CN111432468A - 一种aoa蓝牙定位基站自校准方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种AOA蓝牙定位基站自校准方法及系统，该方法包括：每个AOA蓝牙定位基站实时测量其相对定位标签的俯仰角和方位角，并发送至位置服务器，其中，所述AOA蓝牙定位基站包括基准AOA蓝牙定位基站和待测AOA蓝牙定位基站；所述位置服务器基于AOA蓝牙定位基站发送的俯仰角和方位角信息确定各待测AOA蓝牙定位基站的方位角；所述位置服务器确定每个待测AOA蓝牙定位基站的位置坐标；每个待测AOA蓝牙定位基站基于其位置坐标和方位角进行调整。本发明可有效降低基站布设难度及成本，提高布设效率，使得室内定位系统整体运行成本更低、维护更方便。

Description

一种AOA蓝牙定位基站自校准方法及系统
技术领域
本申请涉及蓝牙室内定技术领域，特别涉及一种AOA蓝牙定位基站自校准方法及系统。
背景技术
近年来，位置服务(Location Based Services，LBS)产业发展迅猛，高精度位置信息是提供高质量位置服务的基础。传统卫星定位系统，如全球定位系统(GlobalPositioning System，GPS)、北斗定位系统，在室外空旷环境拥有较高的定位精度，但是，受制于信号强度，卫星定位信号很容易受到遮挡或干扰，导致卫星定位系统在城市峡谷及室内环境定位不准甚至无法定位。
为了解决室内环境下的定位问题，近年来出现了很多室内定位技术，如基站定位、无线局域网(Wi-Fi)定位等。对室内定位相关理论方法的研究已经成为了定位导航领域的热点问题之一。众多学者在室内定位技术方面展开了大量的研究工作，如基站定位、Wi-Fi定位、无线射频标签(Radio Frequency ldentification，RFID)定位、蓝牙(Bluetooth)定位、超宽带无线电(Ultra-Wideband，UWB)定位、基于移动通信网络的辅助GPS、ZigBee定位、地磁定位、地面数字通信及广播信号定位、伪卫星定位、计算机视觉定位、可见光定位等。
现有定位方案中，蓝牙定位和超宽带定位在室内定位精度和实时应用中具有较好表现，近几年发展迅速，其中基于AOA算法的蓝牙定位技术在定位精度和功耗上均有优秀的表现，但是测角基站布设较繁琐，因工程安装精度和位置测量误差，导致最终测得角度和实际角度有较大差异，采用人工校准能获得精确的基站的安装位置角，大大提高测角的准确值，但是人工校准费时费力，且在工程改变后需要重新布设工程。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种AOA蓝牙定位基站自校准方法及系统，可有效降低基站布设难度及成本，提高布设效率，使得室内定位系统整体运行成本更低、维护更方便。
为了解决上述问题，本发明提供了一种AOA蓝牙定位基站自校准方法，包括如下步骤：每个AOA蓝牙定位基站实时测量其相对定位标签的俯仰角和方位角，并发送至位置服务器，其中，所述AOA蓝牙定位基站包括基准AOA蓝牙定位基站和待测AOA蓝牙定位基站；所述位置服务器基于AOA蓝牙定位基站发送的俯仰角和方位角信息确定各待测AOA蓝牙定位基站的方位角；所述位置服务器确定每个待测AOA蓝牙定位基站的位置坐标；每个待测AOA蓝牙定位基站基于其位置坐标和方位角进行调整。
较佳地，所述每个AOA蓝牙定位基站实时测量其相对定位标签的俯仰角和方位角包括如下步骤：使定位标签沿预设路径移动，所述定位标签实时向各所述AOA蓝牙定位基站发送定位数据包；每个所述AOA蓝牙定位基站基于所述定位数据包实时测算其相对所述定位标签的俯仰角和方位角。
较佳地，所述所述定位标签实时向各所述AOA蓝牙定位基站发送定位数据包采用连接通信或广播通信方式。
