本发明专利技术属于室内定位技术领域,具体涉及一种基于蓝牙反向散射的室内定位方法和装置，该方法通过室内射频源发射信号，在待测移动标签内与副载波混合后经过两次调制生成具有测向功能的蓝牙数据包，然后通过反向散射技术，结合蓝牙AoA定位，确定待测移动标签的所在位置。目的在于通过反向散射技术与蓝牙定位的混合，使得定位具有较高的稳定性，误差率较低，同时接收机可以采用通用的接收机，适用范围更加普遍，有效降低了设备成本。
【技术实现步骤摘要】
一种基于蓝牙反向散射的室内定位方法和装置
本专利技术属于室内定位
，具体涉及一种基于蓝牙反向散射的室内定位方法和装置。
技术介绍
定位是位置服务、万物互联、人工智能应用的核心技术之一。在室外，以成熟的GPS、北斗等卫星定位技术为主，由于卫星信号难以穿透建筑物，且室内环境复杂多变，因此难以用于室内定位。室内定位技术目前还不够成熟，但是变得越来越重要。因此，实现准确、可靠、实时的室内定位，满足大众需求，具有非常重要的科学意义和社会应用价值。但室内定位受空间布局、拓扑和复杂信号环境等方面的约束，想要实现准确、可靠、实时的室内定位，满足现有各类定位的需求仍有很大的挑战性。目前，研究人员提出了许多基于射频识别技术的室内定位技术解决方案，通过利用环境反向散射技术并结合多天线标签的波束扫描，实现室内实时的三维定位，如申请号201710697495.1的专利，该方法是通过射频源发射信号，然后标签进行环境反向散射，移动终端对接收到的标签信号进行检测，最后进行移动终端的三维定位；但这种方法在实施时存在很大的局限性，接收端需要专门设计的接收器才可使用，此种接收器体积大、成本高，不易普及。基于蓝牙信标的室内定位，如申请号为201922212095.4的专利申请的一种基于蓝牙信标的室内定位方法，通过蓝牙信标来检测蓝牙标签的广播信号，并通过总线网络上传信息给定位基站，定位基站融合所有信标信息可计算得出标签位置；这种方法虽然有效地降低了成本和体积，但是对于标签来说，还是有着较高的功耗。
技术实现思路
为了解决采用传统的反向散射所实用的接收机需要特别制作且体积较大、成本较高的技术问题，本专利技术的目的是提供一种基于蓝牙反向散射的室内定位方法和装置，利用反向散射技术集合蓝牙AoA定位技术，采用较为通用的接收器，即可以实现室内的精确定位，所采用的技术方案是：一种基于蓝牙反向散射的室内定位方法，其方法包括以下步骤：1)在室内的固定位置布置数个接收机，数个接收机所围成的区域内设置射频源，待测移动标签处于数个接收机所围成的区域中；射频源发射主载波信号，所述主载波信号频段在接收机检测频段内，主载波信号的频率远离接收机接收信道的中心频率；2)待测移动标签自动生成一个支持测向功能的蓝牙数据包构成基带信号，射频源发射的主载波和基带信号在待测标签内经过调制混合后，落在BLE的广告信道中；3)接收机上设置有阵列的有源天线，接收机对蓝牙数据包的反向散射信号进行采样，并在阵列中的每个有源天线之间切换，计算出信号的相位差，根据计算得到待测移动标签的方向；其中λ为信号的波长，d为有源天线之间的距离，为相位差，θ为信号的到达角度；4)根据接收机的到达角度，以接收机为起点形成的射线的交点即可确定待测移动标签的位置。优选的，步骤2)中所述的蓝牙数据包在数据包协议数据单元的循环冗余校验后嵌入一个常量音调扩展的附加字段，所述常量音调扩展的附加字段由“1”组成未白化序列，以蓝牙载波频率加上250kHz的频率发送，持续16μs至160μs。优选的，步骤2)中的主载波和基带信号在待测移动标签内调制的次数为两次。优选的，所述的两次调制分别为副载波在待测移动标签内对基带信号的一次调制，且在调制后采用希尔伯特变换保留被副载波调制后的基带信号的上边带，所述副载波由待测移动标签内部的模拟电路或FPGA产生；以及外置主载波和经过一次调制后的基带信号在待测移动标签天线的发射处进行的第二次调制。优选的，所述的副载波信号的上边带频谱包含以下成分：M·Fcw+N·(fsc±δfsc)；其中M是载波的谐波数，N是子载波的谐波数，Fcw为主载波频率，δfsc为单边频率。优选的，步骤4)中所述的接收机的到达角度为，距离待测移动标签最近的两个接收机所计算得出的到达角α1和α2。优选的，根据距离待测移动标签最近的两个接收机的各天线的坐标，和两个到达角α1和α2，通过最小二乘法解出标签的位置坐标。优选的，步骤3)中所述的阵列有源天线为增益为Gr的两根直线阵天线，两根直线阵天线的间距为d，接收机接收信号的信噪比SNR至少为7dB。一种基于蓝牙反向散射的室内定位装置，包括射频源、待测移动标签和接收机，所述待测移动标签包括编码模块、调制模块和发射模块，所述编码模块生成支持测向功能的蓝牙数据包，所述调制模块对待测移动标签的基带信号进行初次调制，所述发射模块将初次调制的信号利用反向散射原理与主载波进行混合；所述接收机包括射频接收模块、定位计算模块、电源模块，所述射频接收模块接收待测移动标签反向散射发送的射频波束并进行解调，所述定位计算模块对解调的信号进行到达角度计算，进而计算得到待测移动标签在室内的位置坐标，从而实现定位，所述电源模块为接收机提供工作电源。