蓝牙定位中遇到的问题和解决思路

前言

又到一年毕业季。

蓝牙定位也断断续续做了快一年多了，以后可能不会再做这一块了，趁记忆还新的时候把遇到的一些问题稍微总结一下，帮助后来的朋友少走一点弯路。

补充点小知识

ibeacon和蓝牙

Ibeacon是一项低耗能蓝牙技术技术，工作原理类似之前的蓝牙技术。iBeacon 是苹果公司2013年9月发布的移动设备用OS（iOS7）上配备的新功能。（来自百度百科）
目前做定位的蓝牙其实都是基于ibeacon的。

算法的意义

理论上来说，已知不在同一条直线的三个点坐标，以及定位点分别到三点的距离，我们是可以直接求出定位点的。

那么还需要算法有何用呢？因为蓝牙定位信号不稳定（跟蓝牙发射端和蓝牙接收端的质量还有环境有关），计算蓝牙信标到定位点的距离往往非常不精确，所以无法直接确定定位点，需要通过算法来模糊定位。

主流算法

主要是三点定位法和指纹法。

三点定位法：此三点已非彼三点了。三点定位法原本是已知三点坐标和三点到未知点的距离，求未知点用的方法，但是由于在实际运用中三点距离并不是精确距离，所以只能求到一个模糊解，三点法也就有了各种各样的变种，当然还是可以统称三点定位法。三点不是真的指三点，实际运用中可以用多点，不过在蓝牙这个领域常用的是3~5点，具体的实现方式有很多种，比如权值法、最小二乘法、均值法。根据具体的实现可以分成很多方法。

指纹法：指纹法就是先采集蓝牙在不同位置的信号强度保存在数据库，通过对比数据库数据和采集的信号来找到可能性最大的位置。

两种算法各有优缺点，首先精度方面是指纹法更好，计算速度方面三点法更快。指纹法前期需要采集数据，这点很麻烦。

问题与解决思路

先声明，解决方式有只是我个人思路，不提供具体的做法，有兴趣的可以在评论留言。

蓝牙问题

首先成本上并不便宜，一个完整的蓝牙设备大概在40~60RMB之间，质量也参差不齐。有实力的朋友建议自己做，成本相信就非常可观了。

肯定大部分的人还是会选择买现成的蓝牙设备，毕竟开发也需要时间。这个时候一款好的蓝牙会帮助你省不少时间，这里非常重要的一点就是要货比三家，名气大的厂家不一定设备就好，亲身体会。

蓝牙质量怎么鉴定，采集足够长时间的信号，观察信号的波动情况。蓝牙定位最重要的就是信号的稳定度，稳定度越高，定位越精准。

算法问题

蓝牙设备再好，多多少少都会出现信号失真的情况。这时候就需要设计滤波器来过滤错误信号。滤波器首推的是卡尔曼滤波器了，其次就是均值滤波器。

如果用的是三点定位法，那么从理论上来说，需要选取平均信号最强的三个信标点来做计算，然而会出现一种情况，即选取的三个信标点不完全是实际距离定位点最近的三个信标点。实际运用过程中，可能由于障碍物或者信号失真，导致某些信号衰落严重或者异常增强（多径效应），导致我们直接计算的定位点并不是完全正确的，这时候要做抗噪的准备。

而如果是指纹法，那么对不同定位点之间的区分度就要求要高了，区分度越高定位越精准。举个例子，有蓝牙A，我们站在蓝牙A前方1米和后方1米的位置，测得蓝牙A的信号是基本一致的，这时候算法并不能知道我们在A的前方还是后方，这时候我们如果在蓝牙A前方加上蓝牙B，蓝牙B的信号在刚才两个位置是不一致的，那么我们通过对比蓝牙B的信号，就能知道我在A的前方还是后方了。这是信号采集中的一些小窍门。然而这时候对于指纹法来说有一个难点，即是不同的设备采集的信号会不一致，设备1采集十分钟是5.5，设备2采集十分钟可能是6.5。这个时候需要考虑设备适配的问题，或者算法自适应问题。

设备适配

蓝牙设备需要适配，功率，频率，功耗。功率频率越强，设备接收越好，定位越精准，相对功耗越大；反之设备接收差，定位偏差，但是功耗低。

总结

蓝牙定位实际上是一个最优化问题，在各种资源限制下做权衡，找到一个最佳平衡点。