一种基于九轴传感器的AoD定位方法及装置与流程

一种基于九轴传感器的aod定位方法及装置
技术领域
1.本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种aod定位方法及装置。


背景技术：

2.近些年来，随着无线通信、互联网、物联网等技术的快速发展，定位技术的研究和应用变的十分广泛，已经渗透于军事、商业和我们生活等的各个方面。全球定位系统为我们提供了良好的全球室外定位服务，但是它在室内环境下无法使用，因为gsp信号无法顺利的穿过建筑物，而且在室内环境中，各种墙体、家具、天花板等都会对gps的信号造成衰减，这使得gps在室内环境下，不能准确的识别待定位物体的位置。
3.因此，研究学者们提出了基于其他信号的室内定位技术，目前移动设备均配置了无线网卡，因而无线局域网的信号强度定位技术得到了广泛的应用，由于信号强度和距离的变化规律受环境影响而难以准确描述，因此定位精度往往不能满足实际应用中的需求。
4.在诸多的实现定位的蓝牙无线技术中，发送角度aod(angle of departure) 定位技术的使用变得越来越广泛。由于来波方向的估计与信号强度无关，不受信号能量衰减的影响。同时利用天线阵列，使用超分辨率估计算法估计各信号的发送角度，进而对室内移动物体进行定位。aod定位技术有着十分显著的优点，使得其近年来得到了越来越多的重视。
5.然而，传统aod定位技术由于仅仅测量俯仰角与方位角，当信标安装的角度不同，如倾斜或者旋转等，起计算出的俯仰角与方位角则不同，会导致定位精度的偏差，因此对于信标的安装要求较为严格，同时由于标签端需进行发送角的计算，装置较为复杂，功耗较高，小型化比较困难。


