一种基于蓝牙通信的室内定位系统

技术领域

本发明涉及室内定位技术领域，具体涉及一种基于蓝牙通信的室内定位系统。

背景技术

近年来，随着物联网技术的蓬勃发展，各类空间位置定位技术和相关系统处于快速发展中。目前，在定位导航方面应用比较广泛的是GPS定位系统和北斗定位系统。然而，上述两种定位系统信号由于受建筑物屏蔽影响，其信号强度大大衰减，严重影响室内的定位精度。因此，如何实现室内精确定位成为各个领域和研究机构研究的重要方向。

室内定位是指在室内环境中主要采用无线通讯等技术通过集成形成一套室内位置定位体系，确定室内空间中的人员、物体等所处位置的定位技术。目前，主要有超声波室内定位技术，WiFi室内定位技术，UWB(超宽带)定位技术和蓝牙beacon室内定位技术等。例如，公开号为CN109936837A的中国专利就公开了《一种基于蓝牙的室内定位方法》，其包括：在室内布置多个蓝牙定位基站和多个固定蓝牙信标；计算出待定位蓝牙信标的初步定位信息；选取距离初步定位信息所指区域最近的一个固定蓝牙信标，将其记为特定的固定蓝牙信标；对对数距离路径损耗模型公式中的系数进行修正；计算出待定位蓝牙信标的准确位置信息。

上述现有方案中的室内定位方法实际上是采用RSS信息(信号强度值信息)与实际距离的映射关系进行定位。然而，申请人发现采用现有室内定位方法时，需要将每个固定蓝牙信标的RSS信息进行存储，而为了保证室内定位精度，通常会设置很多固定蓝牙信标，因此导致存储RSS信息占用的存储空间很大。同时，由于存储的RSS信息较多，在进行RSS信息匹配时消耗的时间也会非常多，导致室内定位的效率很低。因此，如何提供一种能够减少存储空间占用且能够保证定位效率和定位精度的室内定位系统是急需解决的技术问题。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种能够减少存储空间占用且能够保证定位效率和定位精度的室内定位系统，从而能够提升室内定位的定位效果。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种基于蓝牙通信的室内定位系统，包括：

蓝牙信标模块，设置于被测目标上；

若干个蓝牙基站模块，分别布置于室内的指定位置；所述蓝牙基站模块能够接收对应蓝牙信标模块的蓝牙信号，并获取对应蓝牙信标模块的信号到达方向信息；

定位计算模块，用于根据所述信号到达方向信息计算对应蓝牙基站模块与对应蓝牙信标模块之间的相对方位角，并根据所述相对方位角和对应蓝牙基站模块的位置信息结合三角定位计算对应蓝牙信标模块的位置信息，作为被测目标的室内位置。

优选的，所述蓝牙基站模块包括用于接收所述蓝牙信标模块蓝牙信号的蓝牙感知单元，用于获取所述蓝牙信标模块的信号到达方向信息的蓝牙阵列天线单元，以及与所述定位计算模块网络通信且能够发送信号到达方向信息的蓝牙处理器。

优选的，所述蓝牙基站模块基于设置的5G室内分布系统布置：各个蓝牙基站模块分别与所述5G室内分布系统的5G皮基站一一对应设置，并通过所述5G室内分布系统的5G网络向所述定位计算模块传输数据。

优选的，所述蓝牙基站模块与对应的5G皮基站共用天线且通过时分双工的方式工作；所述蓝牙基站模块通过蓝牙处理器的天线控制信号结合对应5G皮基站的5G射频信号得到4T4R的蓝牙阵列天线单元。

优选的，所述蓝牙基站模块与对应的5G皮基站合并安装。

优选的，所述蓝牙基站模块加装在对应的5G皮基站上。

优选的，所述蓝牙基站模块通过对应5G皮基站的电源供电。

优选的，所述定位计算模块通过如下步骤计算被测目标的室内位置：

S1：确定能够接收被测目标对应蓝牙信标模块蓝牙信号的蓝牙基站模块A和蓝牙基站模块B；

S2：根据蓝牙基站模块A和蓝牙基站模块B的信号到达方向信息，分别计算蓝牙基站模块A和蓝牙基站模块B与对应蓝牙信标模块之间的相对方位角α和β；

S3：根据蓝牙基站模块A和蓝牙基站模块B的位置信息，以及相对方位角α和相对方位角β计算对应蓝牙信标模块的位置信息，作为被测目标的室内位置。

优选的，蓝牙基站模块包括蓝牙阵列天线单元，所述蓝牙阵列天线单元获取各个天线接收蓝牙信号的时间作为信号到达方向信息；

步骤S2中，对蓝牙阵列天线单元接收对应蓝牙信标模块蓝牙信号的过程进行解调，然后计算蓝牙阵列天线单元中任意两根天线接收对应蓝牙信标模块蓝牙信号时的相位差，作为对应蓝牙基站模块与对应蓝牙信标模块之间的相对方位角。

