CN114339597A - Tbox ble-rssi定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种TBOX BLE‑RSSI定位方法，包括：提供BLE实车标定环境；指定实车标定采样点的距离参数和角度参数；根据距离参数和角度参数计算标定采样点的RSSI，根据角度参数指定各标定采样点的RSSI权重，对标定采样点的RSSI进行加权计算，得到距离范围定位参数；以指定周期从蓝牙协议栈中读取标定采样点RSSI，提取当前时刻及之前相邻多个采样周期标定采样点RSSI；对提取的标定采样点RSSI进行离散化高斯滤波；根据距离范围定位参数判断当前测试件位置属于哪个距离范围，进而确定当前测试件位置属于哪个功能区域。本发明通过离散化高斯滤波和实车标定结合，能够识别出距离范围，在不增加额外成本的情况下，能提升定位精度、在一定程度上减小RSSI信号波动影响。

Description

TBOX BLE-RSSI定位方法

技术领域

本发明涉及汽车领域，特别是涉及一种TBOX BLE-RSSI定位方法。

背景技术

随着低功耗蓝牙(BLE)技术在汽车和移动端上的广泛普及，使用BLE技术实现数字钥匙已形成一个规模庞大的市场。基于BLE的定位，是数字钥匙中的重要一环。目前，BLE支持AOA/AOD/TOF/RSSI等多种定位方法。RSSI定位算法虽然精度不及AOA/AOD/TOF，但是其优点是单天线、低成本，因此成为主机厂的重要选择之一。

TBOX成本控制越来越严格，基于多蓝牙多天线的定位方案，无法满足严格的成本控制的要求，基于单天线的蓝牙定位方案成为主机厂的首选。而单天线的蓝牙定位方案，存在定位精度不够的问题，主要因素就是BLE信号强度波动、实车干扰，目前还没有解决方案。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念,该简化形式的概念均为本领域现有技术简化，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

本发明要解决的技术问题是提供一种基于TBOX单天线蓝牙技术，能提升定位精度，消除RSSI信波动影响的TBOX BLE-RSSI定位方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的TBOX BLE-RSSI定位方法，包括以下步骤：

S1，提供BLE实车标定环境；

S2，指定实车标定采样点的距离参数和角度参数；

以TBOX为原点车头车尾方向为Y轴，垂直车头车尾方向为X轴；距离参数是该标定采样点与原点间距离；角度参数是该标定采样点与X轴之间夹角；

S3，根据距离参数和角度参数计算标定采样点的RSSI，根据角度参数指定各标定采样点的权重，对标定采样点的RSSI进行加权计算，得到距离范围定位参数；

S4,以指定周期从蓝牙协议栈中读取标定采样点RSSI，提取当前时刻及之前相邻多个采样周期标定采样点RSSI；

S5，对提取的标定采样点RSSI进行离散化高斯滤波；

S6，根据距离范围定位参数判断当前测试件位置属于哪个距离范围，进而确定当前测试件位置属于哪个功能区域；

其中，上述标识S1～S6仅是用于区分各步骤，不限定各步骤实施的顺序。

可选择的，进一步改进所述的TBOX BLE-RSSI定位方法，步骤S2中，指定距离参数为r₁＝1m、r₂＝5m和r₃＝10m，指定角度参数为θ₁＝0度、θ₂＝45度、θ₃＝90度、θ₄＝135度、θ₅＝180度、θ₆＝225度、θ₇＝270度和θ₈＝315度。

可选择的，进一步改进所述的TBOX BLE-RSSI定位方法，采样点的RSSIR_tnm为：R_tnm＝f(r_n,θ_m)，n＝1、2、3；m＝1、2、3、4、5、6、7、8；