较佳地，所述所述位置服务器基于AOA蓝牙定位基站发送的俯仰角和方位角信息确定各待测AOA蓝牙定位基站的方位角具体为：如果所述待测AOA蓝牙定位基站的投影不在所述预设路径，则当所述AOA蓝牙定位基站的俯仰角最大时，所述待测AOA蓝牙定位基站的方位角与所述AOA蓝牙定位基站的方位角的负方向存在互补关系；如果所述待测AOA蓝牙定位基站的投影在所述预设路径，若所述待测AOA蓝牙定位基站的俯仰角为90度左右，则所述待测AOA蓝牙定位基站的方位角为所述预设路径的方向角。
较佳地，所述所述位置服务器确定每个待测AOA蓝牙定位基站的位置坐标包括如下步骤：每个所述AOA蓝牙定位基站基于TOF算法测量其与其他AOA蓝牙定位基站的距离；以任意一个所述AOA蓝牙定位基站作为基准基站，以所述基准基站和与其距离最近的AOA蓝牙定位基站建立平面坐标系，并确定每个所述AOA蓝牙定位基站在在此平面坐标系上位置坐标；将每个所述AOA蓝牙定位基站的位置坐标转换到实际坐标系下。
较佳地，所述每个所述AOA蓝牙定位基站基于TOF算法测量其与其他AOA蓝牙定位基站的距离包括如下步骤：将每个所述AOA蓝牙定位基站设置为TOF测距模式；每个所述AOA蓝牙定位基站随机地作为主机或从机，作为主机的AOA蓝牙定位基站发起测量数据包，测量其到每个从机的距离；进入下一周期后，每个所述AOA蓝牙定位基站再次随机进入主机或从机模式，作为主机的AOA蓝牙定位基站发起测量数据包，测量其到每个从机的距离，直至所有AOA蓝牙定位基站相互间的距离测量完成；将所有AOA蓝牙定位基站相互间的距离信息发送至所述位置服务器。
本发明还提供了一种AOA蓝牙定位基站自校准系统，包括多个AOA蓝牙定位基站、一个或多个定位标签和位置服务器，其中，每个AOA蓝牙定位基站实时测量其相对定位标签的俯仰角和方位角，并发送至位置服务器，其中，所述AOA蓝牙定位基站包括基准AOA蓝牙定位基站和待测AOA蓝牙定位基站；所述位置服务器基于各AOA蓝牙定位基站相对定位标签的俯仰角和方位角，确定各待测AOA蓝牙定位基站的方位角；所述位置服务器确定每个待测AOA蓝牙定位基站的位置坐标；每个待测AOA蓝牙定位基站基于其位置坐标和方位角进行调整。
较佳地，所有所述AOA蓝牙定位基站安装在同一水平面上。
与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：
本发明实施例提供的AOA蓝牙定位基站自校准方法及系统，可有效降低基站布设难度及成本，提高布设效率，使得室内定位系统整体运行成本更低、维护更方便。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。附图中：
图1为本发明实施例AOA蓝牙定位基站自校准系统结构示意图；
图2为本发明实施例AOA蓝牙定位基站自校准方法流程图；
图3为本发明实施例AOA蓝牙定位基站的方位角确定方法实例示意图；
图4为本发明实施例确定AOA蓝牙定位基站的位置坐标实例示意图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明提供的一种AOA蓝牙定位基站自校准方法及系统进行详细的描述，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例，本领域技术人员在不改变本发明精神和内容的范围内，能够对其进行修改和润色。
请参考图1，一种AOA蓝牙定位基站自校准系统，包括多个AOA蓝牙定位基站1、一个或多个定位标签2和位置服务器3，其中，每个AOA蓝牙定位基站1实时测量其相对定位标签2的俯仰角和方位角，并发送至位置服务器3，其中，所述多个AOA蓝牙定位基站1包括基准AOA蓝牙定位基站和待测AOA蓝牙定位基站；所述位置服务器3基于各AOA蓝牙定位基站1相对定位标签2的俯仰角和方位角，确定各待测AOA蓝牙定位基站1的方位角；所述位置服务器3确定每个待测AOA蓝牙定位基站1的位置坐标；每个待测AOA蓝牙定位基站1基于其位置坐标和方位角进行调整。
