CN104837200B - 一种基于方位定向的定位监听装置及室内定位系统 - Google Patents
一种基于方位定向的定位监听装置及室内定位系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种基于方位定向的室内定位系统，该定位监听装置借助蓝牙信标模块实施定位监听信号的发送，功耗低、续航时间长，能够与目前市面上的主流个人移动设备相适配，且借助电磁屏蔽罩的屏蔽隔离和反射面定向的作用，结合蓝牙无线通信的信号强度检测和测距，较好地保证了定位准确性，解决了现有技术中室内定位技术难以满足室内定位应用需求，限制室内定位技术推广发展的问题；同时，利用本发明基于方位定向的定位监听装置，借助具有数据处理功能的定位处理器，就可以组合构建形成一套基于方位定向的室内定位系统，并且构建形式多样，能够满足多种不同室内定位应用环境的需求。
Description
技术领域
本发明涉及室内定位技术和蓝牙短距离无线通信技术领域，尤其涉及一种基于方位定向的定位监听装置，本发明同时还涉及采用该基于方位定向的定位监听装置的室内定位系统。
背景技术
在室内空间，由于受到卫星信号到达地面时信号强度较弱、不能穿透建筑物等问题，无法使用卫星定位，因此需要实现人员、物体等在室内空间中的位置定位，就需要借助到室内定位技术。
室内定位技术是指在室内环境中主要采用无线通讯、基站定位、惯导定位等多种技术集成形成一套室内位置定位体系，确定室内空间中的人员、物体等所处位置的定位技术。目前主要采用的室内定位技术主要借助蜂窝基站定位、红外线定位、RFID定位等方式实现。借助蜂窝基站进行室内定位，同样涉及到蜂窝信号收到建筑物阻挡而定位性能较差的问题。借助红外线或RFID进行室内定位，主要是通过在室内分布设置安装若干个红外光学传感器或射频接收器，来接收各移动设备所发射的红外射线或者射频信号进行定位，可以解决室内定位的问题；但是，由于红外光线不能穿过障碍物，使得红外射线仅能视距传播，并且容易受其他灯光干扰，而射频信号虽然能够穿过障碍物，但其作用距离较短（一般最长仅为几十米），并且这两种定位方式都依赖于在室内布设大量的探测接收器感测信号后，借助多点定位算法（与基站定位算法相类似）计算出定位位置，大量的探测接收器不仅导致室内定位系统硬件成本的增加，还需要在室内针对各个进行探测接收器较为复杂的供电布线设计，总体造价较高，并且多点定位运算处理过程较为复杂，如果运算不当，或者其中一个探测接收器出现故障，则容易出现较大的定位误差，定位和定向的准确性都不够稳定。更重要的是，红外射线发射器和RFID射频发射器都不便于整合到大众常用的移动设备（例如手机）中，难以与目前市面上主流的个人移动设备进行通信适配，大大限制了室内定位技术的推广应用和发展。
为了顺应人们对室内定位应用技术的需求，室内定位技术的发展应当满足如下几方面的要求：
1、能够与大多数个人移动设备（例如手机）进行通信适配；
2、需要具备较长的工作年限，并且尽可能降低室内供电方案的实施成本；
3、能够较为准确地完成定向和距离的定位，从而较好地保证定位准确性。
而如何能够找到满足上述要求的室内定位设备和技术，成为了室内定位技术推广和发展的技术突破口。
发明内容
针对现有技术中存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种基于方位定向的定位监听装置，以满足能够与个人移动设备普遍适配通信和长时间续航工作的要求，并且能够用以较为准确地进行定向和距离的定位，来解决现有技术中室内定位技术难以满足室内定位应用需求，限制室内定位技术推广发展的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术手段：
一种基于方位定向的定位监听装置，包括电源和至少两个蓝牙信标模块；其中，由电源通过供电电路为各个蓝牙信标模块供电；每个蓝牙信标模块通过设置在其对应位置处的电磁屏蔽罩与其它蓝牙信标模块相互隔开；每个电磁屏蔽罩具有一金属材质且呈抛物面形状的反射面，且各个电磁屏蔽罩的反射面分别朝向不同的方向，每个蓝牙信标模块安装在其对应的电磁屏蔽罩的反射面焦点位置处，使得蓝牙信标模块的信号通信方向被定向为其对应电磁屏蔽罩的反射面所朝向的方向。
相应地，本发明还提供了采用上述基于方位定向的定位监听装置的室内定位系统实现方案；为此，本发明采用了如下的技术方案：
