CN111343619A - 一种用于智能家居的蓝牙交叉定位设备及其计算方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于智能家居的蓝牙交叉定位设备,设置有蓝牙发射模块、天线阵列组和BLE5.1芯片模组,蓝牙发射模块与天线阵列组信号连接,天线阵列组和BLE5.1芯片模组电连接。该设备采用蓝牙发射模块进行交叉定位,而蓝牙发射模块具有低功耗、低成本的优点,能够使得信标大批量、大范围安装的门槛大幅降低;同时通过蓝牙具有相位判角的高精度的优点,使得定位更加精准,为更丰富的物‑人交互、物‑物交提供了平台。该用于智能家居的蓝牙交叉定位设备具有成本低、耗能低和精度高的优点。一种用于智能家居的蓝牙交叉定位的计算方法,通过5个步骤对信标位置进行定位。该用于智能家居的蓝牙交叉定位的计算方法具有成本低、耗能低和精度高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及室内定位领域,特别涉及一种用于智能家居的蓝 牙交叉定位设备及其计算方法。
背景技术
随着物联网智能化发展,电子设备与用户、设备与设备之间 位置的实时判断能力被越来越重视。业界用于定位的解决方案有 很多,例如GPS、WIFI、蓝牙与雷达。
GPS室内定位效果较差,不符合家居定位的精度要求;WIFI 由于功耗续航问题,不合适内置电池的小型设备;而雷达作为最 初由军工发展起来的技术,其性能最优,但成本很高。蓝牙定位 原本的问题在于,利用检测信号强度的测距方法精度较低,且受 环境影响大。
因此,针对现有技术不足,提供一种用于智能家居的蓝牙交 叉定位设备及其计算方法以解决现有技术不足甚为必要。
发明内容
本发明的目的之一在于避免现有技术的不足之处而提供一种 用于智能家居的蓝牙交叉定位设备。该用于智能家居的蓝牙交叉 定位设备具有成本低、耗能低和精度高的优点。
本发明的上述目的通过如下技术手段实现。
提供一种用于智能家居的蓝牙交叉定位设备,设置有蓝牙发 射模块、天线阵列组和BLE5.1芯片模组,蓝牙发射模块与天线阵 列组信号连接,天线阵列组和BLE5.1芯片模组电连接。
蓝牙发射模块,装配于信标并发射蓝牙信号。
天线阵列组,用于接收蓝牙发射模块发射的信号。
BLE5.1芯片模组,用于计算蓝牙发射模块坐标并得到信标坐 标。
优选的,上述BLE5.1芯片模组设置有两组。
优选的,上述天线阵列组设置有两组。
优选的,上述BLE5.1芯片模组与天线阵列组一一对应。
优选的,上述天线阵列组为N×1的天线单元线阵,且N≥3, N为整数。
所述天线单元线阵的间隔为0.45倍~0.75倍波长;或者
所述天线单元线阵的间隔为0.1倍波长。
优选的,上述BLE5.1芯片模组与天线阵列组通过RF传导连 接。
优选的,上述天线阵列组与相邻天线阵列组的间距为1m或以 上。
优选的,上述蓝牙发射模块为可移动式单天线蓝牙发射模块。
优选的,上述蓝牙信号为2.4GHz的射频信号。
优选的,上述BLE5.1芯片模组的型号为nRF5281SoC、 TLSR8258或者DA1469x。
优选的,上述天线阵列组装配于外部冰箱、墙体、外部油烟 机或门体
本发明的一种用于智能家居的蓝牙交叉定位设备,设置有蓝 牙发射模块、天线阵列组和BLE5.1芯片模组,蓝牙发射模块与天 线阵列组信号连接,天线阵列组和BLE5.1芯片模组电连接。本发 明采用蓝牙发射模块进行交叉定位,而蓝牙发射模块具有低功耗、 低成本的优点,能够使得信标大批量、大范围安装的门槛大幅降 低;同时通过蓝牙具有相位判角的高精度的优点,使得定位更加 精准,为更丰富的物-人交互、物-物交提供了平台。该用于智能 家居的蓝牙交叉定位设备具有成本低、耗能低和精度高的优点。