技术实现要素：

6.本发明提供了一种基于九轴传感器的aod定位方法及装置，实现了高精度的运动检测，简化了装置的复杂性，降低了定位系统的功耗。
7.为解决上述问题，本发明实施例提供一种基于九轴传感器的aod定位方法，其特征在于，包括以下步骤：基于所述九轴传感器描述的位置信息发送特定信标蓝牙信号；接收信号并进行同步匹配到所述特定信标蓝牙信号，将所述特定信标蓝牙信号进行预处理，得到特定标签信号；将所述特定标签信号进行aod计算，得到位置信息。
8.可选的，所述发送特定信标蓝牙信号包括：发送带有单音信号的特定信标蓝牙信号，其中，所述单音信号依次发送。
9.可选的，所述单音信号依次发送的步骤包括：开放第一通道，发送n个 (n是大于1的自然数)周期单音信号，关闭第一通道；开放第二通道，发送 n个周期单音信号，关闭第二通道；以此类推，直至开放第n(n为自然数) 通道，发送n个周期单音信号，关闭第n通道。
10.可选的，所述将所述特定信标蓝牙信号进行预处理，得到特定标签信号包括：将所述特定信标信号进行筛选，计算出信标姿态数据及频偏校正数据，将所述信标姿态数据及所述频偏校正数据整合为所述特定标签信号。
11.可选的，所述信标姿态数据包括信标安装的俯仰角及方位角。
12.可选的，所述将所述特定标签信号进行aod计算包括：通过所述频偏校正数据对所述信标姿态数据进行校正。
13.同时，本发明还提供一种基于九轴传感器的aod定位装置，其特征在于，包括：信标，适于发送特定信标蓝牙信号；标签，适于接收信号并进行同步匹配到所述特定信标蓝牙信号，将所述特定信标蓝牙信号进行预处理，得到特定标签信号；上位机，适于将所述特定标签信号进行aod计算，得到所述标签位置信息；其中，所述信标包括：九轴传感器模块，用于采集位置数据信息；蓝牙发送模块，用于发送所述位置数据信息；通道切换模块，用于将所述位置数据信息切换成单音信号，并依次发送；阵列天线模块，用于发送所述单音信号；信标供电模块，用于为所述九轴传感器模块、所述蓝牙发送模块、所述通道切换模块供电。
14.可选的，所述标签包括：标签接收天线，用于接收所述单音信号；蓝牙接收模块，用于将所述单音信号进行同步匹配，匹配到特定信标信号；预处理模块，用于将所述特定信标信号进行预处理，得到特定标签信号；信息整合模块，用于将所述特定信标信号进行筛选，计算出信标姿态数据及频偏校正数据，将所述信标姿态数据及所述频偏校正数据整合为所述特定标签信号；无线发送模块，用于将所述特定标签信号通过标签发送天线进行发送；标签供电模块，用于为所述蓝牙接收模块、所述预处理模块、所述信息整合模块、所述无线发送模块供电。
15.可选的，所述信标供电模块及所述标签供电模块均采用电池供电。
16.可选的，所述上位机包括：上位机接收天线，用于接收所述标签发送天线发出的信号；无线接收模块，用于同步匹配出所述特定标签信号；aod计算模块，用于根据所述特定标签信号计算出所述标签位置信息。
17.与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下的优点：
18.本发明所述信标安装了九轴传感器，九轴传感器作为集成化传感器模块，减少了电路板和整体空间，更适合用在轻巧便携的电子设备和可穿戴产品中。集成化传感器的数据准确度除了器件本身的精度外，还涉及到焊接装配后的矫正，以及针对不同应用的配套算法。合适的算法可以将来自多种传感器的数据融合，弥补了单个传感器在计算准确的位置和方向时的不足，从而实现高精度的运动检测；同时标签端将接收到的数据预处理后通过无线发送至上位机，标签与信标均通过电池供电，减小了体积且易于工程实现，从而简化了信标的安装要求，更进一步的降低了定位系统的功耗。
附图说明
19.图1是本发明实施例中一种基于九轴传感器的aod定位方法的流程图；
20.图2是图1中步骤s12的一种具体实现的流程图；
21.图3是本发明实施例中一种基于九轴传感器的aod定位装置的结构示意图；
22.图4是图3实施例中所述信标31的结构示意图；
23.图5是图3实施例中的所述特定信标蓝牙信号s1(t)的帧结构示意图；
24.图6是图3实施例中所述标签32的结构示意图；
25.图7是图3实施例中所述特定标签信号s2(t)的帧结构示意图；
26.图8是图3实施例中所述上位机33的结构示意图。
具体实施方式
27.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
28.参照图1，图1是本发明实施例中一种基于九轴传感器的aod定位方法的流程图。所述aod定位方法可以包括步骤s11至步骤s13：
29.步骤s11：基于所述九轴传感器描述的位置信息发送特定信标蓝牙信号；
30.步骤s12：接收信号并进行同步匹配到所述特定信标蓝牙信号，将所述特定信标蓝牙信号进行预处理，得到特定标签信号；
31.步骤s13：将所述特定标签信号进行aod计算，得到位置信息。
32.在步骤s11的具体实施中，由于aod基本原理为发射正弦波单音信号，因此，所述发送特定信标蓝牙信号包括：发送带有单音信号的特定信标蓝牙信号，其中，所述单音信号依次发送。
33.具体的，所述单音信号一次发送的步骤包括：开放第一通道，发送n个 (n是大于1的自然数)周期单音信号，关闭第一通道；开放第二通道，发送 n个周期单音信号，关闭第二通道；以此类推，直至开放第n(n为自然数) 通道，发送n个周期单音信号，关闭第n通道。
34.参照图2，图2是图1中步骤s12的一种具体实现的流程图。所述步骤 s12还可以包括：
35.步骤s21：打开接收通道，接收信号并与所述特定信标蓝牙信号进行匹配，直至匹配到所述特定信标蓝牙信号。
36.步骤s22：当匹配到所述特定信标蓝牙信号时，将所述特定信标信号进行筛选，计算出信标姿态数据及频偏校正数据；