一种基于方位定向的室内定位系统，包括上述的定位监听装置和定位处理器；所述定位监听装置用于通过其各个蓝牙信标模块分别与进入其蓝牙信号覆盖范围的低功耗蓝牙通信设备进行蓝牙无线通信；所述定位处理器记录有定位监听装置中各个蓝牙信标模块对应的信号通信方向信息，用于获取定位监听装置中各个蓝牙信标模块各自与低功耗蓝牙通信设备进行蓝牙无线通信的信号强度，根据定位监听装置中各个蓝牙信标模块对应的蓝牙无线通信信号强度以及各个蓝牙信标模块对应的信号通信方向信息估算低功耗蓝牙通信设备与定位监听装置之间的方位角度，并采用信号强度测距算法确定低功耗蓝牙通信设备与定位监听装置之间的距离，从而确定定位监听装置与低功耗蓝牙通信设备之间的相对位置关系，实现定位。
上述基于方位定向的室内定位系统中，作为一种可选择方案，所述定位监听装置中的各个蓝牙信标模块还用于分别检测其各自与低功耗蓝牙通信设备进行蓝牙无线通信的信号强度；所述定位处理器与所述定位监听装置设置在同一设备上，且定位处理器分别与定位监听装置中各个蓝牙信标模块进行数据通信连接，获取各个蓝牙信标模块各自与低功耗蓝牙通信设备进行蓝牙无线通信的信号强度。
上述基于方位定向的室内定位系统中，作为一种可选择方案，所述定位监听装置中的各个蓝牙信标模块还用于分别检测其各自与低功耗蓝牙通信设备进行蓝牙无线通信的信号强度，且各个蓝牙信标模块还分别与一个移动通信模块进行数据通信连接；所述定位处理器设置于移动通信网络设备上，通过移动通信网络设备与定位监听装置的移动通信模块进行移动通信，从而获取定位监听装置中各个蓝牙信标模块各自与低功耗蓝牙通信设备进行蓝牙无线通信的信号强度。
上述基于方位定向的室内定位系统中，作为一种可选择方案，所述室内定位系统还包括低功耗蓝牙通信设备，所述低功耗蓝牙通信设备用于在与定位监听装置进行蓝牙无线通信时检测定位监听装置中各个蓝牙信标模块各自与其进行蓝牙无线通信的信号强度；所述定位处理器与所述低功耗蓝牙通信设备设置在同一设备上，且定位处理器与低功耗蓝牙通信设备进行数据通信连接，获取定位监听装置中各个蓝牙信标模块各自与低功耗蓝牙通信设备进行蓝牙无线通信的信号强度。
上述基于方位定向的室内定位系统中，作为一种可选择方案，所述室内定位系统还包括具备移动通信能力的低功耗蓝牙通信设备，所述低功耗蓝牙通信设备用于在与定位监听装置进行蓝牙无线通信时检测定位监听装置中各个蓝牙信标模块各自与其进行蓝牙无线通信的信号强度；所述定位处理器设置于移动通信网络设备上，通过移动通信网络设备与所述具备移动通信能力的低功耗蓝牙通信设备进行移动通信，从而获取定位监听装置中各个蓝牙信标模块各自与低功耗蓝牙通信设备进行蓝牙无线通信的信号强度。
上述基于方位定向的室内定位系统中，作为一种可选择方案，所述定位监听装置中包含有至少三个蓝牙信标模块；所述定位处理器估算低功耗蓝牙通信设备与定位监听装置之间的方位角度的具体方式为：定位处理器中预设有方位换算关系式；所述方位换算关系式用于记录定位监听装置中任意三个蓝牙信标模块与同一外设通信的蓝牙无线通信信号强度比例和该外设相对于所述三个蓝牙信标模块各自对应的信号通信方向的偏离角度之间的换算关系；定位处理器则根据定位监听装置中任意三个蓝牙信标模块与低功耗蓝牙通信设备通信的蓝牙无线通信信号强度，利用所述方位换算关系式，换算确定低功耗蓝牙通信设备相对于所述三个蓝牙信标模块各自对应的信号通信方向的偏离角度，进而确定低功耗蓝牙通信设备与定位监听装置之间的方位角度。
上述基于方位定向的室内定位系统中，作为进一步改进方案，所述定位处理器估算低功耗蓝牙通信设备与定位监听装置之间的方位角度时，还根据定位监听装置中各个蓝牙信标模块各自的通信能力对其蓝牙无线通信信号强度的影响情况，对估算的低功耗蓝牙通信设备与定位监听装置之间的方位角度进行补偿修正。
上述基于方位定向的室内定位系统中，作为一种可选择方案，所述定位处理器估算低功耗蓝牙通信设备与定位监听装置之间的方位角度的具体方式为：定位处理器将定位监听装置中与低功耗蓝牙通信设备进行通信的蓝牙无线通信信号强度最大的一个蓝牙信标模块所对应的信号通信方向确定为低功耗蓝牙通信设备相对于定位监听装置所在的方向，从而确定低功耗蓝牙通信设备与定位监听装置之间的方位角度。
相比于现有技术，本发明具有以下有益效果：
