一种基于蓝牙技术的定位跟踪系统及方法[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 112672286 A(43)申请公布日 2021.04.16

(21)申请号 201910987594.2(22)申请日 2019.10.16

(71)申请人 上海雅构思企业管理咨询有限公司

地址 201802 上海市嘉定区众仁路399号1

幢2层J1431室(72)发明人 杨灏翔　

(74)专利代理机构 上海宏京知识产权代理事务

所(普通合伙) 31297

代理人 冯华(51)Int.Cl.

H04W 4/029(2018.01)H04W 4/80(2018.01)H04W 12/02(2009.01)H04W 12/04(2021.01)

权利要求书2页 说明书5页 附图1页

CN 112672286 A(54)发明名称

一种基于蓝牙技术的定位跟踪系统及方法(57)摘要

本发明实施例提出一种基于蓝牙技术的定位跟踪系统及方法，涉及蓝牙技术领域。包括：蓝牙发射模块和蓝牙蓝牙接收模块；所述蓝牙发射模块包括：信号生成模块、信号加密模块和信号发射模块；所述信号生成模块信号连接于信号加密模块；所述信号加密模块信号连接于信号发射模块；所述蓝牙接收模块包括：蓝牙天线装置、信号解密模块和信号处理模块；所述蓝牙天线装置信号连接于信号发射模块；所述蓝牙天线装置还信号连接于信号解密模块；所述信号解密模块信号连接于信号解密模块；所述信号解密模块信号连接于信号处理模块。具有定位精确和安全性高的优点。

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1.一种基于蓝牙技术的定位跟踪系统，包括：蓝牙发射模块和蓝牙蓝牙接收模块，其特征在于，它包括：所述蓝牙发射模块包括：信号生成模块、信号加密模块和信号发射模块；所述信号生成模块信号连接于信号加密模块；所述信号加密模块信号连接于信号发射模块；所述蓝牙接收模块包括：蓝牙天线装置、信号解密模块和信号处理模块；所述蓝牙天线装置信号连接于信号发射模块；所述蓝牙天线装置还信号连接于信号解密模块；所述信号解密模块信号连接于信号解密模块；所述信号解密模块信号连接于信号处理模块。

2.如权利要求1所述的基于蓝牙技术的定位跟踪系统，其特征在于，所述信号加密模块包括：数据分组单元，将待加密数字信号进行分段，产生分段数字信号；密钥生成单元，用于生成个人密钥；存储存储单元，用于存储个人密钥；数据加密单元，利用加密算法和所述个人密钥对所述分段数字信号进行加密，得到加密后的分段数字信号；分段数字信号打包单元，将所述加密后的分段数字信号进行打包，得到加密后的分段数字信号块。

3.如权利要求2所述的基于蓝牙技术的定位跟踪系统，其特征在于，所述信号解密模块包括：个人密钥获取单元，用于获取所述个人密钥；解密单元，根据所述解密密钥和与所述解密加密算法对应的解密算法对所述加密后的分段数字信号块块进行解密，得到原分段数字信号；组合单元，用于组合所述分段数字信号，得到原数字信号。

4.一种基于权利要求1至3之一所述的基于蓝牙技术的定位跟踪系统的方法，其特征在于，所述方法包括：

S1：所述蓝牙发射模块发射蓝牙信号；S2：启动一段预设时间；S3：所述蓝牙接收模块通过所述蓝牙天线阵列接收所述蓝牙信号，测得所述天线接收到的所述蓝牙信号的相位

S4：分析生成任两个所述天线接收到的所述蓝牙信号的相位差S5：基于所述相位差的夹角，其中

S6：基于所述入射角(θi,j)，得到入射角的余角(θi,i＝1to4)；S7：基于所述入射角的余角(θ1、θ2、θ3、θ4)，分析生成所述蓝牙发射模块到所述直线LA的多个垂直距离(di,i+1)，其中di,i+1＝ri,i+1*tanθitanθi+1/(tanθi-tanθi+1)；

S8：基于所述多个垂直距离(di,i+1)，分析生成最佳垂直距离(dopt)；S9：基于所述最佳垂直距离(dopt)，分析生成所述蓝牙发射模块(100)到所述信号馈入点的距离(Li,i＝1to4)，其中Li＝dopt/sinθi；

