CN112637777B - 蓝牙定位系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种蓝牙定位系统，同一个定位标签可以同时通过AOA定位基站及RSSI定位基站实现定位，使定位现场可以根据场景的具体定位精度需求，灵活配置AOA定位基站及RSSI定位基站，实现高低定位精度在同一应用环境中灵活切换，能适应实际应用中不同区域精度要求不一致的情况，既能满足定位现场的定位精度要求，又能降低系统成本，并且定位区域过度的定位稳定性高。

Description

蓝牙定位系统
技术领域
本发明涉及蓝牙技术，特别涉及一种蓝牙定位系统。
背景技术
基于RSSI定位，定位基站和被定位标签一个定期发送广播包，另一个负责接收。接收方收到广播包后，会同时获得接收信号强度指示（Received Signal StrengthIndication，简称RSSI）。该信号强度指示与距离（基站和被定位设备）有一定的关系。通过获得RSSI值可以计算基站与被定位设备之间的距离，再结合被定为设备与多个基站之间的距离关系通过几何运算可以获得被定为设备的位置。基于RSSI的一般精度蓝牙室内定位，由于成本低廉，目前已经在大型的室内场地实现了商业化的落地。
基于AOA(Angle-of-Arrival，到达角度测距)定位，定位标签定期发送满足AOA定位需要的定位包给配有多天线整列的基站，基站根据多天线接收到的数据包之间的相位差关系，计算出标签发射数据包的方位角，再通过位置不同的多组天线获得方向角，通过几何关系计算出定位标签所在的位置。基于信号到达角度的定位算法是一种典型的基于测距的定位算法，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。基于信号到达角度(AOA)的定位算法是一种常见的无线传感器网络节点自定位算法，算法通信开销低，定位精度较高。基于AOA 的高精度定位，由于实际应用过程成本昂贵，目前一般只在一些小场景对定位要求较高的场合应用，比如化工厂危险品操作区域。
为了便于接收端进行稳定的IQ(In-Phase Quadrate)采样，AOA定位的广播包需要满足特定的包格式，即需包含CTE（Constant Tone Extension ，固定频率扩展信号），CTE广播包具有四个特点:全”1“，不白化，不计入CRC和MIC计算中；接收端接收CTE广播包时按照一定的顺序切换不同的接收天线。
基于RSSI定位一般应用于精度要求在1～3米精度范围内的定位场景，基于AOA定位一般应用于亚米级以内的高精度定位。由于定位采用的技术完全不同，实际应用中两种定位方式是独立存在的，不同的技术需要单独配置不同的标签，无法做到一个标签在不同的定位区域实现不同的定位功能。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供蓝牙定位系统，既能满足定位现场的定位精度要求，又能降低系统成本，并且定位区域过度的定位稳定性高。
为解决上述技术问题，本发明提供的蓝牙定位系统，其包括定位标签、AOA定位基站、RSSI定位基站及服务器；
所述AOA定位基站设置在定位现场第一定位需求区域；
所述RSSI定位基站设置在定位现场第二定位需求区域；
第一定位需求区域的定位精度高于第二定位需求区域；
所述定位标签周期性发送AOA定位广播包；
所述AOA定位基站，将其识别码、其位置不同的阵列天线接收到的当前AOA定位广播包之间的相位差关系、当前AOA定位广播包RSSI发送到服务器；
所述RSSI定位基站，将其识别码、其接收到的当前AOA定位广播包RSSI发送到服务器；
所述服务器，对应于各RSSI定位基站的相互区别的识别码分别标定有各RSSI定位基站位置信息，对应于各AOA定位基站的相互区别的识别码分别标定有各AOA定位基站位置信息；
k>1.1；RRSSI为RSSI定位基站识别码对应的当前AOA定位广播包RSSI最大值，ARSSI 为AOA定位基站识别码对应的当前AOA定位广播包RSSI最大值；所述服务器，
