CN113810872A - 一种基于九轴传感器的AoD定位方法及装置 - Google Patents

一种基于九轴传感器的AoD定位方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于九轴传感器的AoD定位方法及装置，在本技术方案中通过所述九轴传感器描述的位置信息发送特定信标蓝牙信号，将所述特定信标蓝牙信号进行预处理，通过计算最后得到位置信息；所述信标安装了九轴传感器，九轴传感器作为集成化传感器模块，易于工程实现，从而简化了信标的安装要求，更进一步的降低了定位系统的功耗。

Description

一种基于九轴传感器的AoD定位方法及装置
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种AoD定位方法及装置。
背景技术
近些年来，随着无线通信、互联网、物联网等技术的快速发展，定位技术的研究和应用变的十分广泛，已经渗透于军事、商业和我们生活等的各个方面。全球定位系统为我们提供了良好的全球室外定位服务，但是它在室内环境下无法使用，因为GSP信号无法顺利的穿过建筑物，而且在室内环境中，各种墙体、家具、天花板等都会对GPS的信号造成衰减，这使得GPS在室内环境下，不能准确的识别待定位物体的位置。
因此，研究学者们提出了基于其他信号的室内定位技术，目前移动设备均配置了无线网卡，因而无线局域网的信号强度定位技术得到了广泛的应用，由于信号强度和距离的变化规律受环境影响而难以准确描述，因此定位精度往往不能满足实际应用中的需求。
在诸多的实现定位的蓝牙无线技术中，发送角度AoD(Angle of Departure) 定位技术的使用变得越来越广泛。由于来波方向的估计与信号强度无关，不受信号能量衰减的影响。同时利用天线阵列，使用超分辨率估计算法估计各信号的发送角度，进而对室内移动物体进行定位。AoD定位技术有着十分显著的优点，使得其近年来得到了越来越多的重视。
然而，传统AoD定位技术由于仅仅测量俯仰角与方位角，当信标安装的角度不同，如倾斜或者旋转等，起计算出的俯仰角与方位角则不同，会导致定位精度的偏差，因此对于信标的安装要求较为严格，同时由于标签端需进行发送角的计算，装置较为复杂，功耗较高，小型化比较困难。
发明内容
本发明提供了一种基于九轴传感器的AoD定位方法及装置，实现了高精度的运动检测，简化了装置的复杂性，降低了定位系统的功耗。
为解决上述问题，本发明实施例提供一种基于九轴传感器的AoD定位方法，其特征在于，包括以下步骤：基于所述九轴传感器描述的位置信息发送特定信标蓝牙信号；接收信号并进行同步匹配到所述特定信标蓝牙信号，将所述特定信标蓝牙信号进行预处理，得到特定标签信号；将所述特定标签信号进行AoD计算，得到位置信息。
可选的，所述发送特定信标蓝牙信号包括：发送带有单音信号的特定信标蓝牙信号，其中，所述单音信号依次发送。
可选的，所述单音信号依次发送的步骤包括：开放第一通道，发送n个 (n是大于1的自然数)周期单音信号，关闭第一通道；开放第二通道，发送 n个周期单音信号，关闭第二通道；以此类推，直至开放第N(N为自然数) 通道，发送n个周期单音信号，关闭第N通道。
可选的，所述将所述特定信标蓝牙信号进行预处理，得到特定标签信号包括：将所述特定信标信号进行筛选，计算出信标姿态数据及频偏校正数据，将所述信标姿态数据及所述频偏校正数据整合为所述特定标签信号。
可选的，所述信标姿态数据包括信标安装的俯仰角及方位角。
可选的，所述将所述特定标签信号进行AoD计算包括：通过所述频偏校正数据对所述信标姿态数据进行校正。
同时，本发明还提供一种基于九轴传感器的AoD定位装置，其特征在于，包括：信标，适于发送特定信标蓝牙信号；标签，适于接收信号并进行同步匹配到所述特定信标蓝牙信号，将所述特定信标蓝牙信号进行预处理，得到特定标签信号；上位机，适于将所述特定标签信号进行AoD计算，得到所述标签位置信息；其中，所述信标包括：九轴传感器模块，用于采集位置数据信息；蓝牙发送模块，用于发送所述位置数据信息；通道切换模块，用于将所述位置数据信息切换成单音信号，并依次发送；阵列天线模块，用于发送所述单音信号；信标供电模块，用于为所述九轴传感器模块、所述蓝牙发送模块、所述通道切换模块供电。
