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申请/专利权人：南京邮电大学

摘要：本发明公开了一种基于递推平均滤波法和限幅滤波法的蓝牙AOA定位方法，涉及室内定位技术领域，包括利用参考周期和采样周期的样本，估计各时刻载波频偏对实际所测相位差的影响；计算参考周期载波频偏估计值；计算采样周期载波频偏估计值；构建修正载波频偏的单调相位序列；使用最小二乘法对得到的单调序列进行线性拟合；使用斜率值计算出信号的到达角；结合到达角和天线部署高度计算出信标的坐标。本发明以较小的计算开销，降低了蓝牙AOA定位系统中载波频偏、采样时刻不准确、采样相位误差和噪声对定位结果的影响。

主权项：1.一种基于递推平均滤波法和限幅滤波法的蓝牙AOA定位系统，其特征在于：包括发射机、接收机和单片机计算角度单元；所述单片机计算角度单元包括：载波频偏估计值计算模块，用于利用参考周期和采样周期的样本，估计各时刻载波频偏对实际所测相位差的影响；所述估计各时刻载波频偏对实际所测相位差的影响包括以下步骤：根据IQ采样得到的同相值I和正交值Q计算出本次采样信号相位范围为-π,π；若I和Q有一个为0，则判断相位落于坐标轴上；若I和Q都为0，则舍弃；通过I和Q的正负判断出相位所处的象限，根据以下公式： 若相位处于第一象限，则若处于第二象限，则若处于第三象限，则若处于第四象限，则参考周期载波频偏估计值的计算公式如下： 其中，第i微秒采样相位值为参考周期为8微秒；采样周期载波频偏估计值的计算公式如下： 其中，为前一个定位周期内第i次采样相位值，为后一个定位周期内第i次采样相位值，每个定位周期包含7个采样周期；所述递推平均滤波法包括：在采样周期，计算相邻的同天线采样相位差值，并除以一个定位周期内的天线切换次数，得到采样周期载波频偏估计值；第一定位周期采用参考周期的载波频偏估计值修正定位数据，后续定位周期采用本周期与前一周期计算出的载波频偏估计值与前一次计算出的载波频偏估计值的加权平均值修正定位数据，向后推进；单调相位序列构造模块，用于利用载波频偏估计值及测量的相位值构建包含到达角信息的单调相位序列；所述单调相位序列构造模块包括：构建修正载波频偏的单调相位序列分为第一定位周期、第二定位周期和后续定位周期；对于第一定位周期，通过参考周期采样值计算出的载波频偏估计值，具体步骤如下：将一个定位周期的7个采样值分为两组，第一组为第1到4次采样值，第二组为第4到第7次采样值；第一组的数据用以计算方位角，第二组数据用以计算俯仰角；对于每组数据的4个采样值，构建单调相位序列的方法如下：取第一个采样值的相位作为单调相位序列的第一个元素，计算第一个采样值和第二个采样值的相位差再用此相位差减去计算出的载波频偏估计值得到修正后的相位差单调相位序列的第一个元素加得到单调相位序列的第二个元素，依此方法计算单调相位序列其他元素；所述相位差的计算过程如下：设两个相位分别为和若两者相位都处于[0,π]或-π,0区间内，则先判断是否大于最大相位差其中，d为相邻天线间隔，λT为此数据包传输信道中心频率对应的波长；若则认为数据异常，采取丢弃处理；若则取若则先判断是否小于若则进一步判断是否大于最大相位差若则丢弃，若则取若则进一步判断是否大于最大相位差若则丢弃；若则取若则先判断是否小于若则进一步判断是否大于最大相位差若则丢弃；若则取若则进一步判断是否大于最大相位差若则丢弃；若则取第二定位周期的构建修正载波频偏的单调相位序列的具体步骤为：第一个采样值的相位作为单调相位序列的第一个元素，计算第一个采样值和第二个采样值的相位差再用此相位差减去计算出的载波频偏估计值得到修正后的相位差用单调相位序列的第一个元素加上得到单调相位序列的第二个元素，依此方法计算单调相位序列其他元素；后续定位周期的构建修正载波频偏的单调相位序列的具体步骤为：使用递推平均滤波法，均衡前一定位周期得到的载波频偏估计值和本定位周期得到的载波频偏估计值得到本定位周期用以构建单调相位序列的载波频偏估计值，具体公示如下： 取第一个采样值的相位作为单调相位序列的第一个元素，计算第一个采样值和第二个采样值的相位差并减去得到修正后的相位差用单调相位序列的第一个元素加上得到单调相位序列的第二个元素；单调相位序列其他元素按照第二个元素的计算方法类推；所述限幅滤波法包括：取每个定位周期第一个采样相位为第一个元素，后续元素通过一种基于限幅滤波法的避免相位模糊的算法计算当前采样相位与前一采样相位的相位差，并通过载波频偏估计值修正，将修正后的值与前一元素相加得到新的元素值；因为天线呈线性均匀分布，天线切换顺序是单向的，所以元素的变化趋势是一致的，体现为该序列为单调序列；最小二乘线性回归模块，用于使用最小二乘法对单调相位序列进行线性回归，提取出包含到达角信息的相位差；到达角计算模块，用于结合蓝牙传播信道信息及天线阵列信息，利用相位差值计算出到达角；坐标计算模块，用于结合到达角和天线部署高度计算出信标的坐标。

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