[发明专利]一种基于超宽带无源射频标签的车辆定位方法

说明书

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及的是一种基于超宽带无源射频标签的车辆定位方法。

背景技术

随着无线通信技术的发展，21世纪的世界将很快从网络时代进入无线互联时代。新兴的无线网络技术，例如WiFi、WiMax、ZigBee、Ad hoc、BlueTooth和UWB等，在办公室、家庭、工厂、公园等方面得到了广泛应用。

UWB(Ultra Wide Band，超宽带)无线通信技术是一种不用载波，采用小于纳秒时长的不连续脉冲进行通信的一种无线通信技术。由于UWB使用小于纳秒时长的超短脉冲进行通信，其信号功率被扩散在从0到数十GHz的超宽频带范围内，这种独特的通信机制使其与目前频域通信技术相比具有对信道衰落不敏感、发射功率低、与其它无线系统可以共存、多径分辨能力强、抗干扰能力强、系统复杂度低、穿透能力强等优点，因而在全球范围内受到广泛关注，特别是在精确测距和定位、短距离高速通信(100Mbps–1Gbps)、雷达探测、防侦听抗干扰保密通信等多个军用和民用领域均有广泛的应用前景。

目前我国高速公路通车里程已超过美国跃居世界第一，高速公路上的交通事故较以往也更为频繁。高速公路上车辆的行驶速度高、能量大、冲击强，一旦发生事故，一般为群死群伤的恶性交通事故。因此，高速公路交通安全是交通行业主动安全领域急需解决的重要问题。

目前国内外高速公路交通安全的研究成果大都集中在后车根据测距、测速结果和安全行驶模型实现的单车碰撞预警系统，无法实现多车的连环碰撞预警。如果只获得相邻车辆的直视距离是无法解决车辆连环碰撞的，只有获得了远距离多辆车的精确位置信息，并根据相对车速、加速度、距离等进行联合判断才有可能实现多车辆的连环碰撞预警，从而降低高速公路车祸尤其是连环追尾碰撞事故的发生率。

但是现有的精确定位系统，例如RTK(Real-Time Kinematic，实时动态差分定位)、CORS(Continuous Operational Reference System，连续运行参考系统)等GNSS(Global Navigation Satellite System，全球卫星导航系统)定位，由于地域跨度小、资费高等均不适合在高速公路这样跨地区的、大量终端并存的、缺少供电的交通行业应用。

如何获得车辆的精确位置信息是避免高速公路上车辆连环碰撞亟待解决的关键问题之一。因此，本发明提出了一种基于超宽带无源射频标签的车辆定位方法。

发明内容

鉴于目前传统的精确定位系统不适合应用在高速公路场景中，本发明提出了一种应用在高速公路场景中一种基于超宽带无源射频标签的车辆定位方法，从而可以为避免高速公路上车辆连环碰撞提供高精度的位置信息。

本发明的技术方案如下：

1.一种基于超宽带无源射频标签的车辆定位方法，其特征在于OBU(On-Board Unit，车载单元)设备中的RF-Reader(Radio Frequency Reader，射频读卡器)定时地发送激活信号，如果高速公路路肩上的超宽带RF-Tag(Radio Frequency Tag，射频标签)被激活则执行步骤1)进行基于UWB无源射频标签的定位，否则执行步骤2)使用DGNSS(Differential Global Navigation Satellite System，差分全球卫星导航系统)进行定位：

1)基于UWB无源射频标签的定位

①RF-Tag向RF-Reader发射UWB定位信号和数据帧，帧中包括道路信息、RF-Reader之间的相对距离m_i,i+1和RF-Tag的精确经纬度坐标L₀；

②RF-Reader收到信号后，进行基于UWB的相对定位得到车辆的相对坐标L₁，同时提取RF-Tag的精确经纬度坐标L₀，进而根据L₀和L₁通过坐标变换计算得到车辆的经纬度坐标L，计算方法为：

OBU根据测得的高速公路路肩上多个RF-Tag发射的UWB射频信号的多普勒频移f_i以及车辆速度ν，利用公式(1)～(4)计算出OBU与每个RF-Tag的距离d_i