本发明的另一目的在于避免现有技术的不足之处而提供一种 用于智能家居的蓝牙交叉定位的计算方法。该用于智能家居的蓝 牙交叉定位的计算方法具有成本低、耗能低和精度高的优点。
本发明的上述目的通过如下技术手段实现。
提供一种用于智能家居的蓝牙交叉定位的计算方法包含步骤 有:
步骤一、蓝牙发射模块发射蓝牙信号;
步骤二、两组天线阵列组分别接收步骤一的蓝牙信号,对应 得到表征信号;
步骤三、两组BLE5.1芯片模组分别读取表征信号,对应得到 相位信息;
步骤四、每组BLE5.1芯片模组根据步骤三对应得到的相位信 息,得到蓝牙发射模块所在位置对应的角度信号;
步骤五、通过步骤四得到对应的角度信号,计算得到蓝牙发 射模块的坐标;
步骤六,将步骤五得到蓝牙发射模块的坐标定义为信标坐标。
优选的,上述步骤二具体为,
步骤2.1、天线阵列组接收步骤一的蓝牙信号;
步骤2.2、将步骤2.1得到蓝牙信号进得表征得到表征信号, 如式(Ⅰ)
x(t)=α(θ)*s(t)+n(t) 式(Ⅰ),
其中s(t)为蓝牙发射模块发射的蓝牙信号,α(θ)为天线阵 列组的方向矢量,n(t)为噪声。
所述步骤三具体为,
步骤3.1、BLE5.1芯片模组读根据步骤二的表征信号,进行 协方差计算得到相位信息,如式(Ⅱ):
其中P(θ)为相邻两个天线单元比较得到的特定相位对应的功 率值且P(θ)为检测值,H为转置,N为天线单元的个数,t为瞬时 时刻;
步骤3.2、将检测得到最大功率值定义为Pmax(θ),且每两个 相邻两个天线单元存在唯一一个Pmax(θ),每个天线阵列组的 Pmax(θ)个数为N-1;
步骤3.3、分别将N×1的天线单元依次定义为第1天线单 元,……,第i天线单元,……,第N天线单元,存在2<i≤N, 将第1天线单元与第二天线单元之间的中垂线与蓝牙信号的相位 值定义为θ1,……,第i天线单元与第i+1天线单元的中垂线与蓝 牙信号的相位值定义为θi,……,第N-1天线单元与第N+1天线 单元的中垂线与蓝牙信号的相位值角定义为θN-1;
步骤3.4、分别将步骤3.2得到N-1个Pmax(θ)对应代入步骤 3.1,分别得到相位值θ1,……,相位值θi,……,相位值θN-1。
优选的,上述步骤四具体为,
步骤4.1、将θ1将对应的相位滞后量定义为Φ1,……,将θ i将对应的相位滞后量定义为Φi,……,将θN-1将对应的相位滞后 量定义为ΦN-1,且存在Φ1:……:Φi:……:ΦN-1=N-1:……: i:……:1,
步骤4.2、根据相位滞后量与角度信号的几何关系得到式 (1)、……、式(i)、……、式(N-1),式(1)、……、式(i)、……、 式(N-1)具体如下:
其中λ为蓝牙2.4GHz射频信号在空气中传播时的电磁波波长;
步骤4.3、将步骤3.5得到的θ1代入式(1)得到Φ1,……, 将步骤3.5得到的θi代入式(i)得到Φi,……,将步骤3.5得 到的θN-1代入式(N-1)得到ΦN-1;
步骤4.4、将步骤4.3得到Φ1,……,Φi,……,ΦN-1中不符 合步骤4.1比例的相位滞后量剔除后,得到矫正位滞后量,且将 矫正位滞后量对应的相位值定义为矫正相位值;
步骤4.5、对步骤4.4的所有的矫正相位值进行加和求平均 值,得到角度信号并定义为Θ。
优选的,上述步骤五具体为,将两组天线阵列组连线的中点 定义为O,以O沿连线作垂线定义为y轴,连线为x轴建立平面直 角系,