不同距离的采样点的RSSI为：

可选择的，进一步改进所述的TBOX BLE-RSSI定位方法，标定采样点的权重为：

可选择的，进一步改进所述的TBOX BLE-RSSI定位方法，距离范围定位参数为：

可选择的，进一步改进所述的TBOX BLE-RSSI定位方法，以X为周期，提取当前周期和之前相邻4个采样周期标定采样点RSSI；

X范围为100ms～1000ms。

可选择的，进一步改进所述的TBOX BLE-RSSI定位方法，步骤S5包括：

一维线性高斯滤波：

式中，x为样本数值，δ为方差，g(x)为该样本数值对应的高斯滤波的参数值。

一维线性高斯滤波器离散化：

X＝[x₁ x₂ x₃ x₄ x₅]^T，A＝[1 1 1 1 1]^T，x₁ x₂ x₃ x₄ x₅为5个离散化的样本，sumH为样本经过高斯滤波后计算的和；

离散化的高斯卷积核为：

式中，G(x₁)为样本x₁经过离散化的高斯滤波计算出的概率值，G(x₂)为样本x₂经过离散化的高斯滤波计算出的概率值，G(x₃)为样本x₃经过离散化的高斯滤波计算出的概率值，G(x₄)为样本x₄经过离散化的高斯滤波计算出的概率值，G(x₅)为样本x₅经过离散化的高斯滤波计算出的概率值。G为离散化的高斯滤波卷积核。

则某样本离散化高斯滤波结果为：h(x)＝G^TF^T；

式中，

F＝[F(x₁)F(x₂)F(x₃)F(x₄)F(x₅)]＝[F(x-2)F(x-1)F(x)F(x+1)F(x+2)]。

x为当前需要进行滤波的样本，即x₃。x+1为当前需要进行滤波的样本的后一个采样周期的样本，即x₄。x+2为当前需要进行滤波的样本的后2个采样周期的样本，即x₅。x-1为当前需要进行滤波的样本的前一个采样周期的样本，即x₂。x-2为当前需要进行滤波的样本的前2个采样周期的样本，即x₁。当前进行滤波的样本，总是滞后于当前时刻2个采样周期。

可选择的，进一步改进所述的TBOX BLE-RSSI定位方法，步骤S6包括：

当h(x)∈[avgH_t1,+∞)时，判定为当前测试件的距离r∈[0,r₁]，即当前属于无钥匙点火PS区

当h(x)∈(avgH_t2,avgH_t1)时，判定为当前测试件的距离r∈(r₁,r₂)，即当前属于无钥匙进入PE区

当h(x)∈[avgH_t3,avgH_t2]时，判定为当前测试件的距离r∈[r₂,r₃]，即当前属于迎宾WELCOM区；

当h(x)∈[-∞,avgH_t3]时，判定为当前测试件的距离r∈[r₃,+∞]，即当前不属于任何功能区。

本发明通过离散化高斯滤波和实车标定结合，能够识别出距离范围，能够完成无钥匙进入PE、无钥匙启动PS、迎宾WELCOM三个功能区域的定位识别。在不增加额外成本的情况下，能提升定位精度，消除RSSI信波动影响。

附图说明

本发明附图旨在示出根据本发明的特定示例性实施例中所使用的方法、结构和/或材料的一般特性，对说明书中的描述进行补充。然而，本发明附图是未按比例绘制的示意图，因而可能未能够准确反映任何所给出的实施例的精确结构或性能特点，本发明附图不应当被解释为限定或限制由根据本发明的示例性实施例所涵盖的数值或属性的范围。下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是本发明距离参数划分示意图

具体实施方式

以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容充分地了解本发明的其他优点与技术效果。本发明还可以通过不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点加以应用，在没有背离发明总的设计思路下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。本发明下述示例性实施例可以多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的具体实施例。应当理解的是，提供这些实施例是为了使得本发明的公开彻底且完整，并且将这些示例性具体实施例的技术方案充分传达给本领域技术人员。应当理解的是，当元件被称作“连接”或“结合”到另一元件时，该元件可以直接连接或结合到另一元件，或者可以存在中间元件。不同的是，当元件被称作“直接连接”或“直接结合”到另一元件时，不存在中间元件。在全部附图中，相同的附图标记始终表示相同的元件。

