一种基于空间谱函数和AOA的蓝牙室内定位方法及系统与流程

本申请涉及室内定位，具体涉及一种基于空间谱函数和aoa的蓝牙室内定位方法及系统。

背景技术：

1、随着物联网技术和智能终端设备的快速发展，室内定位技术的应用需求日益增长。全球定位系统在室内环境中由于信号衰减和电磁干扰而失效，蓝牙室内定位技术凭借其低功耗、易集成、易部署以及智能终端普遍配备蓝牙模块等优势，逐渐成为室内定位领域的主流技术方向。蓝牙室内定位系统通过在室内布设多个蓝牙基站，接收并分析目标设备发射的蓝牙信号，利用信号传播特性计算目标位置，实现实时定位追踪。

2、相关的蓝牙室内定位技术中，基于到达角度的定位方法通过测量信号到达各基站的角度，利用三角测量原理求解目标位置。该方法依赖空间谱估计技术计算到达角度，但在实际室内环境中，蓝牙信号受到热噪声、电磁干扰和多径传播等噪声影响。噪声分量叠加在接收信号上导致天线阵列接收信号的相位和幅度关系发生偏差，使得空间谱函数的峰值位置偏移、形状模糊甚至出现虚假峰值。当噪声强度较大时，空间谱估计算法的角度分辨能力显著降低，到达角度估计误差通过三角测量原理传递并放大到最终位置计算结果中。因此，相关技术中的蓝牙室内定位方式在噪声条件下由于空间谱估计算法对噪声敏感、角度估计精度下降，导致定位精度较差，无法满足高精度应用需求。

技术实现思路

1、本申请提供一种基于空间谱函数和aoa的蓝牙室内定位方法及系统，能够提高噪声环境下的室内定位精度。

2、第一方面，本申请提供了一种基于空间谱函数和aoa的蓝牙室内定位方法，所述方法包括：

3、写出该方案的技术效果，需要根据方案推导得到，需要保持其中技术特征的命名一致，以及不要分点论述，需要按照逻辑顺序综合论述

4、通过采用上述技术方案，对接收信号向量构建的协方差矩阵进行特征值分解，利用特征值的大小差异将信号空间与噪声空间进行分离，从特征向量中确定的噪声子空间能够准确反映噪声的统计分布特征。基于噪声子空间构建的空间谱函数利用信号导向矢量与噪声子空间正交的数学性质，在角度域形成清晰的谱峰分布，即使在噪声环境下仍能保持较高的角度分辨率，通过搜索谱峰得到的到达角度估计值具有良好的抗噪声性能。采用误差向量方程融合多个基站的观测信息，通过优化算法在整体意义上平衡各基站的测量偏差，降低了单个基站角度误差对定位结果的影响，最终通过最小二乘法求解综合利用所有基站的角度观测数据，通过多源信息融合有效平均了各基站的测量误差影响，从而能够显著提高噪声环境下的室内定位精度。

5、第二方面，本申请提供了一种基于空间谱函数和aoa的蓝牙室内定位系统，所述系统包括：

6、初始化模块，用于在室内定位区域部署多个蓝牙基站，每个所述蓝牙基站包括多个接收天线阵元；

7、采样模块，用于通过多个所述接收天线阵元对蓝牙接收信号进行采样，得到接收信号向量，并根据所述接收信号向量计算所述蓝牙接收信号的协方差矩阵；

8、特征值分解模块，用于对所述协方差矩阵进行特征值分解，得到特征值与特征向量，并根据所述特征值的大小从所述特征向量中确定噪声子空间；

9、峰值搜索模块，用于基于所述噪声子空间构建空间谱函数，搜索所述空间谱函数的峰值，得到各所述蓝牙基站处的到达角度估计值；

10、方程构建模块，用于根据各所述蓝牙基站的坐标位置、对应的所述到达角度估计值以及测量误差项，组建各所述蓝牙基站的误差向量方程；

11、求解模块，用于对所述误差向量方程建立使误差向量范数最小化的优化目标，采用最小二乘法求解得到目标位置的坐标估计值。

12、第三方面，本申请提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行上述任意一项方法。

13、第四方面，本申请提供了一种电子设备，包括处理器、存储器和收发器，所述存储器用于存储指令，所述收发器用于和其他设备通信，所述处理器用于执行所述存储器中存储的指令，以使所述电子设备执行如上述任意一项方法。

14、综上所述，本申请技术方案所带来的有益效果包括：

15、通过采用上述技术方案，对接收信号向量构建的协方差矩阵进行特征值分解，利用特征值的大小差异将信号空间与噪声空间进行分离，从特征向量中确定的噪声子空间能够准确反映噪声的统计分布特征。基于噪声子空间构建的空间谱函数利用信号导向矢量与噪声子空间正交的数学性质，在角度域形成清晰的谱峰分布，即使在噪声环境下仍能保持较高的角度分辨率，通过搜索谱峰得到的到达角度估计值具有良好的抗噪声性能。采用误差向量方程融合多个基站的观测信息，通过优化算法在整体意义上平衡各基站的测量偏差，降低了单个基站角度误差对定位结果的影响，最终通过最小二乘法求解综合利用所有基站的角度观测数据，通过多源信息融合有效平均了各基站的测量误差影响，从而能够显著提高噪声环境下的室内定位精度。

1.一种基于空间谱函数和aoa的蓝牙室内定位方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述接收信号向量计算所述蓝牙接收信号的协方差矩阵，包括：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据各所述蓝牙基站的坐标位置、对应的所述到达角度估计值以及测量误差项，组建各所述蓝牙基站的误差向量方程，包括：

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述正切函数关系式为：

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述误差向量方程为：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述对所述误差向量方程建立使误差向量范数最小化的优化目标，采用最小二乘法求解得到目标位置的坐标估计值，包括：

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述优化函数为：

8.一种基于空间谱函数和aoa的蓝牙室内定位系统，其特征在于，所述系统包括：

9.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质存储有多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行如权利要求1~7任意一项所述的方法。

10.一种电子设备，其特征在于，包括处理器、存储器和收发器，所述存储器用于存储指令，所述收发器用于和其他设备通信，所述处理器用于执行所述存储器中存储的指令，以使所述电子设备执行如权利要求1~7任意一项所述的方法。