并将一组天线阵列组得到的角度信号定义为Θ1,将另一组天 线阵列组得到的角度信号定义为Θ2,蓝牙发射模块的坐标(x,y) 分别通过式(Ⅲ)和式(Ⅳ)得到,
其中d为两组天线阵列组连线的距离。
本发明的一种用于智能家居的蓝牙交叉定位的计算方法,通 过5个步骤对信标位置进行定位。本发明采用蓝牙发射模块进行 交叉定位,而蓝牙发射模块具有低功耗、低成本的优点,能够使 得信标大批量、大范围安装的门槛大幅降低;同时通过蓝牙具有 相位判角的高精度的优点,使得定位更加精准,为更丰富的物-人 交互、物-物交提供了平台。该用于智能家居的蓝牙交叉定位的计 算方法具有成本低、耗能低和精度高的优点。
附图说明
利用附图对本发明作进一步的说明,但附图中的内容不构成 对本发明的任何限制。
图1为一种用于智能家居的蓝牙交叉定位的计算方法的流程 示意图。
图2为实施例3的天线阵列组的天线单元结构示意图。
图3为实施例3的蓝牙交叉定位设备的实用产场景示意图。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
实施例1。
一种用于智能家居的蓝牙交叉定位设备,如图1所示,设置有 蓝牙发射模块、天线阵列组和BLE5.1芯片模组,蓝牙发射模块与 天线阵列组信号连接,天线阵列组和BLE5.1芯片模组电连接。
蓝牙发射模块,装配于信标并发射蓝牙信号。
天线阵列组,用于接收蓝牙发射模块发射的信号。
BLE5.1芯片模组,用于计算蓝牙发射模块坐标并得到信标坐 标。
本发明的BLE5.1芯片模组设置有两组,天线阵列组设置有两 组,BLE5.1芯片模组与天线阵列组一一对应。
本发明蓝牙发射模块、两组天线阵列组和两组BLE5.1芯片模 组来构成一个平面三角定位系统。
本实施例的天线阵列组为N×1的天线单元线阵。
需说明的是,本发明天线阵列组为N×1的天线单元线阵,且 N≥3,N为整数,也就是说N可以为3,也可以为4、5、8、10、 20等的大于3的任意整数,N的具体数值根据实际情况而定。对 于N越大,定位的精度就会越高,但生产成本也会增加,经验证 当N为3时定位的精度较好,而生产成本较低。
本实施例的天线单元线阵的间隔为0.1倍波长。
需说明的是,本发明的天线单元线阵的间隔也可以为0.45 倍~0.75倍波长之间的任意波长。
因为天线单元线阵的间隔的小于0.1倍波长则会有能量耦合 干扰,而天线单元线阵的间隔为0.1倍波长是为混叠阵列。而天 线单元线阵的间隔为0.45倍~0.75倍波长时为经典的线阵列。因 为在蓝牙2.4GHz频段下,电磁波在空气中传输波长为0.125m。天 线单元线阵的间隔0.0125m或0.052m~0.094m之间。
本发明的BLE5.1芯片模组与天线阵列组通过RF传导连接。
本实施例的天线阵列组与相邻天线阵列组的间距为1m。
需说明的是,本发明的天线阵列组与相邻天线阵列组的间距 可以为1m,也可以为1m以上。因为经大量实验验证当天线阵列 组与相邻天线阵列组的间距大于或是等于1m时,定位精度可以 达到厘米级。
本发明的蓝牙发射模块为可移动式单天线蓝牙发射模块。
本发明的蓝牙信号为2.4GHz的射频信号。
本发明的BLE5.1芯片模组的型号为nRF5281SoC、TLSR8258 或者DA1469x。本实施例的BLE5.1芯片模组的型号为nRF5281SoC。
本发明的天线阵列组可以装配于外部冰箱、墙体、外部油烟 机或门体,或是其他具有一定高度的物体。本实施例的天线阵列 组装配外部冰箱。
本发明因为蓝牙发射模块装配于信信标,所以本发明能够通 过计算蓝牙发射模块的坐标确定信标的坐标。