第一实施例；

本发明提供一种TBOX BLE-RSSI定位方法，包括以下步骤：

S1，提供BLE实车标定环境；

S2，指定实车标定采样点的距离参数和角度参数；

以TBOX为原点车头车尾方向为Y轴，垂直车头车尾方向为X轴；距离参数是该标定采样点与原点间距离；角度参数是该标定采样点与X轴之间夹角；

S3，根据距离参数和角度参数计算标定采样点的RSSI，根据角度参数指定各标定采样点的权重，对标定采样点的RSSI进行加权计算，得到距离范围定位参数；

S4,以指定周期从蓝牙协议栈中读取标定采样点RSSI，提取当前时刻及之前相邻多个采样周期标定采样点RSSI；

S5，对提取的标定采样点RSSI进行离散化高斯滤波；

S6，根据距离范围定位参数判断当前测试件位置属于哪个距离范围，进而确定当前测试件位置属于哪个功能区域；

其中，上述标识S1～S6仅是用于区分各步骤，不限定各步骤实施的顺序。

第二实施例；

本发明提供一种TBOX BLE-RSSI定位方法，包括以下步骤：

S1，提供BLE实车标定环境；实车标定环境根据各厂商的要求不同，本实施例示例示例性的提供一种最优BLE实车标定环境；BLE信号的频率为2.4GHz，波长较短，容易受到外部环境干扰。为保证标定精度，蓝牙通信距离测试的环境需要规范化，以确保测试结果的可靠性。

(1)TBOX安装位置规范；

TBOX需要使用支架安装在手套箱中，且保证TBOX外壳完整、手套箱外壳安装完成。

(2)测试手机位置和朝向规范

测试手机的朝向不同，也会影响蓝牙通信距离。标定距离时，测试手机需正对实验车辆。不可将测试手机背对实验车辆。测试手机需正常使用，禁止将多台测试手机叠放在一起进行测试。因为测试手机之间会相互干扰。

(3)测试手机使用规范

测试手机需要放置在塑料托盘中，禁止手持测试手机。因为手持测试手机会对测试手机的信号造成干扰。

(4)实验车辆规范

需要四门两盖上锁、天窗关闭、发动机熄火；

S2，参考图1所示，以TBOX为原点车头车尾方向为Y轴，垂直车头车尾方向为X轴；距离参数是该标定采样点与原点间距离；角度参数是该标定采样点与X轴之间夹角；指定实车标定采样点的距离参数和角度参数；指定距离参数为r₁＝1m、r₂＝5m和r₃＝10m，种距离依次对应无钥匙点火PS区、无钥匙进入PE区、迎宾WELCOM区，指定角度参数为θ₁＝0度、θ₂＝45度、θ₃＝90度、θ₄＝135度、θ₅＝180度、θ₆＝225度、θ₇＝270度和θ₈＝315度；用户在无钥匙点火PS区内部时，允许无钥匙点火，用户在无钥匙进入PE区内部时，允许直接拉开车门，用户在迎宾WELCOM区时，迎宾灯亮起。这三种距离，对应实车上三种具体的应用场景。

由于实车不是中心对称的，TBOX的安装位置是在副驾驶的手套箱内部，也不是中心对称的，因此BLE信号的分布也不是中心对称的。针对该情况，采样点的角度设置为8种，以保证采样的完整性；

S3，根据距离参数和角度参数计算标定采样点的RSSI，根据角度参数指定各标定采样点的权重，对标定采样点的RSSI进行加权计算，得到距离范围定位参数，对标定采样点的RSSI进行加权计算，得到距离范围定位参数，对标定采样点的RSSI进行加权计算，得到距离范围定位参数，对标定采样点的RSSI进行加权计算，得到距离范围定位参数；

RSSI定位基本原理是电磁场的场强传播方程，如下所示：

A＝4πR² (1)

式中，A为面积，R为传播距离。

式中，P_f为距离R处的场强，P_t为发射功率。

式中，R_s为距离R处的信号强度，其单位为dB_m。

在理想环境下，R_s即是距离R处的接收信号强度。综合(1)(2)(3)可知：

根据公式(4)可知，理想环境下，接收信号强度R_s与距离R和发射功率P_t存在对应关系。当发射功率P_t一定的时候，就可以根据接收信号强度R_s推算出距离；

采样点的RSSI R_tnm为：R_tnm＝f(r_n,θ_m)，n＝1、2、3；m＝1、2、3、4、5、6、7、8；

不同距离的采样点的RSSI为：

由于整车不是中心对称的，因此每个测试点对应的RSSI数值的权重也是不同的。权重与距离r无关，与角度θ有关。权重的矩阵为：

测试点的RSSI加上权重后的结果如下：

即距离范围定位参数；目前的RSSI由于精度有限，而且根据TBOX在实车中的具体应用场景，只需要识别出距离范围即可，无需进行精确的距离测算。距离范围识别出来之后，即可实现无钥匙点火PS功能、无钥匙进入PE功能、迎宾WELCOM功能；