可选的，所述标签包括：标签接收天线，用于接收所述单音信号；蓝牙接收模块，用于将所述单音信号进行同步匹配，匹配到特定信标信号；预处理模块，用于将所述特定信标信号进行预处理，得到特定标签信号；信息整合模块，用于将所述特定信标信号进行筛选，计算出信标姿态数据及频偏校正数据，将所述信标姿态数据及所述频偏校正数据整合为所述特定标签信号；无线发送模块，用于将所述特定标签信号通过标签发送天线进行发送；标签供电模块，用于为所述蓝牙接收模块、所述预处理模块、所述信息整合模块、所述无线发送模块供电。
可选的，所述信标供电模块及所述标签供电模块均采用电池供电。
可选的，所述上位机包括：上位机接收天线，用于接收所述标签发送天线发出的信号；无线接收模块，用于同步匹配出所述特定标签信号；AoD计算模块，用于根据所述特定标签信号计算出所述标签位置信息。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下的优点：
本发明所述信标安装了九轴传感器，九轴传感器作为集成化传感器模块，减少了电路板和整体空间，更适合用在轻巧便携的电子设备和可穿戴产品中。集成化传感器的数据准确度除了器件本身的精度外，还涉及到焊接装配后的矫正，以及针对不同应用的配套算法。合适的算法可以将来自多种传感器的数据融合，弥补了单个传感器在计算准确的位置和方向时的不足，从而实现高精度的运动检测；同时标签端将接收到的数据预处理后通过无线发送至上位机，标签与信标均通过电池供电，减小了体积且易于工程实现，从而简化了信标的安装要求，更进一步的降低了定位系统的功耗。
附图说明
图1是本发明实施例中一种基于九轴传感器的AoD定位方法的流程图；
图2是图1中步骤S12的一种具体实现的流程图；
图3是本发明实施例中一种基于九轴传感器的AoD定位装置的结构示意图；
图4是图3实施例中所述信标31的结构示意图；
图5是图3实施例中的所述特定信标蓝牙信号S1(t)的帧结构示意图；
图6是图3实施例中所述标签32的结构示意图；
图7是图3实施例中所述特定标签信号S2(t)的帧结构示意图；
图8是图3实施例中所述上位机33的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
参照图1，图1是本发明实施例中一种基于九轴传感器的AoD定位方法的流程图。所述AoD定位方法可以包括步骤S11至步骤S13：
步骤S11：基于所述九轴传感器描述的位置信息发送特定信标蓝牙信号；
步骤S12：接收信号并进行同步匹配到所述特定信标蓝牙信号，将所述特定信标蓝牙信号进行预处理，得到特定标签信号；
步骤S13：将所述特定标签信号进行AoD计算，得到位置信息。
在步骤S11的具体实施中，由于AoD基本原理为发射正弦波单音信号，因此，所述发送特定信标蓝牙信号包括：发送带有单音信号的特定信标蓝牙信号，其中，所述单音信号依次发送。
具体的，所述单音信号一次发送的步骤包括：开放第一通道，发送n个 (n是大于1的自然数)周期单音信号，关闭第一通道；开放第二通道，发送 n个周期单音信号，关闭第二通道；以此类推，直至开放第N(N为自然数) 通道，发送n个周期单音信号，关闭第N通道。
参照图2，图2是图1中步骤S12的一种具体实现的流程图。所述步骤 S12还可以包括：
步骤S21：打开接收通道，接收信号并与所述特定信标蓝牙信号进行匹配，直至匹配到所述特定信标蓝牙信号。
步骤S22：当匹配到所述特定信标蓝牙信号时，将所述特定信标信号进行筛选，计算出信标姿态数据及频偏校正数据；
步骤S23：将所述信标姿态数据及所述频偏校正数据整合为所述特定标签信号。
具体的，在本发明实施例中，所述信标姿态数据包括信标安装的俯仰角及方位角。
在步骤S11的具体实施中，所述将所述特定标签信号进行AoD计算包括：通过所述频偏校正数据对所述信标姿态数据进行校正。
参照图3，图3是本发明实施例中一种基于九轴传感器的AoD定位装置的结构示意图。所述AoD定位装置还可以包括：信标31，适于发送特定信标蓝牙信号；标签32，适于接收信号并进行同步匹配到所述特定信标蓝牙信号，将所述特定信标蓝牙信号进行预处理，得到特定标签信号；上位机33，适于将所述特定标签信号进行AoD计算，得到所述标签位置信息。
