，能耗低。耗低。耗低。

【技术实现步骤摘要】
基于蓝牙AOA技术的高尔夫球定位系统及方法


[0001]本专利技术属于定位
，涉及一种基于蓝牙AOA技术的高尔夫球定位系统及方法。

技术介绍

[0002]传统定位技术主要包括卫星定位、超声波定位、基站定位、RFID定位和蓝牙RSSI定位技术。但是上述技术都存在种种问题，比如实施方法复杂、成本偏高、精确度低等等。对于高尔夫定位系统来说，需要精确定位高尔夫球的落点位置，减少高尔夫球的寻球时间。
[0003]现今蓝牙SIG组织推出蓝牙BLE 5.1标准，具备寻向功能定位精度可达厘米级，而蓝牙RSSI定位精度为1到10米。它提供两种不同定位方法，AoA到达角和AOD出发角，其基本原理是发射机发射正弦波信号，接收机接收信号并计算相位。因此提出了一种基于蓝牙AOA技术的高尔夫球定位系统及方法，用于高尔夫球的落点位置的精确定位，便于寻球。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的就是提供一种基于蓝牙AOA技术的高尔夫球定位系统及方法。根据架设蓝牙天线矩阵，通过天线阵列捕获BLE发出的同相样本和正交样本，通过样本数据计算天线阵列接收到的无线电信号的相位差；然后以一系列相位差作为参数，根据空间拟合算法计算高尔夫球位置坐标，然后以一个时间段的高尔夫球的动态定位轨迹，通过线性回归算法来计算运动线路，预测球体的最终坐标，最后通过影响因子再次优化最终坐标点的坐标。
[0005]本专利技术基于蓝牙信标线性矩阵、蓝牙芯片实现，蓝牙信标线性矩阵均匀的布设在高尔夫球场内，沿矩形网格放置蓝牙天线元件，蓝牙天线元件为4x4阵列；球场以10米*10米作为一个区域，建立影响因子数据库，每个区域存放不同天气地形的影响因子，用于纠正预测误差。在高尔夫球内部安装一个支持蓝牙BLE5.1版本的蓝牙芯片，用于发射位置信号；
[0006]基于上述系统，有如下高尔夫球定位方法：
[0007]当高尔夫球落到某个矩形天线矩阵中，矩阵中4个点两两匹配，通过不同天线的相位差计算同相样本和正交样本，然后将6组计算结果发送到云端定位服务器；
[0008]定位服务器接收到数据后，根据AoA算法计算出6组实际的坐标，然后通过定位纠错算法继续计算出t时刻的精确的位置Pos
t
。
[0009]在高尔夫球停止运动之前，定位服务器以设定周期N计算高尔夫球的位置数值，通过线性回归算法拟合出高尔夫球在周期N内的运动轨迹曲线函数LinearRegPos。
[0010]当高尔夫球停止运动后，首先根据LinearRegPos计算坐标Pos0，然后根据Pos0和当前天气情况，从影响因子数据库中取出Pos0所处区域的特征预测值σ
his
，计算坐标Pos1，以这两个坐标的中间点作为最终坐标。
[0011]找到高尔夫球后，通过人工测量发送的真实坐标Pos
r
，计算出所处区域的预测误差σ
cur
，当该区域误差达到设定阈值时，调整该区域在影响因子数据库的特征预测值σ
his
。
[0012]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0013]精准定位：采用了基于角定位技术的空间拟合纠错算法(定位纠错算法)，将传统的定位误差从1
‑
10米降低到20
‑
40cm；由于高尔夫球的直径一般为42.67mm，20
‑
40cm的误差较1
‑
10米，更适用于找球。
[0014]动态预测：通过线性回归算法，不仅仅是静态的单一信号来预测最终的坐标，而且通过运动中的连续点，通过曲线轨迹大幅度提高准确度。通过对不同地形和不同天气建立不同的线性回归预测值，准确描述地形以及天气对运动轨迹的影响，充分考虑了天气和地形对定位准确度的影响，提高计算精度。
[0015]人工智能微调：通过真实坐标计算出当前区域的预测误差，根据当前区域的预测误差调整特征预测值，进一步提高定位的准确度；
[0016]范围广成本低：使用蓝牙BLE5.1以上版本的硬件装置，理论上可以达到300米，实际距离100米左右，工作范围广阔，减少网络布点数量，降低成本；