37.步骤s23：将所述信标姿态数据及所述频偏校正数据整合为所述特定标签信号。
38.具体的，在本发明实施例中，所述信标姿态数据包括信标安装的俯仰角及方位角。
39.在步骤s11的具体实施中，所述将所述特定标签信号进行aod计算包括：通过所述频偏校正数据对所述信标姿态数据进行校正。
40.参照图3，图3是本发明实施例中一种基于九轴传感器的aod定位装置的结构示意图。所述aod定位装置还可以包括：信标31，适于发送特定信标蓝牙信号；标签32，适于接收信号并进行同步匹配到所述特定信标蓝牙信号，将所述特定信标蓝牙信号进行预处理，得到特定标签信号；上位机33，适于将所述特定标签信号进行aod计算，得到所述标签位置信息。
41.参照图4，图4是图3实施例中所述信标31的结构示意图。所述信标31 包括：九轴传感器模块41，用于采集位置数据信息；蓝牙发送模块42，用于发送所述位置数据信息；通道切换模块43，用于将所述位置数据信息切换成单音信号，并依次发送；阵列天线模块44，用于发送所述单音信号；信标供电模块45，用于为所述九轴传感器模块41、所述蓝牙发送模块42、所述通道切换模块43供电。
42.本发明实施例中，所述信标供电模块45采用电池供电。具体的，所述电池可以是锂电池或者干电池。其中，所述阵列天线模块44为无源天线。
43.需要说明的是，所述九轴传感器模块41作为集成化传感器模块，九轴传感器作为集成化传感器模块，减少了电路板和整体空间，更适合用在轻巧便携的电子设备和可穿戴
产品中。集成化传感器的数据准确度除了器件本身的精度外，还涉及到焊接装配后的矫正，以及针对不同应用的配套算法。合适的算法可以将来自多种传感器的数据融合，弥补了单个传感器在计算准确的位置和方向时的不足，从而实现高精度的运动检测；同时标签端将接收到的数据预处理后通过无线发送至上位机，标签与信标均通过电池供电，减小了体积且易于工程实现，从而简化了信标的安装要求，更进一步的降低了定位系统的功耗。
44.在本发明实施例中，所述阵列天线模块44的每个天线通道上均设有开关。
45.所述信标31发送信号的步骤包括：首先打开天线0通道，通过所述蓝牙发送模块42发送带有单音信号的特定信标蓝牙信号s1(t)。如图5所示，图5 是图3实施例中的所述特定信标蓝牙信号s1(t)的帧结构示意图。如图5所示，所述特定信标蓝牙信号的帧结构包括同步头、信标id、九轴传感器数据及单音信号。其中所述单音信号的周期为t，当所述天线0发送了n个周期单音信号时，其中n为大于1的自然数，关闭所述天线0通道，打开天线1通道，发送n个周期单音信号，关闭所述天线1通道，打开天线2通道，发送n个周期单音信号，依次递推，直至天线n发送了n个周期的单音信号。
46.参照图6，图6是图3实施例中所述标签32的结构示意图。所述标签32 可以包括：标签接收天线61，用于接收所述单音信号；蓝牙接收模块62，用于将所述单音信号进行同步匹配，匹配到特定信标信号；预处理模块63，用于将所述特定信标信号进行预处理，得到特定标签信号；信息整合模块64，用于将所述特定信标信号进行筛选，计算出信标姿态数据及频偏校正数据，将所述信标姿态数据及所述频偏校正数据整合为所述特定标签信号；无线发送模块65，用于将所述特定标签信号通过标签发送天线66进行发送；标签供电模块67，用于为所述蓝牙接收模块62、所述预处理模块63、所述信息整合模块64、所述无线发送模块65供电。
47.本发明实施例中，所述标签供电模块67采用电池供电。具体的，所述电池可以是锂电池或干电池。所述天线标签接收天线61及所述标签发送天线66 均为无源天线。
48.本发明实施例中，所述标签接收天线61设有接收开关，所述标签发送天线66设有发送开关。当所述接收开关打开时，关闭发送开关，通过所述蓝牙接收模块62对接收到的信号进行同步匹配。当匹配到所述特定信标蓝牙信号 s1(t)时，将接收到的信号送入到所述预处理模块63，完成信号的筛选，计算出信标姿态数据及频偏校正数据。将所述信标姿态数据及所述频偏校正数据通过信息整合模块64整合为所述特定标签信号s2(t)。参照图7，图7是图3 实施例中所述特定标签信号s2(t)的帧结构示意图。所述特定标签信号s2(t)的帧结构包括同步头、标签id、信标姿态数据及频偏校正数据。所述接收开关关闭，所述发送开关打开，通过所述无线发送模块65将所述特定标签信号s2(t) 通过所述发送天线发送。
49.参照图8，图8是图3实施例中所述上位机33的结构示意图。所述上位机33包括：上位机接收天线81，用于接收所述标签发送天线66发出的信号；无线接收模块82，用于同步匹配出所述特定标签信号；aod计算模块83，用于根据所述特定标签信号计算出所述标签32的位置信息。
50.所述上位机33通过所述无线接收模块82进行信号匹配，当所述上位机 33匹配到所述特定标签端信号s2(t)时，将所述特定标签端信号s2(t)送入所述 aod计算模块83。所述aod计算模块83通过频偏校正数据进行发送角计算，同时将收到的信标姿态数据对aod估计结果进行校正，得到所述标签32的坐标位置信息。
51.综上所述，本发明实施例中所述信标安装了九轴传感器，九轴传感器作为集成化传感器模块，减少了电路板和整体空间，更适合用在轻巧便携的电子设备和可穿戴产品中。集成化传感器的数据准确度除了器件本身的精度外，还涉及到焊接装配后的矫正，以及针对不同应用的配套算法。合适的算法可以将来自多种传感器的数据融合，弥补了单个传感器在计算准确的位置和方向时的不足，从而实现高精度的运动检测；同时标签端将接收到的数据预处理后通过无线发送至上位机，标签与信标均通过电池供电，减小了体积且易于工程实现，从而简化了信标的安装要求，更进一步的降低了定位系统的功耗。
52.虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。