CN118870302A - 一种增加室内蓝牙定位结果稳定性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种增加室内蓝牙定位结果稳定性的方法，包括以下步骤：步骤1、在室内区域内部署多个i Beacon基站，每个基站都有一个唯一的识别号，通过蓝牙低功耗技术向周围发送信号和数据包；步骤2、当用户的智能设备进入i Beacon信号覆盖的范围，就能够接收到基站的信号强度(RSS I)和识别码；步骤3、用户手机调取手机I MU接口调取数据；步骤4、利用数据处理模块对调取的数据进行处理，以获得手机的位置、速度和姿态用四元数标识；步骤5、使用互补滤波器对i Beacon定位的低频信号量与手机I MU高频信号量这两种数据进行融合处理；步骤6、将步骤5的融合结果再次进行一次低通滤波处理，最后输出定位结果。其可以实现定位稳定性的大幅度提升。

Description

一种增加室内蓝牙定位结果稳定性的方法

技术领域

本发明涉及蓝牙定位技术领域，尤其是涉及一种增加室内蓝牙定位结果稳定性的方法。

背景技术

室内蓝牙定位技术主要使用iBeacon定位，i Beacon是一种基于RSSI(接收信号强度指示)的定位技术。使用该技术即使结合指纹的方式，只能达到典型3-5米的定位精度。iBeacon室内定位的硬件通常是蓝牙信标，这些设备通过广播自身的信号来实现定位。手机或其他蓝牙设备接收到这些信号后，可以根据信号强度来计算设备的位置。在室内环境中遍布足够的i Beacon设备时，可以形成一个能够进行精准定位的网络。

现有的技术中，由于蓝牙信号的传播受到环境干扰和多径效应的影响，导致信号强度不稳定，从而影响定位的精度和稳定性。为了使定位更加稳定本发明提供了一种解决方法。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种增加室内蓝牙定位结果稳定性的方法，其可以实现定位稳定性的大幅度提升，便于用户使用手机进行室内定位和导航服务。

本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种增加室内蓝牙定位结果稳定性的方法，包括以下步骤：

步骤1、在室内区域内部署多个i Beacon基站，每个基站都有一个唯一的识别号，通过蓝牙低功耗技术向周围发送信号和数据包；

步骤2、当用户的智能设备进入i Beacon信号覆盖的范围，就能够接收到基站的信号强度(RSSI)和识别码；

步骤3、用户手机调取手机I MU接口调取数据；

步骤4、利用数据处理模块对调取的数据进行处理，以获得手机的位置、速度和姿态用四元数标识；

步骤5、使用互补滤波器对iBeacon定位的低频信号量与手机IMU高频信号量这两种数据进行融合处理；

步骤6、将步骤5的融合结果再次进行一次低通滤波处理，最后输出定位结果。

作为本发明的进一步的技术方案：在所述步骤3中，所述数据包括三轴加速度数据和三轴角速度数据。

作为本发明的进一步的技术方案：在所述步骤4中，具体包括以下步骤：

当接收到步骤2的iBeacon信号强度RSSI值后计算出手机和基站距离r：

根据基站的识别码和服务器数据库存储点位进行查询，得到手机附近基站的至少三个基站的点位分别是A(x₁，y₁)、B(x₂，y₂)、C(x₃，y₃)，可以解的手机点位坐标(x，y)值：

根据第三个步骤获取的IMU数据可以获得手机的位置、速度和姿态用四元数标识，记为x＝[p_x，p_y，p_z，v_x，v_y，v_z，q_w，q_x，q_y，q_z]^T，其中p表示位置，v表示速度，q表示四元数。

作为本发明的进一步的技术方案：所述步骤5具体包括以下步骤：

步骤5a、首先，通过积分，根据加速度和角速度计算IMU的位置和姿态，记为x_i，y_i和θ_i，具体的公式如下：

θ_i＝θ_i-1+ω_zΔt

v_x,i＝v_x,i-1+a_xΔt

v_y,i＝v_y,i-1+a_yΔt

其中，v_x，i和v_y，i是IMU的速度，初始值为v_x，0和v_y，0；

步骤5b、通过低通滤波器，将iBeacon的位置和IMU的位置进行融合，得到最终的位置，记为x_f和y_f，具体的公式如下：

x_f＝αx_g+(1-α)x_i

y_f＝αy_g+(1-α)y_i

其中，α是低通滤波器的系数，一般取值在0到1之间，表示iBeacon位置的权重，α的取值越大，表示对iBeacon位置的信任度越高，反之则对IMU位置的信任度越高；

