基于改进二维MUSIC算法的蓝牙信号到达角估计

作     者：韦子辉 蔡大鑫 叶兴跃 李小阳 方立德 孔祥杰 Wei Zihui;Cai Daxin;Ye Xingyue;Li Xiaoyang;Fang Lide;Kong Xiangjie

作者机构：河北大学质量技术监督学院保定071002 计量仪器与系统国家地方联合工程研究中心保定071002 

出 版 物：《电子测量与仪器学报》 (Journal of Electronic Measurement and Instrumentation)

年 卷 期：2022年第36卷第10期

页      面：157-165页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0804[工学-仪器科学与技术] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 

基　　金：国家自然科学基金(61475041) 京津冀协同创新共同体建设专项(20540301D) 河北省自然科学基金重点项目(F2021201031)资助 

主　　题：蓝牙定位 达到角估计 矩形阵列 MUSIC算法 

摘      要：蓝牙技术联盟在蓝牙5.1规范引入寻向功能,为大幅提升蓝牙定位技术的精度提供了新的解决途径,但并未对信号的角度测量算法提供统一方案。针对低功耗蓝牙在室内环境多径干扰下到达角估计困难这一问题,提出了一种面向矩形阵列的改进二维MUSIC算法,通过对矩形阵列天线阵元进行二次划分,采用前后向平滑的方法修正一维子阵的协方差矩阵,再利用接收信号矩阵的广义逆求出各个子阵协方差的关系,从而修正整个阵列接收信号的协方差矩阵。该算法在没有降低信号协方差矩阵维数的同时,恢复了信号协方差矩阵的秩,有效抑制室内多径信源引起的干扰。经过仿真实验,证明了本文算法在低快拍数、低信噪比的情况下对角度估计的精度有着较大改善。并设计了相应的硬件系统进行室内与室外的实验,结果表明在多径干扰严重的室内定位时定位精度改善更为明显,室内定位圆概率误差降低了26.75%~60.25%。仿真和现场定位实验证明了本文提出角度估计算法的有效性,该算法对其他应用领域的来波方向估计也具有重要参考意义。