S4,以指定周期自测试件到蓝牙协议栈中读取标定采样点RSSI，提取当前时刻及之前相邻多个采样周期标定采样点RSSI；

示例性的，TBOX中的BLE芯片的软件的APP层，以200ms为周期从BLE STACK中读取RSSI数值。当前时刻的RSSI样本即是F(x+2)，近5个采样周期的样本数据为[F(x-2)F(x-1)F(x)F(x+1)F(x+2)]；

S5，对提取的标定采样点RSSI进行离散化高斯滤波；

一维线性高斯滤波

均值为0的一维线性高斯滤波为：

在RSSI定位算法中，RSSI数值是离散的，因此需要将一维线性高斯滤波器离散化：

式中，X＝[x₁ x₂ x₃ x₄ x₅]^T，A＝[1 1 1 1 1]^T，x₁ x₂ x₃ x₄ x₅为5个离散化的样本，sumH为样本经过高斯滤波器后计算的和。

离散化的高斯卷积核为：

将某个样本，使用离散化的高斯滤波器进行滤波，结果h(x)为：

h(x)＝G^TF^T (8)

式中，

F＝[F(x₁)F(x₂)F(x₃)F(x₄)F(x₅)]＝[F(x-2)F(x-1)F(x)F(x+1)F(x+2)]；

x为当前需要进行滤波的样本，即x₃；x+1为当前需要进行滤波的样本的后一个采样周期的样本，即x₄；x+2为当前需要进行滤波的样本的后2个采样周期的样本，即x₅；x-1为当前需要进行滤波的样本的前一个采样周期的样本，即x₂；x-2为当前需要进行滤波的样本的前2个采样周期的样本，即x₁；当前进行滤波的样本，总是滞后于当前时刻2个采样周期；

根据公式(8)，使用高斯滤波器进行滤波，当前时刻的滤波结果h(x)，表征的是2个采样周期之前的滤波结果，即滤波结果滞后于当前时刻两个采样周期，在现有的配置参数中，这个滞后时延不会对用户体验造成影响，理解为准确数据；

S6，根据距离范围定位参数判断当前测试件位置属于哪个距离范围，进而确定当前测试件位置属于哪个功能区域；

当h(x)∈[avgH_t1,+∞)时，判定为当前测试件的距离r∈[0,r₁]，即当前属于无钥匙点火PS区

当h(x)∈(avgH_t2,avgH_t1)时，判定为当前测试件的距离r∈(r₁,r₂)，即当前属于无钥匙进入PE区

当h(x)∈[avgH_t3,avgH_t2]时，判定为当前测试件的距离r∈[r₂,r₃]，即当前属于迎宾WELCOM区；

当h(x)∈[-∞,avgH_t3]时，判定为当前测试件的距离r∈[r₃,+∞]，即当前不属于任何功能区。

其中，上述标识S1～S6仅是用于区分各步骤，不限定各步骤实施的顺序，即上述步骤存在反序执行、并序执行和调序执行的情况，不影响最终结果的准确性。

除非另有定义，否则这里所使用的全部术语(包括技术术语和科学术语)都具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的意思相同的意思。还将理解的是，除非这里明确定义，否则诸如在通用字典中定义的术语这类术语应当被解释为具有与它们在相关领域语境中的意思相一致的意思，而不以理想的或过于正式的含义加以解释。

以上通过具体实施方式和实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种TBOX BLE-RSSI定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，提供BLE实车标定环境；