参照图4，图4是图3实施例中所述信标31的结构示意图。所述信标31 包括：九轴传感器模块41，用于采集位置数据信息；蓝牙发送模块42，用于发送所述位置数据信息；通道切换模块43，用于将所述位置数据信息切换成单音信号，并依次发送；阵列天线模块44，用于发送所述单音信号；信标供电模块45，用于为所述九轴传感器模块41、所述蓝牙发送模块42、所述通道切换模块43供电。
本发明实施例中，所述信标供电模块45采用电池供电。具体的，所述电池可以是锂电池或者干电池。其中，所述阵列天线模块44为无源天线。
需要说明的是，所述九轴传感器模块41作为集成化传感器模块，九轴传感器作为集成化传感器模块，减少了电路板和整体空间，更适合用在轻巧便携的电子设备和可穿戴产品中。集成化传感器的数据准确度除了器件本身的精度外，还涉及到焊接装配后的矫正，以及针对不同应用的配套算法。合适的算法可以将来自多种传感器的数据融合，弥补了单个传感器在计算准确的位置和方向时的不足，从而实现高精度的运动检测；同时标签端将接收到的数据预处理后通过无线发送至上位机，标签与信标均通过电池供电，减小了体积且易于工程实现，从而简化了信标的安装要求，更进一步的降低了定位系统的功耗。
在本发明实施例中，所述阵列天线模块44的每个天线通道上均设有开关。
所述信标31发送信号的步骤包括：首先打开天线0通道，通过所述蓝牙发送模块42发送带有单音信号的特定信标蓝牙信号S1(t)。如图5所示，图5 是图3实施例中的所述特定信标蓝牙信号S1(t)的帧结构示意图。如图5所示，所述特定信标蓝牙信号的帧结构包括同步头、信标ID、九轴传感器数据及单音信号。其中所述单音信号的周期为T，当所述天线0发送了n个周期单音信号时，其中n为大于1的自然数，关闭所述天线0通道，打开天线1通道，发送n个周期单音信号，关闭所述天线1通道，打开天线2通道，发送n个周期单音信号，依次递推，直至天线N发送了n个周期的单音信号。
参照图6，图6是图3实施例中所述标签32的结构示意图。所述标签32 可以包括：标签接收天线61，用于接收所述单音信号；蓝牙接收模块62，用于将所述单音信号进行同步匹配，匹配到特定信标信号；预处理模块63，用于将所述特定信标信号进行预处理，得到特定标签信号；信息整合模块64，用于将所述特定信标信号进行筛选，计算出信标姿态数据及频偏校正数据，将所述信标姿态数据及所述频偏校正数据整合为所述特定标签信号；无线发送模块65，用于将所述特定标签信号通过标签发送天线66进行发送；标签供电模块67，用于为所述蓝牙接收模块62、所述预处理模块63、所述信息整合模块64、所述无线发送模块65供电。
本发明实施例中，所述标签供电模块67采用电池供电。具体的，所述电池可以是锂电池或干电池。所述天线标签接收天线61及所述标签发送天线66 均为无源天线。
本发明实施例中，所述标签接收天线61设有接收开关，所述标签发送天线66设有发送开关。当所述接收开关打开时，关闭发送开关，通过所述蓝牙接收模块62对接收到的信号进行同步匹配。当匹配到所述特定信标蓝牙信号 S1(t)时，将接收到的信号送入到所述预处理模块63，完成信号的筛选，计算出信标姿态数据及频偏校正数据。将所述信标姿态数据及所述频偏校正数据通过信息整合模块64整合为所述特定标签信号S2(t)。参照图7，图7是图3 实施例中所述特定标签信号S2(t)的帧结构示意图。所述特定标签信号S2(t)的帧结构包括同步头、标签ID、信标姿态数据及频偏校正数据。所述接收开关关闭，所述发送开关打开，通过所述无线发送模块65将所述特定标签信号S2(t) 通过所述发送天线发送。
参照图8，图8是图3实施例中所述上位机33的结构示意图。所述上位机33包括：上位机接收天线81，用于接收所述标签发送天线66发出的信号；无线接收模块82，用于同步匹配出所述特定标签信号；AoD计算模块83，用于根据所述特定标签信号计算出所述标签32的位置信息。
所述上位机33通过所述无线接收模块82进行信号匹配，当所述上位机 33匹配到所述特定标签端信号S2(t)时，将所述特定标签端信号S2(t)送入所述 AoD计算模块83。所述AoD计算模块83通过频偏校正数据进行发送角计算，同时将收到的信标姿态数据对AoD估计结果进行校正，得到所述标签32的坐标位置信息。