当RRSSI>k*ARSSI ，则根据各RSSI定位基站接收到的当前AOA定位广播包RSSI及各RSSI定位基站位置信息，计算得到定位标签RSSI当前位置，并以该定位标签RSSI当前位置作为定位标签系统当前位置；
当ARSSI >k* RRSSI，则根据AOA定位基站的位置不同的阵列天线接收到的当前AOA定位广播包之间的相位差关系及AOA定位基站位置信息，计算得到定位标签AOA当前位置，并以该定位标签AOA当前位置作为定位标签系统当前位置。
较佳的，当ARSSI <k* RRSSI ，或者RRSSI<k*ARSSI ，则根据定位标签历史运行的轨迹，确定定位标签运动趋势线；并且，以所述定位标签AOA当前位置、定位标签RSSI当前位置中的距离定位标签运动趋势线最近者，作为定位标签系统当前位置。
较佳的，第一定位需求区域的定位精度小于1米；
第二定位需求区域的定位精度大于1米。
较佳的，1.14<k<1.31。
较佳的，k为1.15、1.2或1.3。
较佳的，所述定位现场在室内。
较佳的，所述服务器设置在定位现场本地或设置在云端。
较佳的，所述定位标签中设置有运动传感器；
所述运动传感器，用于检测所述定位标签是否移动；
所述定位标签周期性发送AOA定位广播包中包含标签当前是否移动信息；
所述AOA定位基站，将其识别码、其位置不同的阵列天线接收到的当前AOA定位广播包之间的相位差关系、当前AOA定位广播包RSSI及标签当前是否移动信息发送到服务器；
所述RSSI定位基站，将其识别码、其接收到的当前AOA定位广播包RSSI及标签当前是否移动信息发送到服务器；
所述服务器，当ARSSI <k* RRSSI ，或者RRSSI<k*ARSSI ，并且标签当前是移动，则根据定位标签历史运行的轨迹，确定定位标签运动趋势线；并且，以所述定位标签AOA当前位置、定位标签RSSI当前位置中的距离定位标签运动趋势线最近者，作为定位标签系统当前位置；当标签当前是静止，则定位标签系统当前位置不变。
较佳的，所述运动传感器为加速度传感器。
本发明的蓝牙定位系统，同一个定位标签可以同时通过AOA定位基站及RSSI定位基站实现定位，使定位现场可以根据场景的具体定位精度需求，灵活配置AOA定位基站及RSSI定位基站，实现高低定位精度在同一应用环境中灵活切换，能适应实际应用中不同区域精度要求不一致的情况，既能满足定位现场的定位精度要求，又能降低系统成本，并且定位区域过度的定位稳定性高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面对本发明所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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。
图1是本发明的蓝牙定位系统一实施例示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
如图1所示，蓝牙定位系统包括定位标签、AOA定位基站、RSSI定位基站及服务器；
所述AOA定位基站设置在定位现场高精度定位需求区域；
所述RSSI定位基站设置在定位现场普通精度定位需求区域；
所述定位标签周期性发送AOA定位广播包；
所述AOA定位基站，将其识别码、其位置不同的阵列天线接收到的当前AOA定位广播包之间的相位差关系、当前AOA定位广播包RSSI（Received Signal StrengthIndication，接收信号强度指示）发送到服务器；
所述RSSI定位基站，将其识别码、其接收到的当前AOA定位广播包RSSI发送到服务器；
所述服务器，对应于各RSSI定位基站的相互区别的识别码分别标定有各RSSI定位基站位置信息，对应于各AOA定位基站的相互区别的识别码分别标定有各AOA定位基站位置信息；