本实施例中，所有所述AOA蓝牙定位基站1均安装在同一水平面上。
该AOA蓝牙定位基站自校准系统基于蓝牙通讯技术，AOA蓝牙定位基站1采用AOA测角算法，能精确获得定位标签2的信号来波方向，在工程布设校准阶段结合雷达TOF测距算法原理，针对两个以上的AOA蓝牙定位基站自校准需求，通过基站间进行TOF测距，以三个基站为最小单位获得基站相对位置，补偿初始位置便可以得到所有基站的位置坐标。
具体地，该AOA蓝牙定位基站自校准系统按照如下方法进行AOA蓝牙定位基站自校准，请参考图2，包括如下步骤：
S1：每个AOA蓝牙定位基站1实时测量其相对定位标签的俯仰角和方位角，并发送至位置服务器3，其中，所述多个AOA蓝牙定位基站1包括基准AOA蓝牙定位基站和待测AOA蓝牙定位基站；
S2：所述位置服务器3基于各AOA蓝牙定位基站1相对定位标签的俯仰角和方位角，确定各待测AOA蓝牙定位基站的方位角；
S3：所述位置服务器3确定每个待测AOA蓝牙定位基站的位置坐标；
S4：每个待测AOA蓝牙定位基站基于其位置坐标和方位角进行调整。
其中，所述步骤S1中，每个AOA蓝牙定位基站1实时测量其相对定位标签的俯仰角和方位角具体包括如下步骤：
S11：使定位标签2沿预设路径移动，所述定位标签2实时向各所述AOA蓝牙定位基站1发送定位数据包；
S12：每个所述AOA蓝牙定位基站1基于所述定位数据包实时测算其相对所述定位标签2的俯仰角和方位角，也即定位数据包到达AOA蓝牙定位基站1的俯仰角和方位角。
具体地，AOA蓝牙定位基站1准备完成后，使其处于AOA测角模式，AOA蓝牙定位基站1实时测算定位数据包到达AOA蓝牙定位基站1的俯仰角和方位角，保存并上传俯仰角和方位角信息至位置服务器3。
这里，所述所述定位标签2实时向各所述AOA蓝牙定位基站1发送定位数据包采用连接通信或广播通信，优选采用广播通信，可以任意选择相匹配的白化序列，同时或短时分时与多个AOA蓝牙定位基站1通讯，进行定位。
以下以一具体实例对对AOA蓝牙定位基站1的方位角确定方法进行说明。AOA蓝牙定位基站自校准系统位于房间内部，包括布设在房间顶部的4个AOA蓝牙定位基站(编号A、B、C、D)，其中，以AOA蓝牙定位基站A为该系统的基准基站，AOA蓝牙定位基站B、C、D为该系统中的待自校准基站，定位标签2按照路径203进行移动，在移动的过程中，AOA蓝牙定位基站A、B、C、D实时获得定位标签发送的标签信号到达基站的俯仰角和方位角。
具体地，如图3所示，以定位标签2沿路线A’D’移动进行说明，定位标签2处于定位广播包发送模式，定时向空间发送定位数据包。首先，在初始时刻，定位标签2位于AOA蓝牙定位基站A的正下方A’点处，此时，AOA蓝牙定位基站A测得的俯仰角位于90度附近，方位角不准确。AOA蓝牙定位基站B、C、D分别可以测得俯仰角和方位角；然后，定位标签2按照设计好的路径将从A’点移动到D’点，AOA蓝牙定位基站A、B、C、D分别取得移动过程中的俯仰角和方位角信息，并记录储存下来。