[0017]低耗节能：通过蓝牙BLE协议，每次连接交互数据量小、连接快，通讯时间2
‑
3毫秒,2万次连接的实际工作时间仅为1分钟；非连接时处于休眠状态，能耗低，一次充电后可工作长达1年。
附图说明
[0018]图1为高尔夫球场的蓝牙信标布点图；
[0019]图2为实施例中两个区域中一个坐标点的影响因子表；
[0020]图3为高尔夫球内置蓝牙芯片和天线的结构图；
[0021]图4为蓝牙BLE5.1AoA角定位逻辑图；
[0022]图5为4个定位器产生6个坐标的逻辑图；
[0023]图6为定位纠错算法的几何图；
[0024]图7为线性回归的坐标图；
[0025]图8为通过影响因子预测值修正位置图；
[0026]图9为预测过程的逻辑图。
具体实施方式
[0027]以下结合附图详细说明本专利技术基于蓝牙AOA技术的高尔夫球定位系统和方法的具体实施步骤。
[0028]在高尔夫球场中建立蓝牙定位器矩阵，如图1所示，矩阵采用正方形排列，其间隔距离为N(N一般为50
‑
100米之间，本实施例以100米为例)，距离地面的高度H(H一般为40
‑
100厘米)。
[0029]在数据库中建立如图2所示不同区域和不同天气的影响因子，天候分为晴、阴、雨、雪这四种，区域的类型通过坐标来获取。在系统初始化的时候，分别测定4种天气下，球体从滚动到停止的影响因子，即线性规划的的特征预测值，每种天气采样次数100次以上，求出平均值。
[0030]如图3所示，在高尔夫球内部安装一个支持蓝牙5.1版本以上的芯片；考虑高尔夫球的大小为42.67mm，芯片长宽尺寸均不大于20mm才具有实用可行性，本实施例选取Nordic
公司型号为Nordic E73
‑
2G4M08S1C的芯片；并且在球体外表面的内部附近包裹一个球形金属天线网罩(通过两条天线连接芯片)，用于发送无线信号；最后在外部包裹一层耐磨橡胶层保证球体的强度。考虑到球体的密封性，在高尔夫球内部设置锂电池线圈模组为蓝牙芯片供电，通过无线充电的对锂电池线圈模组进行充电。
[0031]如图4所示，当高尔夫球停止滚动，固定在某个信标矩形内部，其内部的蓝牙芯片通过天线发送CTE(固定频率扩展信号，Constant Tone Extension)信号给周围的蓝牙信标。当定位器的天线阵列收到信号后，由于不同天线之间的相位差是不一样的，根据信号的波长、天线之间的距离和接收信号的相位，通过蓝牙到达角AOA算法，将每个天线的角度和样本数据集IQ，发送给定位服务器。
[0032]如图5所示，当定位服务器收到角度数据后，根据两天线的角度和样本数据集，通过4个矩形定位器的不同组合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于蓝牙AOA技术的高尔夫球定位系统，其特征在于：包括蓝牙信标线性矩阵和蓝牙芯片，蓝牙信标线性矩阵均匀的布设在高尔夫球场内，沿矩形网格放置蓝牙天线元件，蓝牙天线元件为4x4阵列；球场以10米*10米作为一个区域，建立影响因子数据库，每个区域存放不同天气地形的影响因子，用于纠正预测误差；在高尔夫球内部安装一个支持蓝牙BLE5.1版本的蓝牙芯片，用于发射位置信号。2.如权利要求1所述的高尔夫球定位系统，其特征在于：所述的高尔夫球内部设置锂电池线圈模组为蓝牙芯片供电，通过无线充电的对锂电池线圈模组进行充电。3.如权利要求1所述的高尔夫球定位系统，其特征在于：所述的芯片长宽尺寸均不大于20mm。4.基于权利要求1所述系统的高尔夫球定位方法，其特征在于：包括如下步骤：当高尔夫球落到某个矩形天线矩阵中，矩阵中4个点两两匹配，通过不同天线的相位差计算同相样本和正交样本，然后将6组计算结果发送到云端定位服务器；定位服务器接收到数据后，根据AoA算法计算出6组实际的坐标，然后通过定位纠错算法继续计算出t时刻的精确的位置Pos
t
；在高尔夫球停止运动之前，定位服务器以设定周期N计算高尔夫球...

【专利技术属性】
技术研发人员：李阳，
申请(专利权)人：杭州师范大学，
类型：发明
国别省市：