通过调整α的参数使得iBeacon融合手机IMU数据达到最佳的效果。

作为本发明的进一步的技术方案：所述步骤6具体包括以下步骤：

将步骤5中得到的融合结果x_f和y_f再次进行一次低通滤波，具体方法如下：

x′_f＝αx_f+(1-α)x′_f-1

y′_f＝αy_f+(1-α)y′_f-1

其中，x′_f和y′_f是二次低通滤波后的位置结果，x′_f-1和y′_f-1是上一次的二次低通滤波结果，α是低通滤波器的系数，这种二次低通滤波的设计可以进一步平滑位置结果，减少噪声的影响。

综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：

本发明公开了一种增加室内蓝牙定位结果稳定性的方法，其可以实现室内蓝牙定位稳定性的大幅度提升，便于用户使用手机进行室内定位和导航服务。

附图说明

图1为本发明的流程图。

图2为本发明的手机点位坐标示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，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。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

实施例一：

参照图1，为本发明公开的一种增加室内蓝牙定位结果稳定性的方法，包括以下步骤：

步骤1、在室内区域内部署多个i Beacon基站，每个基站都有一个唯一的识别号，通过蓝牙低功耗技术向周围发送信号和数据包；

步骤2、当用户的智能设备进入i Beacon信号覆盖的范围，就能够接收到基站的信号强度(RSSI)和识别码；

步骤3、用户手机调取手机I MU接口调取数据；

步骤4、利用数据处理模块对调取的数据进行处理，以获得手机的位置、速度和姿态用四元数标识；

步骤5、使用互补滤波器对iBeacon定位的低频信号量与手机IMU高频信号量这两种数据进行融合处理；

步骤6、将步骤5的融合结果再次进行一次低通滤波处理，最后输出定位结果。

在步骤3中，数据包括三轴加速度数据和三轴角速度数据。

在步骤4中，具体包括以下步骤：

当接收到步骤2的iBeacon信号强度RSSI值后计算出手机和基站距离r：

参照图2，根据基站的识别码和服务器数据库存储点位进行查询，得到手机附近基站的至少三个基站的点位分别是A(x₁，y₁)、B(x₂，y₂)、C(x₃，y₃)，可以解的手机点位坐标(x，y)值：

根据第三个步骤获取的IMU数据可以获得手机的位置、速度和姿态用四元数标识，记为x＝[p_x，p_y，p_z，v_x，v_y，v_z，q_w，q_x，q_y，q_z]^T，其中p表示位置，v表示速度，q表示四元数。

步骤5具体包括以下步骤：

步骤5a、首先，通过积分，根据加速度和角速度计算IMU的位置和姿态，记为x_i，y_i和θ_i，具体的公式如下：

θ_i＝θ_i-1+ω_zΔt

v_x,i＝v_x,i-1+a_xΔt

v_y,i＝v_y,i-1+a_yΔt

其中，v_x，i和v_y，i是IMU的速度，初始值为v_x，0和v_y，0；

步骤5b、通过低通滤波器，将iBeacon的位置和IMU的位置进行融合，得到最终的位置，记为x_f和y_f，具体的公式如下：

x_f＝αx_g+(1-α)x_i

y_f＝αy_g+(1-α)y_i

其中，α是低通滤波器的系数，一般取值在0到1之间，表示iBeacon位置的权重，α的取值越大，表示对iBeacon位置的信任度越高，反之则对IMU位置的信任度越高；