这里，对于AOA蓝牙定位基站B和C来说，在定位标签2的移动过程中，两者测得的俯仰角数值由小逐渐增大再逐渐变小，方位角逐渐增加90度；当定位标签位于0点时，AOA蓝牙定位基站B的俯仰角αB达到最大，记该位置处AOA蓝牙定位基站B获得的方位角为θB，AOA蓝牙定位基站A获得的方位角为θA，此时平面BOB’垂直于直线A’D’，则夹角A’0B’为直角，θA与θB互补。AOA蓝牙定位基站B相对于AOA蓝牙定位基站A的方位角偏差为θBA＝θB-θA+90。即可由基准基站(即AOA蓝牙定位基站A)的方位角校准AOA蓝牙定位基站B的方位角；按照同样的方法，还可以由基准基站校准AOA蓝牙定位基站C的方位角，通过补偿校准可以获得于基准基站相同的坐标系；针对定位标签2移动路径位于AOA蓝牙定位基站正下方的情况，如果待测基站的俯仰角位于90度附近，则此时待测基站测得的方位角不准确，而移动路径方向角就是待测基站应该测得的角度值，因此，可以使用AOA蓝牙定位基站D测得的路径角度值θD，采用公式θDA＝θD-θA+180来补偿AOA蓝牙定位基站D的方位角偏差。
本实施例中，在步骤S3中，所述位置服务器确定每个所述AOA蓝牙定位基站的位置坐标具体包括如下步骤：
S31：每个所述AOA蓝牙定位基站基于TOF算法测量其与其他AOA蓝牙定位基站的距离；
S32：以任意一个所述AOA蓝牙定位基站作为基准基站，以所述基准基站和与其距离最近的AOA蓝牙定位基站建立平面坐标系，并确定每个所述AOA蓝牙定位基站在在此平面坐标系上位置坐标；
S33：将每个所述AOA蓝牙定位基站的位置坐标转换到实际坐标系下。
在步骤S31中，所述每个所述AOA蓝牙定位基站基于TOF算法测量其与其他AOA蓝牙定位基站的距离包括如下步骤：
S311：将每个所述AOA蓝牙定位基站设置为TOF测距模式；
S312：每个所述AOA蓝牙定位基站随机地作为主机或从机，作为主机的AOA蓝牙定位基站发起测量数据包，测量其到每个从机的距离；
S313：进入下一周期后，每个所述AOA蓝牙定位基站再次随机进入主机或从机模式，作为主机的AOA蓝牙定位基站发起测量数据包，测量其到每个从机的距离，直至所有AOA蓝牙定位基站相互间的距离测量完成；
S314：将所有AOA蓝牙定位基站相互间的距离信息发送至所述位置服务器。
具体地，以下以一具体施例对所述位置服务器3确定每个所述AOA蓝牙定位基站1的位置坐标进行说明，请参考图4，AOA蓝牙定位基站A、B、C通过TOF算法测得相互之间的距离，以各AOA蓝牙定位基站为圆心，各AOA蓝牙定位基站之间的距离为半径画范围圆，各圆相交于一点。具体的测试流程如下：
a：设置AOA蓝牙定位基站处于TOF测距模式，定位算法可采用TOF算法，AOA蓝牙定位基站A、B、C将测得的信号距离信息上传给位置服务器；
b：AOA蓝牙定位基站A、B、C随机地处于主机或从机模式，AOA蓝牙定位基站作为主机时发起测量数据包，测量其到从机的距离，下一周期，AOA蓝牙定位基站再随机进入主机或从机模式，测量主机到从机之间的距离，直到每个AOA蓝牙定位基站都测到自身与其他各个AOA蓝牙定位基站的距离为止；
c：以基准基站(AOA蓝牙定位基站A)和距离AOA蓝牙定位基站A最近的AOA蓝牙定位基站B建立平面坐标系x’O’y’，在此坐标系上建立方程组求解AOA蓝牙定位基站C的坐标值，可得到位于AB轴对称的两个点，以AB轴上方的点为基准计算下一个点的位置。
d：依次计算每个点的坐标值。
e：经过a-d计算出每个点的坐标值，是基于坐标系x’O’y’的位置值，此坐标与实际坐标不相同，存在一个统一的旋转偏移，在所有点计算完成后再加上一个偏移量转换到坐标系xOy下。
f：根据项目实际情况调整基准基站相对于房间坐标系的位置偏移量，这样就自动完成了基站的位置坐标自校准。
以上公开的仅为本申请的一个具体实施例，但本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。

Claims (8)

1.一种AOA蓝牙定位基站自校准方法，其特征在于，包括如下步骤：
每个AOA蓝牙定位基站实时测量其相对定位标签的俯仰角和方位角，并发送至位置服务器，其中，所述AOA蓝牙定位基站包括基准AOA蓝牙定位基站和待测AOA蓝牙定位基站；