综上所述，本发明实施例中所述信标安装了九轴传感器，九轴传感器作为集成化传感器模块，减少了电路板和整体空间，更适合用在轻巧便携的电子设备和可穿戴产品中。集成化传感器的数据准确度除了器件本身的精度外，还涉及到焊接装配后的矫正，以及针对不同应用的配套算法。合适的算法可以将来自多种传感器的数据融合，弥补了单个传感器在计算准确的位置和方向时的不足，从而实现高精度的运动检测；同时标签端将接收到的数据预处理后通过无线发送至上位机，标签与信标均通过电池供电，减小了体积且易于工程实现，从而简化了信标的安装要求，更进一步的降低了定位系统的功耗。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种基于九轴传感器的AoD定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
基于所述九轴传感器描述的位置信息发送特定信标蓝牙信号；
接收信号并进行同步匹配到所述特定信标蓝牙信号，将所述特定信标蓝牙信号进行预处理，得到特定标签信号；
将所述特定标签信号进行AoD计算，得到位置信息。
2.如权利要求1所述的AoD定位方法，其特征在于，所述发送特定信标蓝牙信号包括：发送带有单音信号的特定信标蓝牙信号，其中，所述单音信号依次发送。
3.如权利要求2所述的AoD定位方法，其特征在于，所述单音信号依次发送的步骤包括：
开放第一通道，发送n个(n是大于1的自然数)周期单音信号，关闭第一通道；
开放第二通道，发送n个周期单音信号，关闭第二通道；
以此类推，直至开放第N(N为自然数)通道，发送n个周期单音信号，关闭第N通道。
4.如权力要求1所述的AoD定位方法，其特征在于，所述将所述特定信标蓝牙信号进行预处理，得到特定标签信号包括：将所述特定信标信号进行筛选，计算出信标姿态数据及频偏校正数据，将所述信标姿态数据及所述频偏校正数据整合为所述特定标签信号。
5.如权利要求4所述的AoD定位方法，其特征在于，所述信标姿态数据包括信标安装的俯仰角及方位角。
6.如权利要求4所述的AoD定位方法，其特征在于，所述将所述特定标签信号进行AoD计算包括：通过所述频偏校正数据对所述信标姿态数据进行校正。
7.一种基于九轴传感器的AoD定位装置，其特征在于，包括：
信标，适于发送特定信标蓝牙信号；
标签，适于接收信号并进行同步匹配到所述特定信标蓝牙信号，将所述特定信标蓝牙信号进行预处理，得到特定标签信号；
上位机，适于将所述特定标签信号进行AoD计算，得到所述标签位置信息；
其中，所述信标包括：
九轴传感器模块，用于采集位置数据信息；
蓝牙发送模块，用于发送所述位置数据信息；
通道切换模块，用于将所述位置数据信息切换成单音信号，并依次发送；
阵列天线模块，用于发送所述单音信号；
信标供电模块，用于为所述九轴传感器模块、所述蓝牙发送模块、所述通道切换模块供电。
8.如权利要求7所述的AoD定位装置，其特征在于，所述标签包括：
标签接收天线，用于接收所述单音信号；
蓝牙接收模块，用于将所述单音信号进行同步匹配，匹配到特定信标信号；
预处理模块，用于将所述特定信标信号进行预处理，得到特定标签信号；
信息整合模块，用于将所述特定信标信号进行筛选，计算出信标姿态数据及频偏校正数据，将所述信标姿态数据及所述频偏校正数据整合为所述特定标签信号；
无线发送模块，用于将所述特定标签信号通过标签发送天线进行发送；
标签供电模块，用于为所述蓝牙接收模块、所述预处理模块、所述信息整合模块、所述无线发送模块供电。
9.如权利要求7或8所述的AoD定位装置，其特征在于，所述信标供电模块及所述标签供电模块均采用电池供电。
10.如如权利要求7所述的AoD定位装置，其特征在于，所述上位机包括：
上位机接收天线，用于接收所述标签发送天线发出的信号；
无线接收模块，用于同步匹配出所述特定标签信号；
AoD计算模块，用于根据所述特定标签信号计算出所述标签位置信息。
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