一種車輛協(xié)同差分衛(wèi)星定位的方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于無線通信【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及的是一種車輛協(xié)同差分衛(wèi)星定位的方法。定位前需要對短距離無線通信或者衛(wèi)星通信狀況等進行判斷，根據(jù)不同的情況執(zhí)行不同的步驟：1.如果可以短距離無線定位則進行短距離無線定位、計算衛(wèi)星差分信息，以便在沒有路邊定位基站時能夠繼續(xù)差分衛(wèi)星定位；2.如果不能短距離無線定位而且OBU內(nèi)存差分信息沒有過期，則進行差分衛(wèi)星定位；3.如果不能短距離無線定位而且OBU內(nèi)存差分信息已經(jīng)過期，則繼續(xù)判斷：如果可以從鄰近車輛獲取衛(wèi)星差分信息則進行協(xié)同模式下的差分衛(wèi)星定位，否則進行非差分衛(wèi)星定位。本發(fā)明可以充分利用短距離高精度定位結(jié)果以及車-車通信，從而實現(xiàn)車輛協(xié)同模式下的差分衛(wèi)星定位。
【專利說明】一種車輛協(xié)同差分衛(wèi)星定位的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于無線通信【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及的是一種車輛協(xié)同差分衛(wèi)星定位的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 智能交通系統(tǒng)是未來交通系統(tǒng)的發(fā)展方向，它是將先進的導(dǎo)航定位技術(shù)、數(shù)據(jù)通 信技術(shù)、電子傳感技術(shù)等有效地集成，而建立的實時、準(zhǔn)確、高效的綜合交通運輸管理系統(tǒng)。 智能交通是《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020)》交通運輸業(yè)的六大重點領(lǐng) 域及其優(yōu)先發(fā)展主題之一，同時也是《交通運輸"十二五"發(fā)展規(guī)劃》中的五大重大科技研 發(fā)專項、六大科技成果推廣應(yīng)用重點領(lǐng)域之一。
[0003] 目前的車輛防碰撞系統(tǒng)僅僅是采用后車根據(jù)雷達信號測量與前車距離的簡單單 車防碰撞系統(tǒng)，只有獲得了遠(yuǎn)距離多輛車的精確位置信息，并根據(jù)相對車速、加速度、距離 等進行聯(lián)合判斷才有可能實現(xiàn)多車輛的連環(huán)碰撞預(yù)警，從而降低車禍發(fā)生率，尤其是連環(huán) 追尾碰撞事故的發(fā)生率。
[0004] 目前常用的定位技術(shù)有衛(wèi)星定位和短距離無線定位。
[0005] 衛(wèi)星定位：理想情況下雖然可以實現(xiàn)10米左右定位精度的廣域定位，但是由于信 號容易受到遮擋和多徑衰減等影響，所以在城市密集城區(qū)和室內(nèi)封閉空間無法保證可靠的 定位精度和可用性。衛(wèi)星定位又可用分為差分衛(wèi)星定位和非差分衛(wèi)星定位，前者利用已知 精確三維坐標(biāo)的差分GPS基準(zhǔn)臺，求得偽距修正量或位置修正量，再將這個修正量實時或 事后發(fā)送給用戶（GPS導(dǎo)航儀），對用戶的測量數(shù)據(jù)進行修正，以提高GPS定位精度。
[0006] 短距離無線定位：已有的基于UWB(Ultra Wide Band,超寬帶）、Wi-Fi、 WLAN(Wireless Local Area Networks，無線局域網(wǎng)）、紅外線、超聲波等無線電定位技術(shù) 雖然可以達到厘米、米級的高定位精度，但是只能局限于小范圍區(qū)域，所以不適合車輛的定 位。
[0007] 同時，現(xiàn)有的高精度定位系統(tǒng)，例如RTK(Real-Time Kinematic，實時動態(tài)差 分定位）、C0RS(Continuous Operational Reference System，連續(xù)運行參考系統(tǒng)）等 GNSS(Global Navigation Satellite System,全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)）定位，由于地域跨度小、 資費高等均不適合在車輛的高精度定位中。
[0008] 如何獲得車輛的高精度位置信息是避免車輛連環(huán)碰撞亟待解決的關(guān)鍵問題之一。 因此，本發(fā)明提出了一種融合上述短距離無線定位、衛(wèi)星定位、車輛協(xié)同定位的一種新穎的 車輛差分衛(wèi)星定位方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 鑒于目前傳統(tǒng)定位系統(tǒng)在實現(xiàn)車輛精確定位方面的不足，本發(fā)明提出了一種融合 短距離無線定位和衛(wèi)星定位系統(tǒng)的可以實現(xiàn)車輛協(xié)同差分衛(wèi)星定位的方法，從而可以為避 免車輛連環(huán)碰撞提供高精度的位置信息。
[0010] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下： toon] 一種車輛協(xié)同差分衛(wèi)星定位的方法，包括以下步驟：
[0012] 1)定位前進行條件判斷