S2，指定实车标定采样点的距离参数和角度参数；

以TBOX为原点车头车尾方向为Y轴，垂直车头车尾方向为X轴；距离参数是该标定采样点与原点间距离；角度参数是该标定采样点与X轴之间夹角；

S3，根据距离参数和角度参数计算标定采样点的RSSI，根据角度参数指定各标定采样点的权重，对标定采样点的RSSI进行加权计算，得到距离范围定位参数；

S4,以指定周期从蓝牙协议栈中读取标定采样点RSSI，提取当前时刻及之前相邻多个采样周期标定采样点RSSI；

S5，对提取的标定采样点RSSI进行离散化高斯滤波；

S6，根据距离范围定位参数判断当前测试件位置属于哪个距离范围，进而确定当前测试件位置属于哪个功能区域；

其中，上述标识S1～S6仅是用于区分各步骤，不限定各步骤实施的顺序。

2.如权利要求1所述的TBOX BLE-RSSI定位方法，其特征在于：步骤S2中，指定距离参数为r₁＝1m、r₂＝5m和r₃＝10m，指定角度参数为θ₁＝0度、θ₂＝45度、θ₃＝90度、θ₄＝135度、θ₅＝180度、θ₆＝225度、θ₇＝270度和θ₈＝315度。

3.如权利要求2所述的TBOX BLE-RSSI定位方法，其特征在于：

采样点的RSSIR_tnm为：R_tnm＝f(r_n,θ_m)，n＝1、2、3；m＝1、2、3、4、5、6、7、8；

不同距离的采样点的RSSI为：

4.如权利要求3所述的TBOX BLE-RSSI定位方法，其特征在于：

标定采样点的权重为：

5.如权利要求4所述的TBOX BLE-RSSI定位方法，其特征在于：

距离范围定位参数为：

6.如权利要求1所述的TBOX BLE-RSSI定位方法，其特征在于：以X为周期，提取当前周期和之前相邻4个采样周期标定采样点RSSI；

X范围为100ms～1000ms。

7.如权利要求5所述的TBOX BLE-RSSI定位方法，其特征在于，步骤S5包括：

一维线性高斯滤波：

式中，x为样本数值，δ为方差，g(x)为该样本数值对应的高斯滤波的参数值；

一维线性高斯滤波器离散化：

式中，X＝[x₁ x₂ x₃ x₄ x₅]^T，A＝[1 1 1 1 1]^T，x₁ x₂ x₃ x₄ x₅为5个离散化的样本，arg为中间变量、没有具体意义，sumH为样本经过高斯滤波后计算的和；

离散化的高斯卷积核为：

式中，G(x₁)为样本x₁经过离散化的高斯滤波计算出的概率值，G(x₂)为样本x₂经过离散化的高斯滤波计算出的概率值，G(x₃)为样本x₃经过离散化的高斯滤波计算出的概率值，G(x₄)为样本x₄经过离散化的高斯滤波计算出的概率值，G(x₅)为样本x₅经过离散化的高斯滤波计算出的概率值。G为离散化的高斯滤波卷积核；

则某样本离散化高斯滤波结果为：h(x)＝G^TF^T；

式中，

F＝[F(x₁) F(x₂) F(x₃) F(x₄) F(x₅)]＝[F(x-2) F(x-1) F(x) F(x+1) F(x+2)]；

x为当前需要进行滤波的样本，即x₃；x+1为当前需要进行滤波的样本的后一个采样周期的样本，即x₄；x+2为当前需要进行滤波的样本的后2个采样周期的样本，即x₅；x-1为当前需要进行滤波的样本的前一个采样周期的样本，即x₂；x-2为当前需要进行滤波的样本的前2个采样周期的样本，即x₁；

式中，

8.如权利要求7所述的TBOX BLE-RSSI定位方法，其特征在于，步骤S6包括：

当h(x)∈[avgH_t1,+∞)时，判定为当前测试件的距离r∈[0,r₁]，即当前属于无钥匙点火PS区

当h(x)∈(avgH_t2,avgH_t1)时，判定为当前测试件的距离r∈(r₁,r₂)，即当前属于无钥匙进入PE区

当h(x)∈[avgH_t3,avgH_t2]时，判定为当前测试件的距离r∈[r₂,r₃]，即当前属于迎宾WELCOM区；

当h(x)∈[-∞,avgH_t3]时，判定为当前测试件的距离r∈[r₃,+∞]，即当前不属于任何功能区。

Images