[发明专利]一种基于超宽带无源射频标签的车辆定位方法

摘要

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。主要分为七个步骤：1.在无车辆经过时超宽带射频标签RF‑Tag不工作，而是进行卫星差分定位；当有车辆经过时，射频读卡器RF‑Reader发射信号激活RF‑Tag；2.RF‑Tag向RF‑Reader发射超宽带信号；3.计算出车载单位OBU与每个RF‑Tag的距离d_i；4.根据距离di进行相对定位得到车辆的相对坐标L₁5.根据RF‑Tag的经纬度和L₁得到车辆当前的经纬度L；6.根据经纬度L及卫星定位实时信息得到差分信息D，并保存到OBU内存；7.在后续无RF‑Tag的区域，使用差分信息D进行卫星差分定位。本发明可以适应高速公路特殊环境，实现车辆精确定位，为避免高速公路上车辆连环碰撞提供高精度的位置信息。

主权项

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UHF(Ultra High Frequency，超高频)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)RF‑Tag向RF‑Reader发送UWB(Ultra Wide Band，超宽带)定位、通信信号，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①路肩上无源的超宽带RF‑Tag是成簇安装的，每簇之间的距离不超过20公里，每簇最少安装4个RF‑Tag，第一个RF‑Tag与最后一个RF‑Tag的距离不超过UWB信号传播距离的2倍，约为150米；RF‑Tag向RF‑Reader发射UWB定位信号和数据帧，帧中包括道路信息、RF‑Tag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、车辆速度ν，以及已知的UWB发射信号的波长λ和RF‑Tag之间的相对距离m_i,i+1，利用公式(1)～(4)计算出OBU与每个RF‑Tag的距离d_i${\mathrm{cos\θ}}_i=\frac{m_i}{\sqrt{m_i^2+d^2}}---\left(1\right)$$f_i=\frac{2{\mathrm{vcos\θ}}_i}{\mathrm{\λ}}---\left(2\right)$m_i,i+1＝m_i+1‑m_i    (3)$d_i=\sqrt{m_i^2+d^2}---\left(4\right)$上述公式(1)、(2)、(4)中i的取值范围为1,2,3,…,N，公式(3)中i的取值范围为1,2,3,…,N‑1，根据得到的OBU与每个RF‑Tag的距离d_i和已知的每个RF‑Tag的相对坐标(X_i,Y_i,Z_i)，利用公式(5)进行相对定位，得到车辆相对于RF‑Tag的相对坐标L₁即(x,y,z)，$\left\{\begin{array}{c}\sqrt{{(X_1-x)}^2+{(Y_1-y)}^2+{(Z_1-z)}^2}\\ \sqrt{{(X_2-x)}^2+{(Y_2-y)}^2+{(Z_2-z)}^2}\\ \mathrm{......}\\ \sqrt{{(X_N-x)}^2+{(Y_N-y)}^2+{(Z_N-z)}^2}\end{array}\right\}=\left\{\begin{array}{c}{d}_1\\ d_2\\ ...\\ d_N\end{array}\right\}---\left(5\right)$式中，N为路肩上该簇RF‑Tag的数量，d为OBU到RF‑Tag的垂直距离，d_i为OBU到第i个RF‑Tag的直线距离，m_i为第i个RF‑Tag与OBU在路肩方向的水平距离，m_i,i+1为相邻的第i个RF‑Tag与第i+1个RF‑Tag的距离，ν为车辆行驶速度，f_i为OBU测得的第i个RF‑Tag发射的UWB信号的多普勒频移，θ_i为OBU相对第i个RF‑Tag的径向方向与行驶方向的夹角，(x,y,z)是车辆即OBU目前相对于RF‑Tag的相对坐标L₁，(X_i,Y_i,Z_i)是已知的第i个RF‑Tag的相对坐标；③检测此时是否能接收到GNSS(Global Navigation Satellite System，全球卫星导航系统)信号，如果不能接收则本次定位结束，定位结果为经纬度坐标L，否则进行非差分的GNSS定位得到经纬度坐标L’；④非差分定位结果L’与UWB射频标签定位结果L进行比对，得到卫星定位差分信息D；⑤将差分信息D保存到OBU内存以备在步骤2)中使用，此时本次定位结束，结果为经纬度坐标L；2)基于DGNSS进行定位从OBU内存中取出卫星定位差分信息D，进行DGNSS定位，得到车辆的经纬度坐标L。