k>1.1；RRSSI为RSSI定位基站识别码对应的当前AOA定位广播包RSSI最大值，ARSSI 为AOA定位基站识别码对应的当前AOA定位广播包RSSI最大值；所述服务器，
当RRSSI>k*ARSSI ，则根据各RSSI定位基站接收到的当前AOA定位广播包RSSI及各RSSI定位基站位置信息，计算得到定位标签RSSI当前位置，并以该定位标签RSSI当前位置作为定位标签系统当前位置；
当ARSSI >k* RRSSI，则根据AOA定位基站的位置不同的阵列天线接收到的当前AOA定位广播包之间的相位差关系及AOA定位基站位置信息，计算得到定位标签AOA当前位置，并以该定位标签AOA当前位置作为定位标签系统当前位置。
实施例一的蓝牙定位系统，基于RSSI定位和基于AOA定位共存实现，定位现场按定位精度要求不同，在不同定位精度要求的区域分别布置AOA定位基站和RSSI定位基站，两种不同类型基站数据上传汇总到服务器；定位标签周期性发送AOA定位广播包，使系统既能利用AOA定位基站实现定位标签AOA定位，又能利用RSSI定位基站根据AOA定位广播包RSSI实现定位标签RSSI定位；两种类型的定位基站同时工作，定位标签在出入不同定位类型的区域时，服务器会根据两种类型的定位基站同时接收到的AOA定位广播包RSSI，基于AOA定位广播包RSSI的大小反应定位标签离基站的距离远近，服务器能从两种类型的定位结果中选择最可靠的定位结果。当定位标签处于RSSI定位基站区域时，由于RSSI定位基站接收到定位标签的AOA定位广播包RSSI很强，而AOA定位基站接收到的定位标签的AOA定位广播包RSSI很弱，RSSI定位基站获得的定位结果可信度高，系统会选择RSSI定位基站实现的定位结果（普通精度定位结果）；反之，系统则会选择AOA定位基站实现的定位结果（高精度定位结果）。
实施例一的蓝牙定位系统，同一个定位标签可以同时通过AOA定位基站及RSSI定位基站实现定位，使定位现场可以根据场景的具体定位精度需求，灵活配置AOA定位基站及RSSI定位基站，实现高低定位精度在同一应用环境中灵活切换，能适应实际应用中不同区域精度要求不一致的情况，既能满足定位现场的定位精度要求，又能降低系统成本，并且定位区域过度的定位稳定性高。
实施例二
基于实施例一的蓝牙定位系统，当ARSSI <k* RRSSI ，或者RRSSI<k*ARSSI ，则根据定位标签历史运行的轨迹，确定定位标签运动趋势线；并且，以所述定位标签AOA当前位置、定位标签RSSI当前位置中的距离定位标签运动趋势线最近者，作为定位标签系统当前位置。
较佳的，高精度定位需求区域的定位精度小于1米；
普通精度定位需求区域的定位精度大于1米。
较佳的，1.14<k<1.31。例如，k可以为1.15、1.2或1.3。
较佳的，所述定位现场在室内。
较佳的，所述服务器设置在定位现场本地或设置在云端。
实施例二的蓝牙定位系统，当AOA定位基站、RSSI定位基站接收的AOA定位广播包RSSI相当时，系统根据定位标签历史运行的轨迹确定定位标签运动趋势线，根据定位标签运动趋势线，来预测定位标签后面的可能位置。
实施例三
基于实施例一的蓝牙室内定位系统，所述定位标签中设置有运动传感器；
所述运动传感器，用于检测所述定位标签是否移动；
所述定位标签周期性发送AOA定位广播包中包含标签当前是否移动信息；
所述AOA定位基站，将其识别码、其位置不同的阵列天线接收到的当前AOA定位广播包之间的相位差关系、当前AOA定位广播包RSSI及标签当前是否移动信息发送到服务器；
所述RSSI定位基站，将其识别码、其接收到的当前AOA定位广播包RSSI及标签当前是否移动信息发送到服务器；
所述服务器，当ARSSI <k* RRSSI ，或者RRSSI<k*ARSSI ，并且标签当前是移动，则根据定位标签历史运行的轨迹，确定定位标签运动趋势线；并且，以所述定位标签AOA当前位置、定位标签RSSI当前位置中的距离定位标签运动趋势线最近者，作为定位标签系统当前位置；当标签当前是静止，则定位标签系统当前位置不变。
