[发明专利]一种利用多地磁传感器的车速估计方法

权利要求书

1.一种利用多地磁传感器的车速估计方法，其特征在于，包括如下：

A)车辆检测模块(1)设有M个，且沿道路旁等间隔部署，行驶在道路上的车辆依次经过每个车辆检测模块(1)；

B)数据处理模块(2)获取实时时间数据，并将其发送给每一个车辆检测模块，实现所有车辆检测模块的时间同步；

C)车辆检测模块实时检测磁场强度数据，以采样频率F_s对磁场强度数据进行采样，获得离散的磁场强度数据，并根据离散的磁场强度数据检测车辆接近和离开检测点的过程，记录车辆接近检测点时的时间数据，并将时间数据发送给数据处理模块；

D)数据处理模块对所有车辆检测模块上传的时间数据进行数据清洗，并利用车辆位置估计和速度估计标准差进行数据关联的匹配：

D1)遍历每一个时间数据，并对时间数据格式进行判断:

如果时间数据不符合正常时间格式，则直接删除该时间数据；

如果时间数据符合正常时间格式，则保留该时间数据，直到遍历完所有时间数据，执行D2)；

D2)设定循环变量初始值k＝1；

D3)按照下式由车辆接近第k个车辆检测模块的时间为车辆接近第k+1个车辆检测模块的时间开辟时间窗：

其中，t_k为车辆接近第k个车辆检测模块的时间，Δx_k为第k个车辆检测模块与第k+1个车辆检测模块的距离，为车辆接近第k个车辆检测模块时的速度，σ_k,x和σ_k,v分别为车辆接近第k个车辆检测模块的位置估计及速度估计的标准差；

D4)根据上述时间窗内时间数据的个数对车辆接近第k+1个车辆检测模块的时间t_k+1进行确定：

如果只有一个时间数据在该时间窗内，则将该时间数据作为车辆接近第k+1个车辆检测模块的时间t_k+1；

如果有多个时间数据在该时间窗内，则将该多个时间数据从小到大排列，取中间的时间数据作为车辆接近第k+1个车辆检测模块的时间t_k+1；

如果没有时间数据在该时间窗内，则将时间窗的中间值作为车辆接近第k+1个车辆检测模块的时间t_k+1；

D5)判断循环变量k与车辆检测模块总个数M的大小：

如果循环变量k小于车辆检测模块总个数，即k＜M，则循环变量k值加1并返回D3)；

如果循环变量k等于车辆检测模块总个数，即k＝M，则迭代结束，得到车辆经过所有车辆检测模块的时间；

E)数据处理模块将匹配好的车辆接近所有车辆检测模块的时间数据和车辆检测模块的位置进行多次卡尔曼滤波迭代，得到精确的车辆速度：

E1)设定车辆接近第1个车辆检测模块的状态初始值协方差矩阵的初始值根据实际测试所需要的车速精度设置最大迭代次数为N，设置循环变量初始值k＝1，其中v_max为道路允许的最大车速；

E2)由车辆接近第k个车辆检测模块的状态预测车辆接近第k+1个车辆检测模块的状态：

其中，为车辆接近第k个车辆检测模块的状态，为车辆接近第k个车辆检测模块的估计位置，为车辆接近第k个车辆检测模块的估计速度；为车辆接近第k+1个车辆检测模块的状态预测，为车辆接近第k+1个车辆检测模块的预测位置，为车辆接近第k+1个车辆检测模块的预测速度；为状态转移矩阵，Δt_k＝t_k+1-t_k为车辆接近第k个车辆检测模块与车辆接近第k+1个车辆检测模块的时间差；

E3)由E2)得到的状态预测结果和第k+1个车辆检测模块的真实位置，通过下式估计车辆接近第k+1个车辆检测模块的速度：

其中，为车辆接近第k+1个车辆检测模块的状态，为车辆接近第k+1个车辆检测模块的估计位置，为车辆接近第k+1个车辆检测模块的估计速度；

为第k+1个车辆检测模块的真实位置η_k+1与车辆接近第k+1个车辆检测模块的预测位置的距离差；W_k+1为卡尔曼滤波的增益，其计算公式如下：

W_k+1＝P_k+1|k(h_k)^T(S_k+1)^-1

其中，为状态预测协方差矩阵，P_k|k为车辆接近第k个车辆检测模块的协方差矩阵，为噪声协方差矩阵；h_k＝[10]为车辆检测模块提供的观测矩阵；S_k+1＝h_kP_k+1|k(h_k)^T+R_k为车辆检测模块提供的测量协方差矩阵，R_k为车辆检测模块的观测噪声；

E4)按照下式对车辆接近第k+1个车辆检测模块的协方差矩阵进行更新：

其中，P_k+1|k+1为车辆接近第k+1个车辆检测模块的协方差矩阵；

E5)判断循环变量k与设定的最大迭代次数N的大小：

如果循环变量k小于设定的最大迭代次数，即k＜N，则循环变量k值加1并返回E2)；

如果循环变量k等于设定的最大迭代次数，即k＝N，则迭代结束，得到车辆速度。