[发明专利]一种隧道车辆定位系统及其定位方法

权利要求书

1.一种隧道车辆定位系统，包括贯穿整个隧道内间隔设置的定位基站(100)、隧道入口处的交换机(200)，设置于目标车辆内的定位标签系统(300)、惯性导航模块(400)及交通管理部门设置的综合管理平台(500)；其特征在于：所述定位基站(100)与隧道入口处的交换机(200)双向信号连接，交换机(200)与综合管理平台(500)双向信号连接；惯性导航模块(400)与定位标签系统(300)双向信号连接，定位标签系统(300)与定位基站(100)双向信号连接。

2.根据权利要求1所述的一种隧道车辆定位系统，其特征在于：所述定位基站(100)等距间隔设置，定位基站(100)中设有隧道无线通信模块(110)；定位标签系统(300)包括车辆无线通信模块(310)、天线模块(320)及信息处理模块(330)，隧道无线通信模块(110)与车辆无线通信模块(310)双向信号连接，实时无线通信。

3.根据权利要求2所述的一种隧道车辆定位系统，其特征在于：所述天线模块320与定位基站100双向信号连接，天线模块320接收定位基站100发送的超宽带信号和定位基站位置信息。

4.根据权利要求2所述的一种隧道车辆定位系统，其特征在于：所述信息处理模块(330)通过天线模块(320)与定位基站(100)双向信号连接，信息处理模块(330)还分别与定位基站(100)的隧道无线通信模块(110)及目标车辆的车辆无线通信模块(310)双向信号连接，对定位基站(100)发送的超宽带信号进行处理。

5.根据权利要求1所述的一种隧道车辆定位系统，其特征在于：所述惯性导航模块(400)固定在目标车辆内部重心的位置。

6.根据权利要求1所述的一种隧道车辆定位系统，其特征在于：所述信息处理模块(400)采用基于ARIMA滤波器的空间交替期望最大化SAGE算法估计信道参数，得到包括直射路径和强反射路径的时延、到达角、离开角信息；估算路径的信息、定位基站(100)的位置信息及周围车辆的位置信息，得到目标车辆的位置信息。

7.一种隧道车辆定位方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

1)定位基站100将其位置信息传输至交换机200及目标车辆；另外，定位基站100实时发送超宽带信号；目标车辆上的车辆无线通信模块310接收定位基站100发送的超宽带信号和定位基站位置信息；

2)惯性导航模块400测量目标车辆的速度及姿态信息，并将信息传输给信息处理模块330；目标车辆上的天线模块320接收定位基站100发送的超宽带信号，并将信号传输至信息处理模块330；

3)信息处理模块(330)进行数据分析处理，进行目标车辆定位；

4)目标车辆上的车辆无线通信模块(310)将步骤3)得到的目标车辆的位置信息、速度信息、姿态信息及车牌号、车身尺寸及驾驶员信息发送至定位基站(100)；定位基站(100)将目标车辆的位置信息、速度信息、姿态信息、车牌号、车身尺寸、驾驶员信息等发送给交换机(200)；交换机(200)将接收到的所有信息发送给综合管理平台(500)；综合管理平台(500)根据收集到的信息，估算隧道内车辆的数量，并预估可能出现的交通拥堵情况，及时做好分流引导，避免隧道内的交通拥堵；当隧道内车辆的速度长时间不变时，发出预警，提醒工作人员查看隧道内信息，判断是否有交通事故发生。

8.根据权利要求7所述的一种隧道车辆定位方法，其特征在于：所述步骤3)具体方法包括：

3.1)信息处理模块(330)根据定位基站的位置，确定虚拟基站的位置，定位基站(100)关于两条隧道壁的对称点为两个虚拟基站的位置；

3.2)信息处理模块(330)采用基于ARIMA滤波器的SAGE算法估计直射路径和强反射路径的时延、到达角、离开角信息；

3.3)信息处理模块(330)根据步骤3.1)得到的定位基站(100)位置信息、虚拟基站的位置信息与步骤3.2)得到的路径的信息及周围车辆位置信息估计目标车辆的位置。

9.根据权利要求8所述的一种隧道车辆定位方法，其特征在于：根据所述步骤3.3)估计目标车辆的位置对目标车辆定位：具体包括

a.在测目标车辆与定位基站(100)之间为可视距，存在直射路径；求得在测目标车辆定位；

a1在测目标车辆接收到的来自隧道壁的反射路径的长度，与虚拟基站到在测目标车辆的距离相等；反射路径1的时延乘以光速可得到反射路径1的长度；同理，反射路径2的时延乘以光速可得到反射路径2的长度；同理还可以得到直射路径的长度；

a2以虚拟基站A为圆心，以反射路径1的长度为半径画圆，该圆为在测目标车辆的所有可能的位置；

a3以虚拟基站B为圆心，以反射路径2的长度为半径画圆，该圆也为在测目标车辆的所有可能的位置；

a4以定位基站(100)为圆心，以直射路径的长度为半径画圆，该圆也为在测目标车辆的所有可能的位置；

a5采用基于AOA/AOD/TOA的扩展卡尔曼滤波算法估计在测目标车辆的实际位置b.在测目标车辆与定位基站(100)之间有障碍物时，在测目标车辆与定位基站(100)之间不存在直射路径；其他目标车辆与定位基站(100)之间为可视距,求得在测目标车辆定位；

b.在测目标车辆与定位基站(100)之间有障碍物时，在测目标车辆与定位基站(100)之间不存在直射路径；其他目标车辆与定位基站(100)之间为可视距,求得在测目标车辆定位：

b1当在测目标车辆与定位基站(100)之间有其他障碍物，在测目标车辆与定位基站之间不存在直射路径I，当在测目标车辆能够接收到来自隧道壁的两条及以上强反射路径时，根据反射路径1、反射路径2的时延和到达角、离开角可估计得到在测目标车辆的位置；

b2当在测目标车辆只能接收到一条来自隧道壁的强反射路径时，结合来自其他目标车辆的反射路径3进行在测目标车辆的定位：基于定位基站(100)及其他目标车辆的位置信息，结合来自隧道壁的反射路径1或反射路径2的信息和来自其他目标车辆的反射路径3的信息，采用基于AOA/AOD/TOA的扩展卡尔曼滤波算法估计在测目标车辆的位置。