1、本发明基于方位定向的定位监听装置，其借助蓝牙信标模块实施定位监听信号的发送，功耗低、续航时间长，能够与目前市面上的主流个人移动设备相适配，且借助电磁屏蔽罩的屏蔽隔离和反射面定向的作用，结合蓝牙无线通信的信号强度检测和测距，较好地保证了定位准确性，解决了现有技术中室内定位技术难以满足室内定位应用需求，限制室内定位技术推广发展的问题。
2、利用本发明基于方位定向的定位监听装置，借助具有数据处理功能的定位处理器，就可以组合构建形成一套室内定位系统，并且构建形式多样，能够满足多种不同室内定位应用环境的需求。
附图说明
图1为本发明基于方位定向的定位监听装置一种具体实施方式的结构示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种基于方位定向的定位监听装置。如图1所示，该定位监听装置包括电源1和至少两个蓝牙信标模块2（图1中示出了设置三个蓝牙信标模块的结构示例）；其中，由电源1通过供电电路为各个蓝牙信标模块2供电；每个蓝牙信标模块2通过设置在其对应位置处的电磁屏蔽罩3与其它蓝牙信标模块相互隔开；每个电磁屏蔽罩3具有一金属材质且呈抛物面形状的反射面，且各个电磁屏蔽罩3的反射面分别朝向不同的方向，每个蓝牙信标模块2安装在其对应的电磁屏蔽罩3的反射面焦点位置处，使得蓝牙信标模块2的信号通信方向被定向为其对应电磁屏蔽罩3的反射面所朝向的方向。这里所述的反射面所朝向的方向，就是反射面的抛物面中轴线从反射面向外指向的方向。
由于该定位监听装置中每个电磁屏蔽罩的金属材质反射面具有电磁信号反射屏蔽的作用，并且反射面且呈抛物面形状，每个蓝牙信标模块就安装在其对应的电磁屏蔽罩的反射面焦点位置处，将蓝牙信标模块发出的信号进行定向反射，这样以来，借助电磁屏蔽罩的屏蔽隔离和反射面定向的作用，该定位监听装置就能够通过其中的不同蓝牙信标模块分别向不同方向发射或接收定位监听信号，从而使得蓝牙外设在某一方位与定位监听装置中各个不同蓝牙信标模块进行蓝牙无线通信的信号强度存在明显的差异，借助该信号强度差异就能够辨明蓝牙外设相对于定位监听装置的方位。利用定位监听装置所具备的这个特性，结合对二者蓝牙无线通信的信号强度检测和测距，便能够用以确定定位监听装置与蓝牙外设之间的距离，并基于蓝牙外设相对于定位监听装置的方位角度，更加确定定位监听装置与蓝牙外设之间的相对位置关系，从而用以进行更为准确的室内定位。并且，本发明的定位监听装置是借助蓝牙信标模块实施定位监听信号的发送或接收，由于蓝牙信标模块基于低功耗蓝牙技术中的名为“通告帧”的有效负载嵌入自主格式的数据来实现，功耗低，可通过纽扣电池等独立电源便可以续航工作数年，因此无需针对定位监听装置进行复杂的室内供电布线，降低了室内定位系统建设成本；蓝牙信标模块所发送或接收的“通告帧”是定期发送信号的蓝牙协议数据帧，只要是支持低功耗蓝牙通信的设备就可以接收到，而目前市面上的主流个人移动设备（例如手机、平板电脑等）都已支持低功耗蓝牙通信功能，因此解决了与个人移动设备普遍适配通信的问题。蓝牙信标模块进行蓝牙无线通信的蓝牙协议数据帧，主要由四中资讯构成，分别是UUID（通用唯一标识符）、Major、Minor和MeasuredPower；其中UUID是规定为ISO/IEC11578:1996标准的标识符；Major和Minor由蓝牙信标模块发布者自行设定，比如，可以用Major表示本发明室内方向定位系统中室内定向器装置ID、Beacon模块和方向信息之间的对应关系、Beacon模块和位置信息之间的对应关系，Major中写入Beacon模块附近环境信息的一种或几种信息；Measured Power表示蓝牙信标模块与接收器终端之间相距一定距离时的参考接收信号强度，接收器终端根据该参考RSSI与接收信号的强度便可以计算出蓝牙信标模块与接收器终端之间的距离，由此实现测距定位。
利用本发明基于方位定向的定位监听装置，同时借助具有数据处理功能的定位处理器，就可以构建一套室内定位系统，具体的应用方式为：定位监听装置用于通过其各个蓝牙信标模块分别与进入其蓝牙信号覆盖范围的低功耗蓝牙通信设备进行蓝牙无线通信；定位处理器记录有定位监听装置中各个蓝牙信标模块对应的信号通信方向信息，用于获取定位监听装置中各个蓝牙信标模块各自与低功耗蓝牙通信设备进行蓝牙无线通信的信号强度，根据定位监听装置中各个蓝牙信标模块对应的蓝牙无线通信信号强度以及各个蓝牙信标模块对应的信号通信方向信息估算低功耗蓝牙通信设备与定位监听装置之间的方位角度，并采用信号强度测距算法确定低功耗蓝牙通信设备与定位监听装置之间的距离，从而确定定位监听装置与低功耗蓝牙通信设备之间的相对位置关系，实现定位。在室内定位系统中，是基于确定定位监听装置与低功耗蓝牙通信设备之间的相对位置关系来实现定位的，因此在具体应用时，系统中的定位监听装置和低功耗蓝牙通信设备二者之中，若将其一作为被定位对象，那么就需要将另一个作为定位基准并标记其所在地理位置，以实现对被定位对象的位置定位。另一方面，系统中定位处理器设置方式的不同，也能够应用于实现不同构架的室内定位系统。