S10：重复步骤S3至S9，直到所述预设时间结束；S11：基于步骤S9生成的多个距离(Li,i＝1to4)及多个入射角(θi,j)，生成最佳距离(Lopt)及最佳入射角(θopt)，藉此，完成所述蓝牙发射模块的定位。

5.如权利要求4所述的基于蓝牙技术的定位跟踪方法，其特征在于，所述密钥生成单元包括第一获取子单元，用于获取特征数据；第一生成子单元，用于根据所述特征数据，生成特征向量；第二生成子单元，用于根据预定算法对所述特征向量进行处理，生成与所述用户对应的密钥。

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分析生成所述蓝牙天线阵列接收到的蓝牙信号的多个入射

角(θi,j)，入射角(θi,j)是所述蓝牙信号到所述信号馈入点的入射线与所述直线LA的垂线

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6.如权利要求5所述的基于蓝牙技术的定位跟踪方法，其特征在于，所述第二生成子单元包括：获取子模块，用于根据所述预定算法对所述特征向量进行序列化处理，得到序列化后的特征向量；提取子模块，用于根据所述预定算法从所述序列化后的特征向量中，提取出符合均匀分布的序列数据作为与所述用户对应的个人密钥。

7.如权利要求6所述的基于蓝牙技术的定位跟踪方法，其特征在于，数据加密单元包括：第一运算子单元，用于根据分段数字信号信号、所述个人密钥和第一随机数字信号进行位运算，得到第一密文数字信号；第二运算子单元，用于根据所述个人密钥和第一随机数字信号进行位运算，得到第二随机数字信号；插入子单元，用于将第二随机数字信号插入到第一密文数字信号中，得到第二密文数字信号；第一操作子单元，用于对第二密文数字信号进行反转比特位操作，得到最终加密后的分段数字信号。

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一种基于蓝牙技术的定位跟踪系统及方法

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技术领域

[0001]本发明涉及蓝牙技术领域，具体而言，涉及一种基于蓝牙技术的定位跟踪系统及方法。

背景技术

[0002]近年来，随着用户需求的增加，无线定位技术受到越来越多的关注，推动了对无线定位技术的研究及测距技术的发展。如何尽可能地利用现存网络资源，低成本地实现对用户的精确定位一直是研究的焦点。[0003]现有的蓝牙定位方法，如下所示：

[0004]申请号为CN201710130779.2公开了一种基于蓝牙的室内定位系统及其定位方法，在室内空间范围按照三维坐标系的长、宽、高分别依序号间隔布置蓝牙设备，蓝牙设备均通过无线方式与用于接收信号强弱、序号、位置、频率信息的信号接收设备通讯连接，信号接收设备与数据处理设备通讯连接，数据处理设备处理分析得到的蓝牙设备的广播频率、空间坐标位置、对应序号以及信号强弱值，数据处理设备与数据统计设备通讯连接，数据统计设备获取数据处理设备的分析结果，统计各个蓝牙设备的频率、位置、序号、强弱，对比强弱与位置，得出最靠近信号接收设备的蓝牙设备的序号，得出所属信号接收设备在室内空间范围的空间位置，定位误差小于2米。发明内容

[0005]本发明的目的在于提供一种基于蓝牙技术的定位跟踪系统及方法，具有定位精确和安全性高的优点。

[0006]为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：[0007]第一方面，本发明实施例提供了一种基于蓝牙技术的定位跟踪系统，包括：蓝牙发射模块和蓝牙蓝牙接收模块；所述蓝牙发射模块包括：信号生成模块、信号加密模块和信号发射模块；所述信号生成模块信号连接于信号加密模块；所述信号加密模块信号连接于信号发射模块；所述蓝牙接收模块包括：蓝牙天线装置、信号解密模块和信号处理模块；所述蓝牙天线装置信号连接于信号发射模块；所述蓝牙天线装置还信号连接于信号解密模块；所述信号解密模块信号连接于信号解密模块；所述信号解密模块信号连接于信号处理模块。

[0008]进一步的，所述信号加密模块包括：数据分组单元，将待加密数字信号进行分段，产生分段数字信号；密钥生成单元，用于生成个人密钥；存储存储单元，用于存储个人密钥；数据加密单元，利用加密算法和所述个人密钥对所述分段数字信号进行加密，得到加密后的分段数字信号；分段数字信号打包单元，将所述加密后的分段数字信号进行打包，得到加密后的分段数字信号块。[0009]进一步的，所述信号解密模块包括：个人密钥获取单元，用于获取所述个人密钥；解密单元，根据所述解密密钥和与所述解密加密算法对应的解密算法对所述加密后的分段