一种用于智能家居的蓝牙交叉定位设备,设置有蓝牙发射模 块、天线阵列组和BLE5.1芯片模组,蓝牙发射模块与天线阵列组 信号连接,天线阵列组和BLE5.1芯片模组电连接。本发明采用蓝 牙发射模块进行交叉定位,而蓝牙发射模块具有低功耗、低成本 的优点,能够使得信标大批量、大范围安装的门槛大幅降低;同 时通过蓝牙具有相位判角的高精度的优点,使得定位更加精准, 为更丰富的物-人交互、物-物交提供了平台。该用于智能家居的 蓝牙交叉定位设备具有成本低、耗能低和精度高的优点。
实施例2。
一种用于智能家居的蓝牙交叉定位的计算方法,如图1所示, 包含步骤有:
步骤一、蓝牙发射模块发射蓝牙信号;
步骤二、两组天线阵列组分别接收步骤一的蓝牙信号,对应 得到表征信号;
步骤三、两组BLE5.1芯片模组分别读取表征信号,对应得到 相位信息;
步骤四、每组BLE5.1芯片模组根据步骤三对应得到的相位信 息,得到蓝牙发射模块所在位置对应的角度信号;
步骤五、通过步骤四得到对应的角度信号,计算得到蓝牙发 射模块的坐标;
步骤六,将步骤五得到蓝牙发射模块的坐标定义为信标坐标。
本发明的首先假设需监测的信标至天线阵列组的距离D =1m~5m,信标距离天线阵列组的距离是远远大于天线单元之间的 距离。在此条件下,每一个天线单元所接收到的信标信号的夹角 可近似看作相等。
其中步骤二具体为,
步骤2.1、天线阵列组接收步骤一的蓝牙信号;
步骤2.2、将步骤2.1得到蓝牙信号进得表征得到表征信号, 如式(Ⅰ)
x(t)=α(θ)*s(t)+n(t) 式(Ⅰ),
其中s(t)为蓝牙发射模块发射的蓝牙信号,α(θ)为天线阵 列组的方向矢量,n(t)为噪声。
其中步骤三具体为,
步骤3.1、BLE5.1芯片模组读根据步骤二的表征信号,进行 协方差计算得到相位信息,如式(Ⅱ):
其中P(θ)为相邻两个天线单元比较得到的特定相位对应的功 率值且P(θ)为检测值,H为转置,N为天线单元的个数,t为瞬时 时刻;
步骤3.2、将检测得到最大功率值定义为Pmax(θ),且每两个 相邻两个天线单元存在唯一一个Pmax(θ),每个天线阵列组的 Pmax(θ)个数为N-1;
步骤3.3、分别将N×1的天线单元依次定义为第1天线单 元,……,第i天线单元,……,第N天线单元,存在2<i≤N, 将第1天线单元与第二天线单元之间的中垂线与蓝牙信号的相位 值定义为θ1,……,第i天线单元与第i+1天线单元的中垂线与蓝 牙信号的相位值定义为θi,……,第N-1天线单元与第N+1天线 单元的中垂线与蓝牙信号的相位值角定义为θN-1;
步骤3.4、分别将步骤3.2得到N-1个Pmax(θ)对应代入步骤 3.1,分别得到相位值θ1,……,相位值θi,……,相位值θN-1。
步骤四具体为,
步骤4.1、将θ1将对应的相位滞后量定义为Φ1,……,将θ i将对应的相位滞后量定义为Φi,……,将θN-1将对应的相位滞后 量定义为ΦN-1,且存在Φ1:……:Φi:……:ΦN-1=N-1:……: i:……:1,
步骤4.2、根据相位滞后量与角度信号的几何关系得到式(1)、……、式(i)、……、式(N-1),式(1)、……、式(i)、……、 式(N-1)具体如下:
其中λ为蓝牙2.4GHz射频信号在空气中传播时的电磁波波长;
步骤4.3、将步骤3.5得到的θ1代入式(1)得到Φ1,……, 将步骤3.5得到的θi代入式(i)得到Φi,……,将步骤3.5得 到的θN-1代入式(N-1)得到ΦN-1;
