[發明專利]一種基于改進型SSS的藍牙室內定位算法

在審

• 申請號: 202310239618.2
• 申請日: 2023-03-14
• 公開（公告）號: CN116249203A
• 公開（公告）日: 2023-06-09
• 發明（設計）人: 萬青;張康樺;陳鍇;吳桐;劉星宇;劉江華
• 申請（專利權）人: 湖北科技學院
• 主分類號: H04W64/00
• 分類號: H04W64/00;H04W4/33;H04W4/021;H04W4/02;H04W4/80;G06F18/213
• 代理公司: 咸寧鴻信專利代理事務所(普通合伙) 42249
• 代理人: 劉喜

1.一種基于改進型SSS的藍牙室內定位算法，其特征在于，本算法的流程如下：

先構建天線接收信號和導向矢量之間的關系式；

構建導向矢量矩陣，確定信號源的方向向量；

計算天線接收信號的相關矩陣；

對信號空間進行平滑分解，利用相關矩陣進行特征值分解提取信號子空間；

利用信號空間帶入SSS算法，從天線接收信號中獲取入射角；

最后利用最小二乘法估算發射信號的具體位置。

2.根據權利要求1所述一種基于改進型SSS的藍牙室內定位算法，其特征在于，具體計算步驟如下：

1)構建天線接收信號和導向矢量之間的關系式；

X(t)＝A(θ)s(t)+n(t)；

其中s(t)是空中發送的信號，A(θ)是天線陣列的導向矢量，n(t)表示高斯噪聲信號；

其中d是相鄰天線之間的距離；λ是信號的波長；M是天線中元素的數量，θ代表到達角；導向矢量A(θ)描述了每個天線上的信號因到發射機的距離變化發生的相移；

如果當有N個發射信號時,那么導向矢量可以表示為：

A＝[a(θ₁)，a(θ₂)，a(θ₃)，......，a(θ_n)]；

其中：

2)構建導向矢量矩陣，確定方向向量；

對于任意陣列，假設陣元整列位于任意的三維空中中，那么當有N個發射信號時，導向矢量矩陣：

定義天線陣列中的第m個傳感器為r_m＝(x_m，y_m，z_m),那么導向矢量中是第n個信號源的方向向量，可以表示如下：

3)計算天線接收信號的相關矩陣；

當有N個快拍數時，數據樣本協方差矩陣采用采樣協方差矩陣近似可以通過下式計算：

當在各個信號之間互不相關、且信號和噪聲之間相互無關的前提下，由于接收信號矢量矩陣內由M個接收天線構成，在較小的室內空間中，可能存在多徑傳播產生的相干信號，此時需要空間平滑技術去關聯信號；

當天線陣列在x軸和y軸方向上分成p_x和p_y子陣列時，光滑采樣正向空間的數據協方差矩陣可表示為:

其中表示天線陣列的(i_x，i_y)子陣列的協方差矩陣；

x(k)矩陣模型是Mx1的矢量矩陣，同理根據發射信號的特性，由D個發射信號組成的s(k)為Dx1的矢量矩陣；

4)利用相關矩陣進行特征值分解，提取信號子空間；

根據信號的特征值大小對信號的特征值大小重新進行排序，按從大到小進行排序；

5)根據步驟3)的相關矩陣表示最大的D特征值，對應的特征向量為：

其中，Q_SS為信號子空間；

6)根據1)中接收信號矩陣和導向矢量之間的關系，可以通過SSS算法獲取信號源的位置信息：

對上述進行峰譜搜索可得到信號方向角θ和仰角

根據所得信號方向角θ和仰角帶入定位公式

中，即可估算得到發射信號的具體位置。

3.將權利要求1或權利要求2中的算法運用于計算資源有限的低功耗藍牙處理器，或運用于各種形狀的陣列天線。