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数字信号块块进行解密，得到原分段数字信号；组合单元，用于组合所述分段数字信号，得到原数字信号。

[0010]第二方面，本发明实施例还提供了一种基于蓝牙技术的定位跟踪方法，所述方法包括：

[0011]S1：所述蓝牙发射模块发射蓝牙信号；[0012]S2：启动一段预设时间；[0013]S3：所述蓝牙接收模块通过所述蓝牙天线阵列接收所述蓝牙信号，测得所述天线接收到的所述蓝牙信号的相位

[0014][0015]

S4：分析生成任两个所述天线接收到的所述蓝牙信号的相位差S5：基于所述相位差

分析生成所述蓝牙天线阵列接收到的蓝牙信号的多个

入射角(θi,j)，入射角(θi,j)是所述蓝牙信号到所述信号馈入点的入射线与所述直线LA的垂线的夹角，其中

S6：基于所述入射角(θi,j)，得到入射角的余角(θi,i＝1to4)；[0017]S7：基于所述入射角的余角(θ1、θ2、θ3、θ4)，分析生成所述蓝牙发射模块到所述直线LA的多个垂直距离(di,i+1)，其中di,i+1＝ri,i+1*tanθitanθi+1/(tanθi-tanθi+1)；[0018]S8：基于所述多个垂直距离(di,i+1)，分析生成最佳垂直距离(dopt)；[0019]S9：基于所述最佳垂直距离(dopt)，分析生成所述蓝牙发射模块(100)到所述信号馈入点的距离(Li,i＝1to4)，其中Li＝dopt/sinθi；[0020]S10：重复步骤S3至S9，直到所述预设时间结束；[0021]S11：基于步骤S9生成的多个距离(Li,i＝1to4)及多个入射角(θi,j)，生成最佳距离(Lopt)及最佳入射角(θopt)，藉此，完成所述蓝牙发射模块的定位。[0022]进一步的，所述密钥生成单元包括第一获取子单元，用于获取特征数据；第一生成子单元，用于根据所述特征数据，生成特征向量；第二生成子单元，用于根据预定算法对所述特征向量进行处理，生成与所述用户对应的密钥。[0023]进一步的，所述第二生成子单元包括：获取子模块，用于根据所述预定算法对所述特征向量进行序列化处理，得到序列化后的特征向量；提取子模块，用于根据所述预定算法从所述序列化后的特征向量中，提取出符合均匀分布的序列数据作为与所述用户对应的个人密钥。

[0024]进一步的，数据加密单元包括：第一运算子单元，用于根据分段数字信号信号、所述个人密钥和第一随机数字信号进行位运算，得到第一密文数字信号；第二运算子单元，用于根据所述个人密钥和第一随机数字信号进行位运算，得到第二随机数字信号；插入子单元，用于将第二随机数字信号插入到第一密文数字信号中，得到第二密文数字信号；第一操作子单元，用于对第二密文数字信号进行反转比特位操作，得到最终加密后的分段数字信号。

[0025]本发明实施例提供的一种基于蓝牙技术的定位跟踪系统及方法，使用到了统计知识，但是都需要较多的硬件设备，而且需要人工操作，不能实现全自动定位。现有的AOA算法，即基于到达角度测距的定位算法，通过某些硬件设备感知发射节点信号的到达方向，计算接收节点和锚节点之间的相对方位或角度，然后再利用三角测量法或其他方式计算出未

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知节点的位置。在实际计算中，在信号发射到接收的极短的时间内，天线阵列因为相邻的天线间隔距离太短，导致接收到蓝牙信号而测出的到达角度的信息很难绝对精确，从而也会对设备定位的计算有影响。同时，对传输的定位信息进行加密，增强了系统的安全性。[0026]为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。附图说明