下面通过实施例对采用本发明的定位监听装置构建的室内定位系统进行进一步的介绍和说明。
实施例一：
在指定的室内定位区域中，如果已经布设有标记布设位置信息的低功耗蓝牙通信设备（例如低功耗蓝牙信标，即Beacon）作为定位地标发射器，在利用本发明基于方位定向的定位监听装置和定位处理器构建的室内定位系统中，则可以以定位监听装置所在设备作为被定位对象，由定位监听装置中的各个蓝牙信标模块还用于分别检测其各自与低功耗蓝牙通信设备进行蓝牙无线通信的信号强度，并且可以将定位处理器与所述定位监听装置设置在同一设备上，定位处理器分别与定位监听装置中各个蓝牙信标模块进行数据通信连接，获取各个蓝牙信标模块各自与低功耗蓝牙通信设备进行蓝牙无线通信的信号强度，来实现定位。
具体应用时，例如，在指定的室内定位区域中布设了低功耗蓝牙信标（即低功耗蓝牙通信设备）作为定位地标发射器，并将其布设的具体位置信息标记写入在低功耗蓝牙信标中，设定低功耗蓝牙信标以固定频率对外发送包含有其所在位置信息的数据监听包；而在作为被定位对象的用户手机上加装本发明的定位监听装置，在用户手机电路中增加定位监听装置与中央处理器的数据连接电路，用户手机的中央处理器即作为定位处理器。由此以来，使用者携带其用户手机进入指定的室内定位区域后，只要室内定位区域中布设的低功耗蓝牙信标进入了用户手机的定位监听装置中各个蓝牙信标模块的蓝牙信号覆盖范围，用户手机上的定位监听装置中各个蓝牙信标模块则能够分别监听到低功耗蓝牙信标对外发送的数据监听包，并分别检测到其各自与低功耗蓝牙信标进行蓝牙无线通信的信号强度；用户手机的中央处理器则获取各个蓝牙信标模块各自与低功耗蓝牙通信设备进行蓝牙无线通信的信号强度，根据定位监听装置中各个蓝牙信标模块对应的蓝牙无线通信信号强度以及各个蓝牙信标模块对应的信号通信方向信息估算低功耗蓝牙通信设备与定位监听装置之间的方位角度，并采用信号强度测距算法确定低功耗蓝牙通信设备与定位监听装置之间的距离，从而确定定位监听装置与低功耗蓝牙通信设备之间的相对位置关系；而与此同时，由于低功耗蓝牙信标向用户手机中的定位监听装置发送的数据监听包中携带有低功耗蓝牙信标所在的位置信息，因此用户手机的中央处理器则可以根据低功耗蓝牙信标所在的位置信息以及定位监听装置与低功耗蓝牙通信设备之间的相对位置关系，确定用户手机在室内定位区域中的具体位置，进而实现定位。
实施例二：
在指定的室内定位区域中，如果已经布设有标记布设位置信息的低功耗蓝牙通信设备（例如低功耗蓝牙信标，即Beacon）作为定位地标发射器，同时，若将定位监听装置所在设备作为被定位对象，由定位监听装置中的各个蓝牙信标模块还用于分别检测其各自与低功耗蓝牙通信设备进行蓝牙无线通信的信号强度，且需要从远端对被定位对象进行定位监控，则在利用本发明基于方位定向的定位监听装置和定位处理器构建的室内定位系统中，需要在定位监听装置中加设一个移动通信模块，各个蓝牙信标模块分别与该移动通信模块进行数据通信连接；同时，可以将定位处理器设置于移动通信网络设备上，该移动通信网络设备可以是在移动网络中的供监控者使用的服务器设备，或者可以是监控者使用的手机等移动终端设备，由此定位处理器则可以通过移动通信网络设备与定位监听装置的移动通信模块进行移动通信，从而获取定位监听装置中各个蓝牙信标模块各自与低功耗蓝牙通信设备进行蓝牙无线通信的信号强度，来实现定位。