优选的，步骤S3中，通过如下公式计算蓝牙信标模块的位置信息：

其中，蓝牙信标模块的位置信息表示为(x,y)；蓝牙基站模块A的位置信息表示为(x

本发明中的室内定位系统与现有技术相比，具有如下有益效果：

在本发明中，被测目标处于室内时，其设置的蓝牙基站模块能够与通信范围内的蓝牙基站模块蓝牙通信，此时蓝牙基站模块获取蓝牙信标模块的信号到达方向信息，定位计算模块根据信号到达方向信息计算相对方位角，并根据相对方位角和蓝牙基站模块的位置信息结合三角定位计算蓝牙信标模块的位置信息，作为被测目标的室内位置。因此，本发明能够有效计算被测目标的室内位置并实现实时的室内定位，因而不需要预先存储RSS信息，也不需要进行RSS信息匹配，即能够减少存储空间占用且能够保证定位效率；同时，本发明通过相对方位角和三角定位计算位置的方式，能够解决因环境复杂性和人为因素引起不确定性增加的问题，即能够有效保证室内定位的定位资精度，从而能够提升室内定位的定位效果。

附图说明

为了使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为实施例中室内定位系统的逻辑框图；

图2和图3均为实施例中计算相位差的原理示意图；

图4为实施例中蓝牙基站模块与5G基站配合布置的网络结构图；

图5为实施例中4T4R蓝牙阵列天线单元的网络结构图；

图6为实施例中三角定位法的原理示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细的说明：

实施例：

本实施例中公开了一种基于蓝牙通信的室内定位系统。

如图1所示，一种基于蓝牙通信的室内定位系统，包括：

蓝牙信标模块，设置于被测目标上。具体的，蓝牙信标模块可以选用现有的具有蓝牙功能的手机，蓝牙信标模块的数量根据被测目标的数量而定。

若干个蓝牙基站模块，分别布置于室内的指定位置；蓝牙基站模块能够接收对应蓝牙信标模块的蓝牙信号，并获取对应蓝牙信标模块的信号到达方向信息。具体的，蓝牙基站模块包括用于接收蓝牙信标模块蓝牙信号的蓝牙感知单元，用于获取蓝牙信标模块的信号到达方向信息的蓝牙阵列天线单元，以及与定位计算模块网络通信且能够发送信号到达方向信息的蓝牙处理器。蓝牙基站模块上还可集成微处理器，相对方位角的计算也可在蓝牙基站模块的微处理器上完成。

定位计算模块，用于根据信号到达方向信息计算对应蓝牙基站模块与对应蓝牙信标模块之间的相对方位角，并根据相对方位角和对应蓝牙基站模块的位置信息结合三角定位计算对应蓝牙信标模块的位置信息，作为被测目标的室内位置。具体的，定位计算模块选用现有的服务器或云服务器，其能够执行上述的各项计算，并能够用于存储数据。

在本发明中，被测目标处于室内时，其设置的蓝牙基站模块能够与通信范围内的蓝牙基站模块蓝牙通信，此时蓝牙基站模块获取蓝牙信标模块的信号到达方向信息，定位计算模块根据信号到达方向信息计算相对方位角，并根据相对方位角和蓝牙基站模块的位置信息结合三角定位计算蓝牙信标模块的位置信息，作为被测目标的室内位置。因此，本发明能够有效计算被测目标的室内位置并实现实时的室内定位，因而不需要预先存储RSS信息，也不需要进行RSS信息匹配，即能够减少存储空间占用且能够保证定位效率；同时，本发明通过相对方位角和三角定位计算位置的方式，能够解决因环境复杂性和人为因素引起不确定性增加的问题，即能够有效保证室内定位的定位资精度，从而能够提升室内定位的定位效果。