步骤4.4、将步骤4.3得到Φ1,……,Φi,……,ΦN-1中不符 合步骤4.1比例的相位滞后量剔除后,得到矫正位滞后量,且将 矫正位滞后量对应的相位值定义为矫正相位值;
步骤4.5、对步骤4.4的所有的矫正相位值进行加和求平均 值,得到角度信号并定义为Θ。
其中步骤五具体为,将两组天线阵列组连线的中点定义为O, 以O沿连线作垂线定义为y轴,连线为x轴建立平面直角系,
并将一组天线阵列组得到的角度信号定义为Θ1,将另一组天 线阵列组得到的角度信号定义为Θ2,蓝牙发射模块的坐标(x,y) 分别通过式(Ⅲ)和式(Ⅳ)得到,
其中d为两组天线阵列组连线的距离。
因为蓝牙发射模块装配于信信标,所以本发明能够通过计算 蓝牙发射模块的坐标确定信标的坐标。
需说明是,因本发明的天线阵列组是装配于外部冰箱、墙体、 外部油烟机或门体,同时因为外部冰箱、墙体、外部油烟机或门 体的一面能够隔离蓝牙信号,所以相位角是角度范围为0°~ 180°因此每两个相邻两个天线单元仅存在唯一一个Pmax(θ)。
一种用于智能家居的蓝牙交叉定位的计算方法,通过5个步骤 对信标位置进行定位。本发明采用蓝牙发射模块进行交叉定位, 而蓝牙发射模块具有低功耗、低成本的优点,能够使得信标大批 量、大范围安装的门槛大幅降低;同时通过蓝牙具有相位判角的 高精度的优点,使得定位更加精准,为更丰富的物-人交互、物- 物交提供了平台。该用于智能家居的蓝牙交叉定位的计算方法具 有成本低、耗能低和精度高的优点。
实施例3。
一种用于智能家居的蓝牙交叉定位的计算方法,本发明以本 实施例为例进行说明,本实施例的每个天线阵列组为4×1的天线 单元线阵,分别将天线单元依次定义为第1天线单元、第2天线 单元、第3天线单元和第4天线单元、如图2和3所示,
步骤一、蓝牙发射模块发射蓝牙信号;
步骤2.1、两组天线阵列组接收步骤一的蓝牙信号;
步骤2.2、将步骤2.1得到蓝牙信号进得表征得到表征信号, 如式(Ⅰ)
x(t)=α(θ)*s(t)+n(t) 式(Ⅰ),
其中s(t)为蓝牙发射模块发射的蓝牙信号,α(θ)为天线阵 列组的方向矢量,n(t)为噪声。
骤3.1、BLE5.1芯片模组读根据步骤二的表征信号,进行协 方差计算得到相位信息式(Ⅱ);
步骤3.2、将检测得到最大功率值定义为Pmax(θ),且每两个 相邻两个天线单元存在唯一一个Pmax(θ),每个天线阵列组的 Pmax(θ)个数为3,分别定义为Pmax1(θ)、Pmax2(θ)和Pmax3(θ);
步骤3.3、分别将4×1的天线单元依次定义为第1天线单元, 第2天线单元,第3天线单元,第4天线单元,将第1天线单元 与第二天线单元之间的中垂线与蓝牙信号的相位值定义为θ1,第 2天线单元与第3天线单元的中垂线与蓝牙信号的相位值定义为 θ2,第3天线单元与第4天线单元的中垂线与蓝牙信号的相位值 定义为θ3;
步骤3.4、将第1天线单元与第二天线单元比较得到的特定相 位对应的功率值最大功率值Pmax1(θ),将Pmax1(θ)代入步骤3.1得 到相位值θ1。
将第2天线单元与第3天线单元比较得到的特定相位对应的 功率值最大功率值Pmax2(θ),将Pmax2(θ)代入步骤3.1得到相位值 θ2。
将第3天线单元与第4天线单元比较得到的特定相位对应的 功率值最大功率值Pmax3(θ),将Pmax3(θ)代入步骤3.1得到相位值 θ3。
步骤4.1、将θ1将对应的相位滞后量定义为Φ1,将θ2将对 应的相位滞后量定义为Φ2,将θ3将对应的相位滞后量定义为Φ3, 且存在Φ1:Φ2:Φ3=3:2:1,
步骤4.2、根据相位滞后量与角度信号的几何关系得到式(1)、 式(2)、式(3),式(1)、式(2)、式(3)具体如下:
