一种红外辅助的蓝牙AoA定位方法、系统、介质

技术领域

本发明涉及室内定位技术领域，尤其是涉及一种红外辅助的蓝牙AoA定位方法、系统、介质。

背景技术

伴随无线通信技术和众多智能产品应用的发展，室内定位技术的市场需求逐渐扩大。

蓝牙AoA定位技术具有高精度、低功耗、低成本和小型化的优势，在高精度室内定位中具有良好的应用前景。但是，由于定位基站的部署精度需求导致部署过程复杂且耗时，同时室内环境下的多径效应以及WiFi等信号的干扰会降低定位精度。

中国专利申请公开号CN106249266A公开了一种基于北斗与室内定位相结合的人员定位系统，包括移动终端、固定终端、监控终端；所述移动终端包括蓝牙单元、超声波发射模块、北斗定位单元、数据处理模块、无线通讯模块；所述固定终端包括蓝牙天线、超声波接收模块、红外测距模块、微处理器、无线发射模块；所述监控终端包括无线接收模块、中央处理器、显示模块。

上述申请通过蓝牙天线、超声波接收模块、红外测距模块对室内工作人员的坐标进行提取，并综合三者的定位信息形成最终的室内定位信息，从而与北斗定位系统进行结合，实现室内外定位的无缝切换。但是，在室内场景中，当物体遮挡时红外测距会受到影响，并不能有效结合以实现室内定位。

因此，当前缺少一种蓝牙AoA定位方法、系统、介质，以提高室内场景下的定位准确度。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种红外辅助的蓝牙AoA定位方法、系统、介质，提高室内场景下的定位准确度。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明的一个方面，提供了一种红外辅助的蓝牙AoA定位方法，应用于服务端，包括如下步骤：

建立与至少一个定位基站的连接，通过AoA定位得到蓝牙标签的时间戳以及AoA方位角测量值；

判断所述时间戳对应时刻下所述蓝牙标签是否被遮挡，若否，通过对所述蓝牙标签进行红外测量得到AoA方位角估计值，若是，则基于上一时刻AoA定位结果得到AoA方位角预估值；

将所述AoA方位角测量值和所述AoA方位角预估值输入卡尔曼滤波方程中，得到AoA方位角计算值，基于所述AoA方向角计算值实现所述蓝牙标签的定位。

作为优选的技术方案，所述的基于上一时刻AoA定位结果得到AoA方位角预估值的过程包括如下步骤：

基于所述时间戳对应时刻和上一时刻的AoA方位角测量值，以所述蓝牙标签的运动状态，通过预测得到AoA方位角预估值。

作为优选的技术方案，在定位之前，还包括：

获取设置在定位基站处的摄像头拍摄的包括预设标定物的图像，基于所述图像获取各个定位基站间的相对位置信息；

获取至少一个定位基站的坐标、高度和方向信息，基于所述各个定位基站间的相对位置信息，得到各个定位基站的坐标、高度和方向。

作为优选的技术方案，还包括：

若针对同一个蓝牙标签，同一时刻有多个定位基站计算得到的多个AoA方位角计算值，则将加权平均的结果作为该时刻下的AoA方位角计算值。

作为优选的技术方案，还包括：

储存得到的AoA方位角计算值。

作为优选的技术方案，所述的通过AoA定位得到蓝牙标签的时间戳以及AoA方位角测量值包括如下步骤：

通过接收蓝牙标签发送的定位广播，获取时间戳、广播信息和相位数据，基于所述广播信息获取标签的运动状态，基于所述相位数据获取AoA方位角测量值。

作为优选的技术方案，所述的通过红外测量得到AoA方位角估计值包括如下步骤：

通过插值法获得AoA方位角估计值。

作为优选的技术方案，基于上一时刻AoA定位结果得到AoA方位角预估值包括如下步骤：

基于时间戳对应时刻以及上一时刻的AoA方位角测量值，以及蓝牙标签的运动状态，获取AoA方位角预估值。

本发明的另一个方面，提供了一种红外辅助的蓝牙AoA定位系统，包括：

蓝牙标签，包括第一蓝牙芯片和第一红外LED；

蓝牙AoA定位基站，包括第二蓝牙芯片、与所述第二蓝牙芯片连接的AoA阵列天线以及至少一个摄像机；

服务器，与所述蓝牙AoA定位基站连接，其内置有上所述红外辅助的蓝牙AoA定位方法的指令；

定位板，所述定位板上设置有水平仪、多个第二红外LED以及用于调整定位板高度的支撑脚。

本发明的另一个方面，提供了一种计算机可读存储介质，包括供电子设备的一个或多个处理器执行的一个或多个程序，所述一个或多个程序包括用于执行上述红外辅助的蓝牙AoA定位方法的指令。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)提高定位准确度：本发明在蓝牙AoA定位的基础上，引入了红外定位辅助AoA方位角的确定，当时间戳对应时刻下蓝牙标签未被遮挡时，则利用红外测量的结果测算AoA方位角的预估值，否则基于上一时刻的蓝牙AoA测量结果推算AoA方位角的预估值，结合时间戳时刻的蓝牙AoA测量值，利用卡尔曼滤波计算最终值，以此实现蓝牙标签的定位。本申请通过引入红外定位辅助AoA方位角的确定，提高了室内定位精度。

(2)便于快速部署：本发明在定位之前，基于设置在定位基站处的摄像头拍摄的包括预设标定物(即定位板)的图像，以及至少一个定位基站的坐标、高度和方向信息，即可得到各个定位基站的坐标、高度和方向，定位基站可以快速部署。