优选的，数个所述接收机分别布置于室内的固定位置，所述射频源布置在由数个接收机围成的区域中心。本专利技术具有以下有益效果：1)在待测移动标签附近设置一个射频源，射频源发送固定的主载波信号，待测移动标签收到后加入自身的信息并通过反向散射给接收机，由于射频源距离待测移动标签较近，从而减少了中间路径的损失，扩大了待测移动标签和接收机之前的通信距离；2)通过两次调制，使得经过调制后的混合信号能够落入在BLE的广告信道中，蓝牙协议的兼容可以使得接收机变得更加通用，有效降低了设备成本；3)本专利技术方法在定位中有着较高的稳定性，误差率较低，整个专利技术装置的体积小，功率低，适宜在室内环境，尤其是物联网定位中广泛应用。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，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它的附图。图1为本专利技术的方法流程图；图2为本专利技术方法的AoA定位示意图；图3为本专利技术装置的结构示意图；图4为BLE广告数据包帧结构；图5为在BLE广告频道中的FSK信号；图6为本专利技术装置的测试场景；图7为基于反向散射的AoA定位误差分布图；图8为AoA定位误差分布图；图9为基于反向散射和没有反向散射两种情况的位置估计累积分布图。具体实施方式本专利技术是一种基于蓝牙反向散射的室内定位方法和装置，如图1所示为本方法的流程图，主要步骤如下：1)在室内的固定位置布置数个接收机，数个接收机所围成的区域内设置射频源，待测移动标签位于数个接收机所围成的区域中；射频源发射主载波信号，所述主载波信号频段在接收机检测频段内，主载波信号的频率远离接收机接收信道的中心频率；由于主载波源直接发射到接收机的信号功率远大于反向散射调制后到达接收机的信号功率，为了在接收机端避免反向散射调制后的信号淹没于主载波源直接发射的信号中，主载波的频率要与接收信道的中心频率保持尽可能远的距离。2)待测移动标签自动生成支持测本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于蓝牙反向散射的室内定位方法，其方法包括以下步骤：/n1)在室内的固定位置布置数个接收机，数个接收机所围成的区域内设置射频源，待测移动标签处于数个接收机所围成的区域中；射频源发射主载波信号，所述主载波信号频段在接收机检测频段内，主载波信号的频率远离接收机接收信道的中心频率；/n2)待测移动标签自动生成一个支持测向功能的蓝牙数据包构成基带信号，射频源发射的主载波和基带信号在待测标签内经过调制混合后，落在BLE的广告信道中；/n3)接收机上设置有阵列的有源天线，接收机对蓝牙数据包的反向散射信号进行采样，并在阵列中的每个有源天线之间切换，计算出信号的相位差，根据
【技术特征摘要】
1.一种基于蓝牙反向散射的室内定位方法，其方法包括以下步骤：
1)在室内的固定位置布置数个接收机，数个接收机所围成的区域内设置射频源，待测移动标签处于数个接收机所围成的区域中；射频源发射主载波信号，所述主载波信号频段在接收机检测频段内，主载波信号的频率远离接收机接收信道的中心频率；
2)待测移动标签自动生成一个支持测向功能的蓝牙数据包构成基带信号，射频源发射的主载波和基带信号在待测标签内经过调制混合后，落在BLE的广告信道中；
3)接收机上设置有阵列的有源天线，接收机对蓝牙数据包的反向散射信号进行采样，并在阵列中的每个有源天线之间切换，计算出信号的相位差，根据计算得到待测移动标签的方向；
其中λ为信号的波长，d为有源天线之间的距离，为相位差，θ为信号的到达角度；
4)根据接收机的到达角度，以接收机为起点形成的射线的交点即可确定待测移动标签的位置。
2.根据权利要求1所述的基于蓝牙反向散射的室内定位方法，其特征在于：步骤2)中所述的蓝牙数据包在数据包协议数据单元的循环冗余校验后嵌入一个常量音调扩展的附加字段，所述常量音调扩展的附加字段由“1”组成未白化序列，以蓝牙载波频率加上250kHz的频率发送，持续16μs至160μs。
3.根据权利要求1所述的基于蓝牙反向散射的室内定位方法，其特征在于：步骤2)中的主载波和基带信号在待测移动标签内调制的次数为两次。
4.根据权利要求3所述的基于蓝牙反向散射的室内定位方法，其特征在于：所述的两次调制分别为副载波在待测移动标签内对基带信号的一次调制，且在调制后采用希尔伯特变换保留被副载波调制后的基带信号的上边带，所述副载波由待测移动标签内部的模拟电路或FPGA产生；以及外置主载波和经过一次调制后的基带信号在待测移动标签天线的发射处进行的第二次调制。
【专利技术属性】
技术研发人员：费泽松，富英洲，张竹，张洪宇，
申请(专利权)人：北京理工大学重庆创新中心，
类型：发明
国别省市：重庆;50
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