通过调整α的参数使得iBeacon融合手机IMU数据达到最佳的效果。

步骤6具体包括以下步骤：

将步骤5中得到的融合结果x_f和y_f再次进行一次低通滤波，具体方法如下：

x′_f＝αx_f+(1-α)x′_f-1

y′f_＝αy_f+(1-α)y′_f-1

其中，x′_f和y′_f是二次低通滤波后的位置结果，x′_f-1和y′_f-1是上一次的二次低通滤波结果，α是低通滤波器的系数，这种二次低通滤波的设计可以进一步平滑位置结果，减少噪声的影响。

使用本方法定位具体实施方式：

1.获取手机上的蓝牙和IMU传感器的数据。这可以通过使用Android或iOS平台提供的API来实现，或者使用第三方的应用程序。

2.使用技术方案中的融合定位算法结算出稳定的定位数据。

3.在手机APP中进行位置的实施渲染显示。

本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种增加室内蓝牙定位结果稳定性的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、在室内区域内部署多个iBeacon基站，每个基站都有一个唯一的识别号，通过蓝牙低功耗技术向周围发送信号和数据包；

步骤2、当用户的智能设备进入iBeacon信号覆盖的范围，就能够接收到基站的信号强度(RSSI)和识别码；

步骤3、用户手机调取手机IMU接口调取数据；

步骤4、利用数据处理模块对调取的数据进行处理，以获得手机的位置、速度和姿态用四元数标识；

步骤5、使用互补滤波器对iBeacon定位的低频信号量与手机IMU高频信号量这两种数据进行融合处理；

步骤6、将步骤5的融合结果再次进行一次低通滤波处理，最后输出定位结果。

2.根据权利要求1所述的一种增加室内蓝牙定位结果稳定性的方法，其特征在于，在所述步骤3中，所述数据包括三轴加速度数据和三轴角速度数据。

3.根据权利要求1所述的一种增加室内蓝牙定位结果稳定性的方法，其特征在于，在所述步骤4中，具体包括以下步骤：

当接收到步骤2的iBeacon信号强度RSSI值后计算出手机和基站距离r：

根据基站的识别码和服务器数据库存储点位进行查询，得到手机附近基站的至少三个基站的点位分别是A(x₁，y₁)、B(x₂，y₂)、C(x₃,y₃)，可以解的手机点位坐标(x，y)值：

根据第三个步骤获取的lMU数据可以获得手机的位置、速度和姿态用四元数标识，记为x＝[p_x，p_y，p_z，v_x，v_y，v_z，q_w，q_x，q_y，q_z]^T，其中p表示位置，v表示速度，q表示四元数。

4.根据权利要求1所述的一种增加室内蓝牙定位结果稳定性的方法，其特征在于，所述步骤5具体包括以下步骤：

步骤5a、首先，通过积分，根据加速度和角速度计算lMU的位置和姿态，记为x_i，y_i和θ_i，具体的公式如下：

θ_i＝θ_i-1+ω_zΔt

v_x,i＝v_x，i-1+a_xΔt

v_y，i＝v_y，i-1+a_yΔt

其中，v_x，i和v_y，i是IMU的速度，初始值为v_x，0和v_y，0；

步骤5b、通过低通滤波器，将iBeacon的位置和IMU的位置进行融合，得到最终的位置，记为x_f和y_f，具体的公式如下：

x_f＝αx_g+(1-α)x_i

y_f＝αy_g+(1-α)y_i

其中，α是低通滤波器的系数，一般取值在0到1之间，表示iBeacon位置的权重，α的取值越大，表示对iBeacon位置的信任度越高，反之则对IMU位置的信任度越高；

通过调整α的参数使得i Beacon融合手机lMU数据达到最佳的效果。

5.根据权利要求1所述的一种增加室内蓝牙定位结果稳定性的方法，其特征在于，所述步骤6具体包括以下步骤：

将步骤5中得到的融合结果x_f和y_f再次进行一次低通滤波，具体方法如下：

x′_f＝αx_f+(1-α)x′_f-1

y′_f＝αy_f+(1-α)y′_f-1

其中，x′_f和y′_f是二次低通滤波后的位置结果，x′_f-1和y′_f-1是上一次的二次低通滤波结果，α是低通滤波器的系数，这种二次低通滤波的设计可以进一步平滑位置结果，减少噪声的影响。