其中λ为蓝牙2.4GHz射频信号在空气中传播时的电磁波波长;
步骤4.3、将步骤3.5得到的θ1代入式(1)得到Φ1,将步 骤3.5得到的θ2代入式(2)得到Φ2,将步骤3.5得到的θ3代 入式(3)得到Φ3;本实施例具体得到的Φ1为0.53,Φ2为1.13, Φ3为1.59;
步骤4.4、将步骤4.3得到Φ1,Φ2,Φ3中不符合步骤4.1 比例的相位滞后量剔除后,得到矫正位滞后量,且将矫正位滞后 量对应的相位值定义为矫正相位值,对于本实施例的Φ2不符合步 骤4.1比例,而Φ1和Φ3则符合步骤4.1比例,所以将Φ2剔除后, 而Φ1对应的θ1为矫正相位值,Φ3对应的θ3为矫正相位值;
步骤4.5、对步骤4.4的所有的矫正相位值进行加和求平均 值,得到角度信号并定义为Θ。
步骤五具体为,将两组天线阵列组连线的中点定义为O,以O 沿连线作垂线定义为y轴,连线为x轴建立平面直角系,
并将一组天线阵列组得到的角度信号定义为Θ1,将另一组天 线阵列组得到的角度信号定义为Θ2,蓝牙发射模块的坐标(x,y) 分别通过式(Ⅲ)和式(Ⅳ)得到,
其中d为两组天线阵列组连线的距离。
步骤六,将步骤五得到蓝牙发射模块的坐标定义为信标坐标。
因为蓝牙发射模块装配于信信标,所以本发明能够通过计算 蓝牙发射模块的坐标确定信标的坐标。
一种用于智能家居的蓝牙交叉定位的计算方法,通过5个步骤 对信标位置进行定位。本发明采用蓝牙发射模块进行交叉定位, 而蓝牙发射模块具有低功耗、低成本的优点,能够使得信标大批 量、大范围安装的门槛大幅降低;同时通过蓝牙具有相位判角的 高精度的优点,使得定位更加精准,为更丰富的物-人交互、物- 物交提供了平台。该用于智能家居的蓝牙交叉定位的计算方法具 有成本低、耗能低和精度高的优点。
最后应当说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方 案而非对本发明保护范围的限制,尽管参照较佳实施例对本发明 作了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明 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实 质和范围。
Claims (10)
1.一种用于智能家居的蓝牙交叉定位设备,其特征在于:设置有蓝牙发射模块、天线阵列组和BLE5.1芯片模组,蓝牙发射模块与天线阵列组信号连接,天线阵列组和BLE5.1芯片模组电连接,
蓝牙发射模块,装配于信标并发射蓝牙信号;
天线阵列组,用于接收蓝牙发射模块发射的信号;
BLE5.1芯片模组,用于计算蓝牙发射模块坐标并得到信标坐标。
2.根据权利要求1所述的一种用于智能家居的蓝牙交叉定位设备,其特征在于:所述BLE5.1芯片模组设置有两组;
所述天线阵列组设置有两组;
所述BLE5.1芯片模组与天线阵列组一一对应。
3.根据权利要求2所述的一种用于智能家居的蓝牙交叉定位设备,其特征在于:所述天线阵列组为N×1的天线单元线阵,且N≥3,N为整数;
所述天线单元线阵的间隔为0.45倍~0.75倍波长;或者
所述天线单元线阵的间隔为0.1倍波长。
4.根据权利要求3所述的一种用于智能家居的蓝牙交叉定位设备,其特征在于:所述BLE5.1芯片模组与天线阵列组通过RF传导连接;
天线阵列组与相邻天线阵列组的间距为1m或以上。
5.根据权利要求4所述的一种用于智能家居的蓝牙交叉定位方法,其特征在于:所述蓝牙发射模块为可移动式单天线蓝牙发射模块;