具体实施过程中，蓝牙基站模块包括蓝牙阵列天线单元，蓝牙阵列天线单元获取各个天线接收蓝牙信号的时间作为信号到达方向信息。结合图2和图3所示，对蓝牙阵列天线单元接收对应蓝牙信标模块蓝牙信号的过程进行解调，然后计算蓝牙阵列天线单元中任意两根天线接收对应蓝牙信标模块蓝牙信号时的相位差，作为对应蓝牙基站模块与对应蓝牙信标模块之间的相对方位角。

具体实施过程中，蓝牙基站模块基于设置的5G室内分布系统布置：各个蓝牙基站模块分别与5G室内分布系统的5G皮基站一一对应设置，并通过5G室内分布系统的5G网络向定位计算模块传输数据。具体的，可以选在将蓝牙基站模块与对应的5G皮基站合并安装或蓝牙基站模块加装在对应的5G皮基站上的方式布置蓝牙基站模块。蓝牙基站模块通过对应5G皮基站的电源供电。

具体实施过程中，蓝牙基站模块与5G基站的5G客户端之间的连接方式如图4所示。具体的，蓝牙基站模块与对应的5G皮基站共用天线且通过时分双工的方式工作；结合图5所示，蓝牙基站模块通过蓝牙处理器的天线控制信号结合对应5G皮基站的5G射频信号得到4T4R的蓝牙阵列天线单元。蓝牙基站模块包括BLE信标发射单元和BLE信号接收单元；BLE信号接收单元通过对应5G皮基站的5G射频信号结合蓝牙处理器的天线控制信号实现4T4R阵列天线，采用4T4R阵列天线可以提高接收灵敏度，增加抗干扰性，大幅提高定位精度的优势。同时，通过对应5G皮基站的网关主控处理器中的算法来实现周围蓝牙信标的AOA定位。BLE信标发射单元用于发射BLE广播信号，以便其他支持蓝牙的设备可以搜索到基站的蓝牙信号，也就是说蓝牙基站在定位周围蓝牙信标位置的同时也具有蓝牙信标的作用。5G皮基站的网关主控处理器将计算出的周围蓝牙信标与蓝牙基站的相对位置信息通过LAN口或wifi发送给定位计算模块，定位计算模块上的软件通过处理的室内地图信息，各个蓝牙基站的坐标以及各个蓝牙信标和蓝牙基站的相对位置信息，将各个蓝牙信标展现在室内地图上。

在本发明中，室内定位系统基于5G室内分布系统布置：5G室内分布系统中要求5G皮基站能够支持“蓝牙网关一体化外部安装”，因此蓝牙基站模块能够有效的安装在5G室内分布系统的5G皮基站上。其次，5G室内分布系统大量室分设备的布设可以作为室内定位系统数据回传的数据通道和供电网络；同时，蓝牙基站模块和5G皮基站的布设密度接近，使得室内定位系统能够很好的与5G室内分布系统契合，从而能够有效降低室内定位系统的部署成本。最后，本发明将无源室分系统和分布式皮基站相结合，通过集成蓝牙信标支持室内精准定位和物联信息采集，能够实现一网两用，即一张5G数据网和一张高精度室内定位网，这是一种5G时代室内通信的全新解决方案。

具体实施过程中，定位计算模块通过如下步骤计算被测目标的室内位置：

S1：确定能够接收被测目标对应蓝牙信标模块蓝牙信号的蓝牙基站模块A和蓝牙基站模块B；

S2：根据蓝牙基站模块A和蓝牙基站模块B的信号到达方向信息，分别计算蓝牙基站模块A和蓝牙基站模块B与对应蓝牙信标模块之间的相对方位角α和β；

S3：结合图6所示，根据蓝牙基站模块A和蓝牙基站模块B的位置信息，以及相对方位角α和相对方位角β计算对应蓝牙信标模块的位置信息，作为被测目标的室内位置。

在本发明中，上述步骤通过相对方位角和三角定位计算位置的方式，能够解决因环境复杂性和人为因素引起不确定性增加的问题，即能够有效保证室内定位的定位资精度，从而能够提升室内定位的定位效果。

具体实施过程中，通过如下公式计算蓝牙信标模块的位置信息：

其中，蓝牙信标模块的位置信息表示为(x,y)；蓝牙基站模块A的位置信息表示为(x

需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过参照本发明的优选实施例已经对本发明进行了描述，但本领域的普通技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。同时，实施例中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。最后，本发明要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。