[0027]为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

[0028]图1示出了本发明实施例提供的基于蓝牙技术的定位跟踪系统的系统结构示意图。

具体实施方式

[0029]下面将结合本发明实施例中附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。[0030]应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。[0031]实施例1：[0032]如图1所示，一种基于蓝牙技术的定位跟踪系统，包括：蓝牙发射模块和蓝牙蓝牙接收模块；所述蓝牙发射模块包括：信号生成模块、信号加密模块和信号发射模块；所述信号生成模块信号连接于信号加密模块；所述信号加密模块信号连接于信号发射模块；所述蓝牙接收模块包括：蓝牙天线装置、信号解密模块和信号处理模块；所述蓝牙天线装置信号连接于信号发射模块；所述蓝牙天线装置还信号连接于信号解密模块；所述信号解密模块信号连接于信号解密模块；所述信号解密模块信号连接于信号处理模块。[0033]进一步的，所述信号加密模块包括：数据分组单元，将待加密数字信号进行分段，产生分段数字信号；密钥生成单元，用于生成个人密钥；存储存储单元，用于存储个人密钥；数据加密单元，利用加密算法和所述个人密钥对所述分段数字信号进行加密，得到加密后的分段数字信号；分段数字信号打包单元，将所述加密后的分段数字信号进行打包，得到加密后的分段数字信号块。[0034]进一步的，所述信号解密模块包括：个人密钥获取单元，用于获取所述个人密钥；解密单元，根据所述解密密钥和与所述解密加密算法对应的解密算法对所述加密后的分段数字信号块块进行解密，得到原分段数字信号；组合单元，用于组合所述分段数字信号，得

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到原数字信号。[0035]实施例2：本发明实施例还提供了一种基于蓝牙技术的定位跟踪方法，所述方法包括：S1：所述蓝牙发射模块发射蓝牙信号；[0036]S2：启动一段预设时间；[0037]S3：所述蓝牙接收模块通过所述蓝牙天线阵列接收所述蓝牙信号，测得所述天线接收到的所述蓝牙信号的相位

[0038][0039]

S4：分析生成任两个所述天线接收到的所述蓝牙信号的相位差S5：基于所述相位差

分析生成所述蓝牙天线阵列接收到的蓝牙信号的多个

入射角(θi,j)，入射角(θi,j)是所述蓝牙信号到所述信号馈入点的入射线与所述直线LA的垂线的夹角，其中

S6：基于所述入射角(θi,j)，得到入射角的余角(θi,i＝1to4)；[0041]S7：基于所述入射角的余角(θ1、θ2、θ3、θ4)，分析生成所述蓝牙发射模块到所述直线LA的多个垂直距离(di,i+1)，其中di,i+1＝ri,i+1*tanθitanθi+1/(tanθi-tanθi+1)；[0042]S8：基于所述多个垂直距离(di,i+1)，分析生成最佳垂直距离(dopt)；[0043]S9：基于所述最佳垂直距离(dopt)，分析生成所述蓝牙发射模块(100)到所述信号馈入点的距离(Li,i＝1to4)，其中Li＝dopt/sinθi；[0044]S10：重复步骤S3至S9，直到所述预设时间结束；[0045]S11：基于步骤S9生成的多个距离(Li,i＝1to4)及多个入射角(θi,j)，生成最佳距离(Lopt)及最佳入射角(θopt)，藉此，完成所述蓝牙发射模块的定位。[0046]进一步的，所述密钥生成单元包括第一获取子单元，用于获取特征数据；第一生成子单元，用于根据所述特征数据，生成特征向量；第二生成子单元，用于根据预定算法对所述特征向量进行处理，生成与所述用户对应的密钥。[0047]进一步的，所述第二生成子单元包括：获取子模块，用于根据所述预定算法对所述特征向量进行序列化处理，得到序列化后的特征向量；提取子模块，用于根据所述预定算法从所述序列化后的特征向量中，提取出符合均匀分布的序列数据作为与所述用户对应的个人密钥。

[0048]进一步的，数据加密单元包括：第一运算子单元，用于根据分段数字信号信号、所述个人密钥和第一随机数字信号进行位运算，得到第一密文数字信号；第二运算子单元，用于根据所述个人密钥和第一随机数字信号进行位运算，得到第二随机数字信号；插入子单元，用于将第二随机数字信号插入到第一密文数字信号中，得到第二密文数字信号；第一操作子单元，用于对第二密文数字信号进行反转比特位操作，得到最终加密后的分段数字信号。

[0049]在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个单元、程序段或代码的一部分，所述单元、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于

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附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。[0050]另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个单元单独存在，也可以两个或两个以上单元集成形成一个独立的部分。[0051]所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Onl8 Memor8)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memor8)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。[0052]需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。[0053]以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

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图1

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