较佳的，所述运动传感器可以为加速度传感器。
实施例三的蓝牙定位系统，当AOA基站接收的RSSI值与RSSI基站接收的RSSI值相当时，系统根据定位标签运动趋势线以及定位标签当前是否移动，来预测定位标签后面的可能位置。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (8)

1.一种蓝牙定位系统，其特征在于，其包括定位标签、AOA定位基站、RSSI定位基站及服务器；
所述AOA定位基站设置在定位现场第一定位需求区域；
所述RSSI定位基站设置在定位现场第二定位需求区域；
第一定位需求区域的定位精度高于第二定位需求区域；
所述定位标签周期性发送AOA定位广播包；
所述AOA定位基站，将其识别码、其位置不同的阵列天线接收到的当前AOA定位广播包之间的相位差关系、当前AOA定位广播包RSSI发送到服务器；
所述RSSI定位基站，将其识别码、其接收到的当前AOA定位广播包RSSI发送到服务器；
所述服务器，对应于各RSSI定位基站的相互区别的识别码分别标定有各RSSI定位基站位置信息，对应于各AOA定位基站的相互区别的识别码分别标定有各AOA定位基站位置信息；
k>1.1；RRSSI为RSSI定位基站识别码对应的当前AOA定位广播包RSSI最大值，ARSSI 为AOA定位基站识别码对应的当前AOA定位广播包RSSI最大值；所述服务器，
当RRSSI>k*ARSSI ，则根据各RSSI定位基站接收到的当前AOA定位广播包RSSI及各RSSI定位基站位置信息，计算得到定位标签RSSI当前位置，并以该定位标签RSSI当前位置作为定位标签系统当前位置；
当ARSSI >k* RRSSI，则根据AOA定位基站的位置不同的阵列天线接收到的当前AOA定位广播包之间的相位差关系及AOA定位基站位置信息，计算得到定位标签AOA当前位置，并以该定位标签AOA当前位置作为定位标签系统当前位置；
当ARSSI <k* RRSSI ，或者RRSSI<k*ARSSI ，则根据定位标签历史运行的轨迹，确定定位标签运动趋势线；并且，以所述定位标签AOA当前位置、定位标签RSSI当前位置中的距离定位标签运动趋势线最近者，作为定位标签系统当前位置。
2.根据权利要求1所述的蓝牙定位系统，其特征在于，
第一定位需求区域的定位精度小于1米；
第二定位需求区域的定位精度大于1米。
3.根据权利要求1所述的蓝牙定位系统，其特征在于，
1.14<k<1.31。
4.根据权利要求1所述的蓝牙定位系统，其特征在于，
k为1.15、1.2或1.3。
5.根据权利要求1所述的蓝牙定位系统，其特征在于，
所述定位现场在室内。
6.根据权利要求1所述的蓝牙定位系统，其特征在于，
所述服务器设置在定位现场本地或设置在云端。
7.根据权利要求1所述的蓝牙定位系统，其特征在于，
所述定位标签中设置有运动传感器；
所述运动传感器，用于检测所述定位标签是否移动；
所述定位标签周期性发送AOA定位广播包中包含标签当前是否移动信息；
所述AOA定位基站，将其识别码、其位置不同的阵列天线接收到的当前AOA定位广播包之间的相位差关系、当前AOA定位广播包RSSI及标签当前是否移动信息发送到服务器；
所述RSSI定位基站，将其识别码、其接收到的当前AOA定位广播包RSSI及标签当前是否移动信息发送到服务器；
所述服务器，当ARSSI <k* RRSSI ，或者RRSSI<k*ARSSI ，并且标签当前是移动，则根据定位标签历史运行的轨迹，确定定位标签运动趋势线；并且，以所述定位标签AOA当前位置、定位标签RSSI当前位置中的距离定位标签运动趋势线最近者，作为定位标签系统当前位置；当标签当前是静止，则定位标签系统当前位置不变。
8.根据权利要求7所述的蓝牙定位系统，其特征在于，
所述运动传感器为加速度传感器。
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