所述位置服务器基于AOA蓝牙定位基站发送的俯仰角和方位角信息确定各待测AOA蓝牙定位基站的方位角；
所述位置服务器确定每个待测AOA蓝牙定位基站的位置坐标；
每个待测AOA蓝牙定位基站基于其位置坐标和方位角进行调整。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述每个AOA蓝牙定位基站实时测量其相对定位标签的俯仰角和方位角包括如下步骤：
使定位标签沿预设路径移动，所述定位标签实时向各所述AOA蓝牙定位基站发送定位数据包；
每个所述AOA蓝牙定位基站基于所述定位数据包实时测算其相对所述定位标签的俯仰角和方位角。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述所述定位标签实时向各所述AOA蓝牙定位基站发送定位数据包采用连接通信或广播通信方式。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述所述位置服务器基于AOA蓝牙定位基站发送的俯仰角和方位角信息确定各待测AOA蓝牙定位基站的方位角具体为：
如果所述待测AOA蓝牙定位基站的投影不在所述预设路径，则当所述AOA蓝牙定位基站的俯仰角最大时，所述待测AOA蓝牙定位基站的方位角与所述AOA蓝牙定位基站的方位角的负方向存在互补关系；
如果所述待测AOA蓝牙定位基站的投影在所述预设路径，若所述待测AOA蓝牙定位基站的俯仰角为90度左右，则所述待测AOA蓝牙定位基站的方位角为所述预设路径的方向角。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述所述位置服务器确定每个待测AOA蓝牙定位基站的位置坐标包括如下步骤：
每个所述AOA蓝牙定位基站基于TOF算法测量其与其他AOA蓝牙定位基站的距离；
以任意一个所述AOA蓝牙定位基站作为基准基站，以所述基准基站和与其距离最近的AOA蓝牙定位基站建立平面坐标系，并确定每个所述AOA蓝牙定位基站在在此平面坐标系上位置坐标；
将每个所述AOA蓝牙定位基站的位置坐标转换到实际坐标系下。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述每个所述AOA蓝牙定位基站基于TOF算法测量其与其他AOA蓝牙定位基站的距离包括如下步骤：
将每个所述AOA蓝牙定位基站设置为TOF测距模式；
每个所述AOA蓝牙定位基站随机地作为主机或从机，作为主机的AOA蓝牙定位基站发起测量数据包，测量其到每个从机的距离；
进入下一周期后，每个所述AOA蓝牙定位基站再次随机进入主机或从机模式，作为主机的AOA蓝牙定位基站发起测量数据包，测量其到每个从机的距离，直至所有AOA蓝牙定位基站相互间的距离测量完成；
将所有AOA蓝牙定位基站相互间的距离信息发送至所述位置服务器。
7.一种AOA蓝牙定位基站自校准系统，其特征在于，包括多个AOA蓝牙定位基站、一个或多个定位标签和位置服务器，其中，
每个AOA蓝牙定位基站实时测量其相对定位标签的俯仰角和方位角，并发送至位置服务器，其中，所述AOA蓝牙定位基站包括基准AOA蓝牙定位基站和待测AOA蓝牙定位基站；
所述位置服务器基于各AOA蓝牙定位基站相对定位标签的俯仰角和方位角，确定各待测AOA蓝牙定位基站的方位角；
所述位置服务器确定每个待测AOA蓝牙定位基站的位置坐标；
每个待测AOA蓝牙定位基站基于其位置坐标和方位角进行调整。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所有所述AOA蓝牙定位基站安装在同一水平面上。
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