具体应用时，例如，在指定的室内定位区域中布设了低功耗蓝牙信标（即低功耗蓝牙通信设备）作为定位地标发射器，并将其布设的具体位置信息标记写入在低功耗蓝牙信标中，设定低功耗蓝牙信标以固定频率对外发送包含有其所在位置信息的数据监听包；在作为被定位对象的用户手机上加装本发明的定位监听装置，用户手机的天线即作为与定位监听装置连接的移动通信模块，用以与移动通信网络设备进行移动通信；监控者使用的监控手机作为移动通信网络设备，监控手机上的中央处理器即作为定位处理器。由此以来，使用者携带其用户手机进入指定的室内定位区域后，只要室内定位区域中布设的低功耗蓝牙信标进入了用户手机的定位监听装置中各个蓝牙信标模块的蓝牙信号覆盖范围，用户手机上的定位监听装置中各个蓝牙信标模块则能够分别监听到低功耗蓝牙信标对外发送的数据监听包，并分别检测到其各自与低功耗蓝牙信标进行蓝牙无线通信的信号强度，通过移动通信网络发送给监控手机；监控手机的中央处理器则获取各个蓝牙信标模块各自与低功耗蓝牙通信设备进行蓝牙无线通信的信号强度，根据定位监听装置中各个蓝牙信标模块对应的蓝牙无线通信信号强度以及各个蓝牙信标模块对应的信号通信方向信息估算低功耗蓝牙通信设备与定位监听装置之间的方位角度，并采用信号强度测距算法确定低功耗蓝牙通信设备与定位监听装置之间的距离，从而确定用户手机上的定位监听装置与低功耗蓝牙通信设备之间的相对位置关系；同时，由于低功耗蓝牙信标向用户手机中的定位监听装置发送的数据监听包中携带有低功耗蓝牙信标所在的位置信息，因此监控手机也可以通过移动通信的方式从用户手机获取到低功耗蓝牙信标所在的位置信息，并结合用户手机中的定位监听装置与低功耗蓝牙通信设备之间的相对位置关系，确定用户手机在室内定位区域中的具体位置，进而实现对用户手机使用者的定位监控。
实施例三：
在指定的室内定位区域中，如果采用本发明的定位监听装置作为定位地标发射器，并对其标记布设位置信息，那么在利用基于方位定向的定位监听装置和定位处理器构建的室内定位系统中，就需要依赖另外的低功耗蓝牙通信设备成为室内定位系统的构成部分，将低功耗蓝牙通信设备作为被定位对象，由低功耗蓝牙通信设备在与定位监听装置进行蓝牙无线通信时检测定位监听装置中各个蓝牙信标模块各自与其进行蓝牙无线通信的信号强度；同时，可以将定位处理器与低功耗蓝牙通信设备设置在同一设备上，定位处理器与低功耗蓝牙通信设备进行数据通信连接，获取定位监听装置中各个蓝牙信标模块各自与低功耗蓝牙通信设备进行蓝牙无线通信的信号强度，来实现定位。
具体应用时，例如，在指定的室内定位区域中布设本发明的定位监听装置，并将其布设的具体位置信息标记写入在定位监听装置的各个蓝牙信标模块中，设定定位监听装置的各个蓝牙信标模块分别以固定频率对外发送包含有其所在位置信息的数据监听包；低功耗蓝牙通信设备和定位处理器则可以布置在一个可穿戴设备中，作为被定位对象，供使用者佩戴使用。由此以来，使用者携带作为被定位对象的可穿戴设备进入指定的室内定位区域后，只要使用者佩戴的可穿戴设备上的低功耗蓝牙通信设备进入了室内定位区域中布设的定位监听装置的蓝牙信号覆盖范围，便能够监听到定位监听装置中各个蓝牙信标模块分别发送的数据监听包，并在此过程中由可穿戴设备上的低功耗蓝牙通信设备检测定位监听装置中各个蓝牙信标模块各自与其进行蓝牙无线通信的信号强度，可穿戴设备上的定位处理器从低功耗蓝牙通信设备获取各个蓝牙信标模块各自与低功耗蓝牙通信设备进行蓝牙无线通信的信号强度，根据定位监听装置中各个蓝牙信标模块对应的蓝牙无线通信信号强度以及各个蓝牙信标模块对应的信号通信方向信息估算低功耗蓝牙通信设备与定位监听装置之间的方位角度，并采用信号强度测距算法确定低功耗蓝牙通信设备与定位监听装置之间的距离，从而确定定位监听装置与低功耗蓝牙通信设备之间的相对位置关系；而与此同时，由于定位监听装置中各个蓝牙信标模块向低功耗蓝牙通信设备发送的数据监听包中携带有定位监听装置所在的位置信息，因此可穿戴设备上的中央处理器则可以根据定位监听装置所在的位置信息以及定位监听装置与低功耗蓝牙通信设备之间的相对位置关系，确定可穿戴设备自身在室内定位区域中的具体位置，进而实现对可穿戴设备使用者的定位。
实施例四：
在指定的室内定位区域中，如果采用本发明的定位监听装置作为定位地标发射器，并对其标记布设位置信息，那么在利用基于方位定向的定位监听装置和定位处理器构建的室内定位系统中，就需要依赖另外的低功耗蓝牙通信设备成为室内定位系统的构成部分，将低功耗蓝牙通信设备作为被定位对象，由低功耗蓝牙通信设备在与定位监听装置进行蓝牙无线通信时检测定位监听装置中各个蓝牙信标模块各自与其进行蓝牙无线通信的信号强度；同时，如果还需要从远端对被定位对象进行定位监控，则需要作为被定位对象的低功耗蓝牙通信设备具备移动通信能力，而定位处理器设置于移动通信网络设备上，该移动通信网络设备可以是在移动网络中的供监控者使用的服务器设备，或者可以是监控者使用的手机等移动终端设备，由此定位处理器则可以通过移动通信网络设备与具备移动通信能力的低功耗蓝牙通信设备进行移动通信，从而获取定位监听装置中各个蓝牙信标模块各自与低功耗蓝牙通信设备进行蓝牙无线通信的信号强度，来实现定位。