所述蓝牙信号为2.4GHz的射频信号;
所述BLE5.1芯片模组的型号为nRF5281SoC、TLSR8258或者DA1469x;
所述天线阵列组装配于外部冰箱、墙体、外部油烟机或门体。
6.一种用于智能家居的蓝牙交叉定位的计算方法,其特征在于,包含步骤有:
步骤一、蓝牙发射模块发射蓝牙信号;
步骤二、两组天线阵列组分别接收步骤一的蓝牙信号,对应得到表征信号;
步骤三、两组BLE5.1芯片模组分别读取表征信号,对应得到相位信息;
步骤四、每组BLE5.1芯片模组根据步骤三对应得到的相位信息,得到蓝牙发射模块所在位置对应的角度信号;
步骤五、通过步骤四得到对应的角度信号,计算得到蓝牙发射模块的坐标;
步骤六,将步骤五得到蓝牙发射模块的坐标定义为信标坐标。
7.根据权利要求6所述的用于智能家居的蓝牙交叉定位的计算方法,其特征在于:所述步骤二具体为,
步骤2.1、天线阵列组接收步骤一的蓝牙信号;
步骤2.2、将步骤2.1得到蓝牙信号进得表征得到表征信号,如式(Ⅰ)
x(t)=α(θ)*s(t)+n(t) 式(Ⅰ),
其中s(t)为蓝牙发射模块发射的蓝牙信号,α(θ)为天线阵列组的方向矢量,n(t)为噪声。
8.根据权利要求7所述的用于智能家居的蓝牙交叉定位的计算方法,其特征在于:所述步骤三具体为,
步骤3.1、BLE5.1芯片模组读根据步骤二的表征信号,进行协方差计算得到相位信息,如式(Ⅱ):
其中P(θ)为相邻两个天线单元比较得到的特定相位对应的功率值且P(θ)为检测值,H为转置,N为天线单元的个数,t为瞬时时刻;
步骤3.2、将检测得到最大功率值定义为Pmax(θ),且每两个相邻两个天线单元存在唯一一个Pmax(θ),每个天线阵列组的Pmax(θ)个数为N-1;
步骤3.3、分别将N×1的天线单元依次定义为第1天线单元,……,第i天线单元,……,第N天线单元,存在2<i≤N,将第1天线单元与第二天线单元之间的中垂线与蓝牙信号的相位值定义为θ1,……,第i天线单元与第i+1天线单元的中垂线与蓝牙信号的相位值定义为θi,……,第N-1天线单元与第N+1天线单元的中垂线与蓝牙信号的相位值角定义为θN-1;
步骤3.4、分别将步骤3.2得到N-1个Pmax(θ)对应代入步骤3.1,分别得到相位值θ1,……,相位值θi,……,相位值θN-1。
9.根据权利要求8所述的用于智能家居的蓝牙交叉定位的计算方法,其特征在于:所述步骤四具体为,
步骤4.1、将θ1将对应的相位滞后量定义为Φ1,……,将θi将对应的相位滞后量定义为Φi,……,将θN-1将对应的相位滞后量定义为ΦN-1,且存在Φ1:……:Φi:……:ΦN-1=N-1:……:i:……:1,
步骤4.2、根据相位滞后量与角度信号的几何关系得到式(1)、……、式(i)、……、式(N-1),式(1)、……、式(i)、……、式(N-1)具体如下:
其中λ为蓝牙2.4GHz射频信号在空气中传播时的电磁波波长;
步骤4.3、将步骤3.5得到的θ1代入式(1)得到Φ1,……,将步骤3.5得到的θi代入式(i)得到Φi,……,将步骤3.5得到的θN-1代入式(N-1)得到ΦN-1;
步骤4.4、将步骤4.3得到Φ1,……,Φi,……,ΦN-1中不符合步骤4.1比例的相位滞后量剔除后,得到矫正位滞后量,且将矫正位滞后量对应的相位值定义为矫正相位值;
步骤4.5、对步骤4.4的所有的矫正相位值进行加和求平均值,得到角度信号并定义为Θ。
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