附图说明

图1为实施例中红外辅助的蓝牙AoA定位方法的流程图；

图2为实施例中红外辅助的蓝牙AoA定位系统的示意图，

其中，1、蓝牙标签，101、第一蓝牙芯片，102、第一红外LED，103、电池，104、加速度传感器，2、蓝牙AoA定位基站，201、第二蓝牙芯片，202、AoA阵列天线，203、摄像机，3、服务器，4、定位板，401、水平仪，402、第二红外LED，403、支撑脚，5、网关，6、显示器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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他实施例，都应属于本发明保护的范围。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

实施例1

针对前述现有技术存在的问题，参见图1，本实施例提供了一种红外辅助的蓝牙AoA定位方法，包括如下步骤：

S1，定位基站的蓝牙SOC接收到蓝牙标签发送的定位广播，获得广播信息和相位数据(IQ数据)。根据广播信息获得标签运动状态，根据相位数据确定标签AoA方位角。

S2，定位基站的红外摄像机采集的图像通过差值法获得不同时间点的红外光点方位角。

S3，根据蓝牙AoA获得的方位角和时间戳查询红外光点方位角数据。当标签未被遮挡，对应区域存在红外光点数据时，使用红外光点获得的方位角作为卡尔曼滤波方程的预估值输入，使用标签AoA方位角作为卡尔曼滤波方程的测量值输入，获得方位角计算值。当标签被遮挡，对应区域不存在红外光点数据时，根据标签的运动状态、标签AoA方位角和上一个方位角计算值进行换算获得新的方位角作为卡尔曼滤波方程的预估值输入，使用标签AoA方位角作为卡尔曼滤波方程的测量值输入，获得标签方位角计算值。

其中，标签的运动状态信息为由加速度传感器判断得到的两种状态(静止，运动)，本实施例采用的卡尔曼滤波方程为：

P(k)＝A*P(k-1)+Q

K(k)＝P(k)*H'/(H*P(k)*H'+R)

X(K)＝Y(k)+K*(Z(K)-H*Y(k))

U(k)＝Z(k)-X(k-1)

公式中，X为标签坐标计算值，Y为坐标预估值，Z为坐标测量值，P、U为计算参数，A、B、H、Q、R为常数。

无遮挡时，Y(k)为红外摄像机获得的坐标值；

遮挡情况下，标签静止时，

Y(k)＝X(k-1)

标签运动时，

Y(k)＝X(k-1)+B*U(k-1)。

S4，计算结束后，网关将计算结果上传到服务器进行储存，当一个标签的定位信号被多个定位基站接收到时，服务器内根据时间信息将多个定位基站获得的坐标进行加权平均。

实施例2

在实施例1的基础上，参见图2，本实施例提供了一种红外辅助的蓝牙AoA定位系统，具体包括如下部分：

(1)蓝牙标签1：使用电池103供电。使用的蓝牙SOC(即第一蓝牙芯片101)支持蓝牙5.1及以上版本协议。安装在需要跟踪的资产上。配置有加速度传感器104和数个红外LED(即第一红外LED102)，使用透红外线材料的塑料外壳。会在周期性发送蓝牙AoA定位信号广播的同时点亮红外LED。会根据加速度传感器检测到的运动状态(静止或移动)，调整广播字段，广播周期和红外LED点亮策略。

(2)红外定位板4：配置有T形红外LED矩阵(即多个第二红外LED402)，电池，水平仪401和可调支撑脚403。

(3)蓝牙AoA定位基站2：配置有数个不同朝向的具有特定红外波段滤片的摄像机203进行红外图像采集。配置有蓝牙芯片(即第二蓝牙芯片201)和蓝牙AoA阵列天线202，可接收定位信号获取标签信息和相位数据。并将数据上传给边缘网关5，定位基站上配置的蓝牙芯片和蓝牙AoA阵列天线能够进行蓝牙标签的方位角测量。

(4)边缘网关5：具备一定的计算能力和网线供电(Power Over Ethernet,POE)功能，与一个或多个定位基站连接。在接收定位基站上传的标签信息和相位数据后，进行数据整合并转换为位置信息上传给服务器3。

(5)服务器3：接收边缘网关5上传的标签位置信息并进行计算和记录，可被相关管理人员查询调阅。

在多个定位基站安装完成后，依次在相邻两个定位基站之间放置数个红外定位板，放置时调整支撑脚通过观察水平仪确保水平放置。通过定位基站的摄像机对定位板进行拍照。通过照片中红外定位板图像计算出基站和多个红外定位板相对坐标、距离和方向，随后通过根据多个红外定位板数据计算出相邻定位基站的相对坐标关系和方向。对其中一个或数个定位基站坐标、高度和方向进行确认。计算出所有定位基站的坐标、高度和方向，并录入系统。

定位系统的部署包括如下步骤：

STEP1，部署定位基站。

STEP2，使用红外定位板对基站的部署参数进行校正和记录。

STEP3，当标签进入定位范围时，标签位置信息被获取并上传到服务器。

STEP4，用户从服务器中调取指定标签的定位记录。

本发明通过红外辅助降低定位基站的部署难度，提高部署效率，并提高AoA定位精度。具有定位基站能够快速部署、蓝牙标签高精度定位的优点。

实施例3

本实施例提供了一种计算机可读存储介质，包括供电子设备的一个或多个处理器执行的一个或多个程序，所述一个或多个程序包括用于执行如实施例1所述红外辅助的蓝牙AoA定位方法的指令。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。