具体应用时，例如，在指定的室内定位区域中布设本发明的定位监听装置，并将其布设的具体位置信息标记写入在定位监听装置的各个蓝牙信标模块中，设定定位监听装置的各个蓝牙信标模块分别以固定频率对外发送包含有其所在位置信息的数据监听包；具备低功耗蓝牙通信功能的用户手机作为低功耗蓝牙通信设备，同时也是被定位对象，供被定位用户携带使用，同时用户手机的移动通信能力使得低功耗蓝牙通信设备能够通过移动通信网络与移动通信网络设备进行移动通信；监控管理者所在监控室的监控服务器作为移动通信网络设备，监控服务器的数据处理核心即作为定位处理器。由此以来，被定位用户携带用户手机进入指定的室内定位区域后，只要具备低功耗蓝牙通信功能的用户手机上进入了室内定位区域中布设的定位监听装置的蓝牙信号覆盖范围，便能够监听到定位监听装置中各个蓝牙信标模块分别发送的数据监听包，并在此过程中由用户手机上的低功耗蓝牙通信设备检测定位监听装置中各个蓝牙信标模块各自与其进行蓝牙无线通信的信号强度，再由用户手机通过移动通信网络发送给监控服务器；监控服务器的数据处理核心则获取各个蓝牙信标模块各自与低功耗蓝牙通信设备进行蓝牙无线通信的信号强度，根据定位监听装置中各个蓝牙信标模块对应的蓝牙无线通信信号强度以及各个蓝牙信标模块对应的信号通信方向信息估算低功耗蓝牙通信设备与定位监听装置之间的方位角度，并采用信号强度测距算法确定低功耗蓝牙通信设备与定位监听装置之间的距离，从而确定用户手机与定位监听装置之间的相对位置关系；同时，由于定位监听装置中各个蓝牙信标模块向具备低功耗蓝牙通信功能的用户手机发送的数据监听包中携带有定位监听装置所在的位置信息，因此监控服务器的数据处理核心可以通过移动通信的方式从用户手机获取到定位监听装置所在的位置信息，并结合用户手机与定位监听装置之间的相对位置关系，确定用户手机在室内定位区域中的具体位置，进而实现对用户手机使用者的定位监控。
通过上述的多个实施例可以看到，本发明基于方位定向的定位监听装置，能够应用于多种方式构建不同的室内定位系统。同时，在利用本发明基于方位定向的定位监听装置和定位处理器构建的室内定位系统中，定位处理器是依靠分别确定定位监听装置与低功耗蓝牙通信设备之间的方位角度和距离，来确定定位监听装置与低功耗蓝牙通信设备之间的相对位置关系的。根据两个蓝牙通信设备之间蓝牙无线通信的信号强度来测定二者的间隔距离，已经是较为成熟的技术，可以采用信号强度测距算法（Received Signal StrengthIndication，通常缩写为RSSI算法）计算得到。
基于RSSI的定位常采用对数-正态分布模型：
P r (d)=P r (d 0)+10nlg(d/d 0)+X σ ； （1）
式中，P r (d)为经过距离d后的接收信号强度，单位为dB；P r (d 0)为参考距离d 0处的信号强度；n为路径衰减因子；X σ 为均值为0且标准差为σ的高斯分布变数。在实际应用中，通常取d 0=1m，故式（1）式可简化为：
P r (d)=A+10nlg(d)； （2）
例如TI公司采用RSSI算法定位技术的CC2430芯片，有如下关系：
RSSI= P r (d)+RSSI_OFFEST； （3）
根据式（2）和式（3）可得：
RSSI=A’+10nlg(d)； （4）
其中A’=A+RSSI_OFFEST，于是可以把10nlg(d)和RSSI分别看作是最小二乘法中的x和y变量，采用最小二乘法进行函数拟合得到A’和n的计算结果，得到RSSI值，进而求得测距结果。
而定位处理器根据定位监听装置中各个蓝牙信标模块对应的蓝牙无线通信信号强度以及各个蓝牙信标模块对应的信号通信方向信息估算低功耗蓝牙通信设备与定位监听装置之间方位角度的具体实现方式，则在不同的应用场景下可能存在不同的实现方案。
