[发明专利]基于无线车联物联网的车辆定位系统

摘要

本发明涉及基于无线车联物联网的车辆定位系统，其特征在于，包括车辆和若干设置在路边的路灯，各路灯中设存储路灯地理位置的存储器、信号调制器、第一扩频码发生器、扩频调制器、第一光电信号转换器和LED光源，LED光源中均匀地设置若干独立编号的方形LED发光晶格；LED发光晶格内设有黑光LED、蓝光LED、绿光LED和红光LED，车辆设中央处理器、速度检测器、GPS定位模块、光信号强度检测器、光信号接收器、第二光电信号转换器、扩频解调器、第二扩频码发生器、信号解调器、摄像头和显示屏。路灯地理位置经电信号转为光信号和多维彩码后，由中央处理器根据GPS定位信号、车辆速度和各路灯的光信号强度完成车辆最终定位。

主权项

基于无线车联物联网的车辆定位系统，其特征在于，包括车辆和若干设置在路边的路灯，其中：所述各路灯均包括微处理器以及分别连接微处理器的第一LTE通信模块、存储路灯地理位置数据的存储器、信号调制器、第一扩频码发生器、扩频调制器、第一光电信号转换器、LED光源、蓄电模块、光电转换器和太阳能电池；第一LTE通信模块与外网连接；第一扩频码发生器分别连接信号调制器和扩频调制器，扩频调制器连接第一光电信号转换器；LED光源上均匀地设置若干具有独立编号的方形LED发光晶格；每个LED发光晶格内均设置有黑光LED、蓝光LED、绿光LED和红光LED，黑光LED、蓝光LED、绿光LED和红光LED分别连接微处理器；蓄电模块连接光电转换器，LED光源分别连接蓄电模块和太阳能电池；其中，所述微处理器，读取存储器内保存的路灯地理位置数据，并将路灯地理位置数据分别转换为光信息和多维彩码信息，并命令LED发光晶格执行发光；所述信号调制器，用以将路灯地理位置数据进行信号调制，得到包含路灯地理位置信息的调制信号；所述第一扩频码发生器，用以产生扩频码序列，并发送扩频码序列给扩频调制器；所述扩频调制器，接收扩频码，以扩展包含路灯地理位置信息的调制信号频谱，得到扩频调制信号；所述第一光电信号转换器，根据微处理器的调制命令，将扩频调制信号由电信号转换为光信号；所述LED光源，在路灯地理位置数据转换为多维彩码信息后，根据微处理器分别对黑光LED、蓝光LED、绿光LED和红光LED发光或闭光命令，发出由不同颜色组成的多维彩码图像；所述车辆上设置有中央处理器以及分别连接中央处理器的第二LTE通信模块、速度检测器、GPS定位模块、光信号强度检测器、光信号接收器、滤噪器、信号比较器、第二光电信号转换器、扩频解调器、第二扩频码发生器、信号解调器、摄像头和显示屏；光信号接收器连接滤噪器，信号比较器连接滤噪器和第二光电信号转换器，扩频解调器分别连接第二光电信号转换器、第二扩频码发生器和信号解调器；GPS定位模块分别连接第二LTE通信模块和显示屏；显示屏连接摄像头；其中，所述速度检测器，检测车辆的当前速度，并发送速度数据给中央处理器处理；所述GPS定位模块，获取车辆的当前GPS位置数据和GPS信号强度，并发送获取的GPS位置数据和GPS信号强度值给中央处理器；所述光信号接收器，接收路灯发出的光信号，并发送给滤噪器处理；所述光信号强度检测器，用以分别检测附近各路灯发送来的光信号强度值，并发送给中央处理器；所述滤噪器，根据中央处理器的命令，对接收的光信号滤噪，然后发送给信号比较器作出判断：当光信号强度超过预设阈值时，则将判断结果发送给第二光电信号转换器启动光电转换；所述第二光电信号转换器，将接收的光信号转换为含有路灯地理位置的电信号，并发送给中央处理器；所述摄像头，读取路灯发出的多维彩码图像，并由中央处理器提取多维彩码图像中的路灯地理位置信息；所述中央处理器，根据接收的车辆速度数据、GPS位置数据、GPS信号强度值以及第二光电信号转换器发送的电信号进行融合计算，以获取车辆当前的定位数据；其中，中央处理器获取车辆当前的定位数据的过程依次包括如下步骤：(1)设获取的GPS定位数据为(xGPS,yGPS,zGPS)，GPS信号强度值为pGPS，GPS信号强度预设阈值为pGPS_door；各路灯分别为L1、L2、L3、L4、...