例如，在指定的室内定位区域中，如果定位监听装置与低功耗蓝牙通信设备之间的相对位置关系可能是随机的任意情况，在这样的应用环境下，定位监听装置中需要包含有至少三个蓝牙信标模块，而定位处理器估算低功耗蓝牙通信设备与定位监听装置之间的方位角度的具体方式可以为：定位处理器中预设有方位换算关系式；该方位换算关系式用于记录定位监听装置中任意三个蓝牙信标模块与同一外设通信的蓝牙无线通信信号强度比例和该外设相对于所述三个蓝牙信标模块各自对应的信号通信方向的偏离角度之间的换算关系，具体实现时，该方位换算关系式可以通过先验测试实验进行多次测试，确定定位监听装置中任意三个蓝牙信标模块与同一外设通信的蓝牙无线通信信号强度比例和该外设相对于所述三个蓝牙信标模块各自对应的信号通信方向的偏离角度之间的换算关系而得到，也可以通过理论分析而建立定位监听装置中任意三个蓝牙信标模块与同一外设通信的蓝牙无线通信信号强度比例和该外设相对于所述三个蓝牙信标模块各自对应的信号通信方向的偏离角度之间的换算方程加以求解而得到；定位处理器则根据定位监听装置中任意三个蓝牙信标模块与低功耗蓝牙通信设备通信的蓝牙无线通信信号强度，利用所述方位换算关系式，换算确定低功耗蓝牙通信设备相对于所述三个蓝牙信标模块各自对应的信号通信方向的偏离角度，进而确定低功耗蓝牙通信设备与定位监听装置之间的方位角度。在采用这种方式确定低功耗蓝牙通信设备与定位监听装置之间的方位角度时，定位监听装置中各个蓝牙信标模块各自的通信能力对方位角度的测算结果存在一定的影响，例如在定位监听装置中，蓝牙信标模块A自身的通信能力相对较弱，而另一蓝牙信标模块B自身的通信能力相对较强，则与同一外设通信时，即使该外设所在位置更偏向于蓝牙信标模块A所在方向而相对较为远离蓝牙信标模块B，但也可能存在蓝牙信标模块A与该外设通信的蓝牙无线通信信号强度稍弱于蓝牙信标模块B与该外设通信的蓝牙无线通信信号强度的情况，因此根据信号强度的比例来确定外设所在位置的偏离角度时，就可能存在偏差。基于这样的情况，在定位处理器“根据定位监听装置中各个蓝牙信标模块对应的蓝牙无线通信信号强度以及各个蓝牙信标模块对应的信号通信方向信息估算低功耗蓝牙通信设备与定位监听装置之间的方位角度”时，最好还根据定位监听装置中各个蓝牙信标模块各自的通信能力对其蓝牙无线通信信号强度的影响情况，对估算的低功耗蓝牙通信设备与定位监听装置之间的方位角度进行补偿修正，以更好地确保低功耗蓝牙通信设备与定位监听装置之间方位角度的测算准确性。
而在另一些应用环境下，例如，在室内建筑的走廊、过道等区域空间内，或者在建筑的一个室内空间到另一室内空间的衔接位置处，在这样的室内空间场所中，可移动的路径是定向的，因为被定位的对象只可能沿着走廊、过道延伸的方向移动，或者在两个室内空间衔接位置处由其中某一个室内空间向另一个室内空间的方向移动。在这样的情况下，本发明基于方位定向的定位监听装置中的蓝牙信标模块数量就可以设置与其布设在室内空间位置处存在的定向路径的数量相同，并且使得每个蓝牙信标模块的信号通信方向指向其布设在室内空间位置处的其中一个定向路径方向上，例如，在一个L形走廊AOB的拐角O处布置一个定位监听装置，定位监听装置中设置两个蓝牙信标模块且二者的信号通信方向分别指向L形走廊的两段过道，假设蓝牙信标模块a的信号通信方向朝向过道OA，蓝牙信标模块b的信号通信方向朝向过道OB；由此，定位处理器估算低功耗蓝牙通信设备与定位监听装置之间的方位角度的具体方式就可以得以大幅的简化，定位处理器可以直接将定位监听装置中与低功耗蓝牙通信设备进行通信的蓝牙无线通信信号强度最大的一个蓝牙信标模块所对应的信号通信方向确定为低功耗蓝牙通信设备相对于定位监听装置所在的方向，从而确定低功耗蓝牙通信设备与定位监听装置之间的方位角度；例如，在前述的L形走廊AOB中，若一个携带低功耗蓝牙通信设备的用户从过道OB向拐角O处走去，由于定位监听装置中的两个蓝牙信标模块的信号通信方向存在定向性，定位监听装置中信号通信方向朝向过道OB的蓝牙信标模块b与低功耗蓝牙通信设备通信的蓝牙无线通信信号强度会明显大于另一个蓝牙信标模块a，定位处理器则可直接判定低功耗蓝牙通信设备相对于定位监听装置所在的方向就是蓝牙信标模块b的信号通信方向，即过道OB方向，从而确定低功耗蓝牙通信设备与定位监听装置之间的方位角度。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (8)
1.一种基于方位定向的室内定位系统，其特征在于，包括基于方位定向的定位监听装置和定位处理器；
所述定位监听装置包括电源和至少两个蓝牙信标模块；其中，由电源通过供电电路为各个蓝牙信标模块供电；每个蓝牙信标模块通过设置在其对应位置处的电磁屏蔽罩与其它蓝牙信标模块相互隔开；每个电磁屏蔽罩具有一金属材质且呈抛物面形状的反射面，且各个电磁屏蔽罩的反射面分别朝向不同的方向，每个蓝牙信标模块安装在其对应的电磁屏蔽罩的反射面焦点位置处，使得蓝牙信标模块的信号通信方向被定向为其对应电磁屏蔽罩的反射面所朝向的方向；所述定位监听装置用于通过其各个蓝牙信标模块分别与进入其蓝牙信号覆盖范围的低功耗蓝牙通信设备进行蓝牙无线通信；
所述定位处理器记录有定位监听装置中各个蓝牙信标模块对应的信号通信方向信息，用于获取定位监听装置中各个蓝牙信标模块各自与低功耗蓝牙通信设备进行蓝牙无线通信的信号强度，根据定位监听装置中各个蓝牙信标模块对应的蓝牙无线通信信号强度以及各个蓝牙信标模块对应的信号通信方向信息估算低功耗蓝牙通信设备与定位监听装置之间的方位角度，并采用信号强度测距算法确定低功耗蓝牙通信设备与定位监听装置之间的距离，从而确定定位监听装置与低功耗蓝牙通信设备之间的相对位置关系，实现定位。
2.根据权利要求1所述基于方位定向的室内定位系统，其特征在于，所述定位监听装置中的各个蓝牙信标模块还用于分别检测其各自与低功耗蓝牙通信设备进行蓝牙无线通信的信号强度；
所述定位处理器与所述定位监听装置设置在同一设备上，且定位处理器分别与定位监听装置中各个蓝牙信标模块进行数据通信连接，获取各个蓝牙信标模块各自与低功耗蓝牙通信设备进行蓝牙无线通信的信号强度。
3.根据权利要求1所述基于方位定向的室内定位系统，其特征在于，所述定位监听装置中的各个蓝牙信标模块还用于分别检测其各自与低功耗蓝牙通信设备进行蓝牙无线通信的信号强度，且各个蓝牙信标模块还分别与一个移动通信模块进行数据通信连接；
所述定位处理器设置于移动通信网络设备上，通过移动通信网络设备与定位监听装置的移动通信模块进行移动通信，从而获取定位监听装置中各个蓝牙信标模块各自与低功耗蓝牙通信设备进行蓝牙无线通信的信号强度。
4.根据权利要求1所述基于方位定向的室内定位系统，其特征在于，所述室内定位系统还包括低功耗蓝牙通信设备，所述低功耗蓝牙通信设备用于在与定位监听装置进行蓝牙无线通信时检测定位监听装置中各个蓝牙信标模块各自与其进行蓝牙无线通信的信号强度；
所述定位处理器与所述低功耗蓝牙通信设备设置在同一设备上，且定位处理器与低功耗蓝牙通信设备进行数据通信连接，获取定位监听装置中各个蓝牙信标模块各自与低功耗蓝牙通信设备进行蓝牙无线通信的信号强度。
5.根据权利要求1所述基于方位定向的室内定位系统，其特征在于，所述室内定位系统还包括具备移动通信能力的低功耗蓝牙通信设备，所述低功耗蓝牙通信设备用于在与定位监听装置进行蓝牙无线通信时检测定位监听装置中各个蓝牙信标模块各自与其进行蓝牙无线通信的信号强度；
所述定位处理器设置于移动通信网络设备上，通过移动通信网络设备与所述具备移动通信能力的低功耗蓝牙通信设备进行移动通信，从而获取定位监听装置中各个蓝牙信标模块各自与低功耗蓝牙通信设备进行蓝牙无线通信的信号强度。
6.根据权利要求1所述基于方位定向的室内定位系统，其特征在于，所述定位监听装置中包含有至少三个蓝牙信标模块；所述定位处理器估算低功耗蓝牙通信设备与定位监听装置之间的方位角度的具体方式为：
定位处理器中预设有方位换算关系式；所述方位换算关系式用于记录定位监听装置中任意三个蓝牙信标模块与同一外设通信的蓝牙无线通信信号强度比例和该外设相对于所述三个蓝牙信标模块各自对应的信号通信方向的偏离角度之间的换算关系；定位处理器则根据定位监听装置中任意三个蓝牙信标模块与低功耗蓝牙通信设备通信的蓝牙无线通信信号强度，利用所述方位换算关系式，换算确定低功耗蓝牙通信设备相对于所述三个蓝牙信标模块各自对应的信号通信方向的偏离角度，进而确定低功耗蓝牙通信设备与定位监听装置之间的方位角度。
7.根据权利要求6所述基于方位定向的室内定位系统，其特征在于，所述定位处理器估算低功耗蓝牙通信设备与定位监听装置之间的方位角度时，还根据定位监听装置中各个蓝牙信标模块各自的通信能力对其蓝牙无线通信信号强度的影响情况，对估算的低功耗蓝牙通信设备与定位监听装置之间的方位角度进行补偿修正。
8.根据权利要求1所述基于方位定向的室内定位系统，其特征在于，所述定位处理器估算低功耗蓝牙通信设备与定位监听装置之间的方位角度的具体方式为：
定位处理器将定位监听装置中与低功耗蓝牙通信设备进行通信的蓝牙无线通信信号强度最大的一个蓝牙信标模块所对应的信号通信方向确定为低功耗蓝牙通信设备相对于定位监听装置所在的方向，从而确定低功耗蓝牙通信设备与定位监听装置之间的方位角度。
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