、LN，L1、L2、L3、L4、...、LN的坐标分别为(x1,y1,z1)、(x2,y2,z2)、(x3,y3,z3)、(x4,y4,z4)、...、(xN,yN,zN)，在时间段T内接收到的光信号强度值分别为p11,p12,p13,…,p1M；p21,p22,p23,…,p2M；p31,p32,p33,…,p3M；…；pN1,pN2,pN3,…,pNM；车辆在t时刻的速度为vt，车辆的定位数据为(xR,yR,zR)，N≥4，M≥1，且M∈N+；(2)当GPS信号强度值pGPS高于GPS信号强度预设阈值pGPS_door时，则以获取的GPS定位数据(xGPS,yGPS,zGPS)为车辆最终的定位数据；否则，执行步骤(3)；(3)根据车辆的当前速度vt，判断当前速度vt低于预设速度阈值v'时，则以获取的GPS定位数据(x′GPS,y′GPS,z′GPS)为车辆最终的定位数据；否则，执行步骤(4)；(4)根据在时间段T内接收到的各路灯的光信号强度值，计算每个路灯发出的光信号强度值的信号强度均方根值pi：其中，pi表示路灯Li发出的光信号强度值的均方根值，pij表示路灯Li发出的某一个光信号强度值；(5)根据接收到的各路灯的光信号强度均方根值的降序序列p1、p2、p3、p4、...、pN，选取光信号强度均方根值大小位于前四位的值p1、p2、p3和p4；(6)根据接收的各路灯的光信号强度均方根值p1、p2、p3和p4，分别获取路灯L1、L2、L3和L4到车辆的距离d1、d2、d3和d4：其中，pi为路灯Li发出的光信号强度均方根值，n是路径损耗指数，ξ为满足高斯分布的随机数，di为路灯Li到车辆的距离，d0为参考距离，p0为距离车辆d0处的光信号强度值，δ为距离估计误差，且i＝1,2,3,4；(7)根据路灯L1、L2、L3和L4的坐标(x1,y1,z1)、(x2,y2,z2)、(x3,y3,z3)和(x4,y4,z4)，以及获取的距离d1、d2、d3和d4，计算车辆最终的定位数据(x,y,z)：(7‑1)以三个为一组，对路灯L1、L2、L3和L4进行分组，获得四组路灯组合：L1(x1,y1,z1)、L2(x2,y2,z2)和L3(x3,y3,z3)，L1(x1,y1,z1)、L2(x2,y2,z2)和L4(x4,y4,z4)，L1(x1,y1,z1)、L3(x3,y3,z3)和L4(x4,y4,z4)，L2(x2,y2,z2)、L3(x3,y3,z3)和L4(x4,y4,z4)；(7‑2)根据路灯L1、L2、L3和L4的坐标(x1,y1,z1)、(x2,y2,z2)、(x3,y3,z3)、(x4,y4,z4)及距离d1、d2、d3和d4，分别计算车辆的第一坐标(x′,y′,z′)、第二坐标(x″,y″,z″)、第三坐标(x″′,y″′,z″′)和第四坐标(x″″,y″″,z″″)以及各距离对应的权重系数ω1、ω2、ω3和ω4，其中，(7‑3)根据分别获取的车辆的第一坐标(x′,y′,z′)、第二坐标(x″,y″,z″)、第三坐标(x″′,y″′,z″′)和第四坐标(x″″,y″″,z″″)、以及各距离对应的权重系数，计算车辆最终的定位数据(x,y,z)；其中，x=d42·x′d12+d22+d32+d42+d32·x′′d12+d22+d32+d42+d22·x′′′d12+d22+d32+d42+d12·x′′′′d12+d22+d32+d42y=d42·y′d12+d22+d32+d42+d32·y′′d12+d22+d32+d42+d22·y′′′d12+d22+d32+d42+d12·y′′′′d12+d22+d32+d42z=d42·z′d12+d22+d32+d42+d32·z′′d12+d22+d32+d42+d22·z′′′d12+d22+d32+d42+d12·z′′′′d12+d22+d32+d42.]]>