[0013] (1)如果OBU (On Board Unit，車載單元）可以與路邊定位基站建立通信則進入步 驟2)，進行短距離無線定位；
[0014] (2)如果0BU無法與路邊定位基站建立通信，而且0BU內(nèi)存差分信息沒有過期，則 進入步驟3)進行差分衛(wèi)星定位；
[0015] (3)如果0BU無法與路邊定位基站建立通信，而且0BU內(nèi)存差分信息已經(jīng)過期，則 繼續(xù)判斷：如果可以從鄰近車輛獲取衛(wèi)星差分信息則進入步驟4)進行協(xié)同模式下的差分 衛(wèi)星定位，否則進入步驟5)進行非差分衛(wèi)星定位；
[0016] 2)短距離無線定位
[0017] (1)短距離無線定位：系統(tǒng)進行短距離無線定位，得到車輛相對于路邊定位基站 的相對坐標(biāo)U ;
[0018] (2)提取路邊定位基站的經(jīng)緯度信息：從路邊定位基站與0BU之間通信的數(shù)據(jù)幀 中，提取路邊定位基站的經(jīng)纟韋度坐標(biāo)；
[0019] (3)相對坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為經(jīng)緯度坐標(biāo)：0BU根據(jù)相對坐標(biāo)U，以及路邊定位基站的經(jīng)緯 度坐標(biāo)U進行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)果為車輛的經(jīng)緯度坐標(biāo)L ;
[0020] (4)非差分衛(wèi)星定位成功判斷：如果不成功則本次定位結(jié)束，其定位結(jié)果仍然為 經(jīng)緯度坐標(biāo)L ;若此次非差分定位成功，則繼續(xù)進行（5)，假設(shè)此時定位結(jié)果為經(jīng)緯度坐標(biāo) L，；
[0021] (5)得到衛(wèi)星差分信息：將L'與L進行比對，計算得到衛(wèi)星差分信息D ;
[0022] (6)差分信息保存至0BU的內(nèi)存：將差分信息D保存至0BU的內(nèi)存，以便在無法與 路邊定位基站進行通信時能夠進行差分衛(wèi)星定位，自此本次定位結(jié)束，定位結(jié)果為經(jīng)緯度 坐標(biāo)L ;
[0023] 3)差分衛(wèi)星定位
[0024] (1)差分信息：從0BU內(nèi)存中取得差分信息D ;
[0025] (2)差分衛(wèi)星定位：根據(jù)差分信息D進行差分衛(wèi)星定位，結(jié)果為經(jīng)緯度坐標(biāo)L，本次 定位結(jié)束；
[0026] 4)協(xié)同模式下的差分衛(wèi)星定位
[0027] (1)差分信息：從鄰近車輛中獲取衛(wèi)星差分信息D' ；
[0028] (2)差分衛(wèi)星定位：根據(jù)衛(wèi)星差分信息D'進行差分衛(wèi)星定位，結(jié)果為經(jīng)緯度坐標(biāo) L，本次定位結(jié)束；
[0029] 5)非差分衛(wèi)星定位
[0030] 該種情況下，因為沒有可用的衛(wèi)星差分信息，所以此時只能進行非差分衛(wèi)星定位， 結(jié)果為經(jīng)緯度坐標(biāo)L,本次定位結(jié)束。
[0031] 本發(fā)明可以充分利用短距離高精度定位結(jié)果，同時根據(jù)此高精度定位結(jié)果可以推 出衛(wèi)星定位差分信息，以便提高在沒有路邊定位基站信號的情況下衛(wèi)星定位的精度；該差 分信息可以通過車-車通信進行傳播，從而實現(xiàn)在差分信息過期而又沒有路邊定位基站的 情況下，可用從鄰近車輛獲取差分信息從而實現(xiàn)車輛的協(xié)同差分定位。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0032] 圖1為車輛協(xié)同差分衛(wèi)星定位場景示意圖；
[0033] 圖2為車輛協(xié)同差分衛(wèi)星定位工作流程圖。

【具體實施方式】
[0034] 以下結(jié)合圖例，對本發(fā)明進行詳細(xì)說明。
[0035] 如圖1所示，該發(fā)明中需要用到路邊定位基站和天空中的衛(wèi)星作為參考基站分別 進行短距離無線定位和衛(wèi)星定位，0BU是安裝在車輛中的定位終端，內(nèi)含衛(wèi)星信號接收模塊 用于進行衛(wèi)星定位；路邊基站信號收發(fā)模塊（可以是Wi-Fi、UWB等信號）用于進行短距離 無線定位以及與車輛之間的通信。
[0036] 短距離無線定位（UWB/Wi-Fi)的定位方法雖然可以實現(xiàn)米級（Wi-Fi)、甚至厘米 級（UWB)的精度定位，但是其傳輸距離受限不能實現(xiàn)廣域定位；衛(wèi)星定位系統(tǒng)雖然可以實 現(xiàn)廣域定位，但是其定位精度不高，而且容易受到遮擋、多徑等影響，在立交橋、林蔭道等無 法實現(xiàn)定位；本發(fā)明將二者進行融合，充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢、克服其缺點，從而可以實現(xiàn)高 精度、融合車輛定似。
[0037] 1)如圖2所示，定位前需要對短距離無線通信或者衛(wèi)星通信狀況等進行判斷，根 據(jù)不同的情況選擇不同的定位方法：
[0038] (1)如果0BU可以與路邊定位基站建立通信（即可以進行短距離無線定位）則進 入步驟2)，進行短距離無線定位，同時計算得到衛(wèi)星差分信息；
[0039] (2)如果0BU無法與路邊定位基站建立通信（即不可以進行短距離無線定位），而 且0BU內(nèi)存差分信息沒有過期，則進入步驟3)進行差分衛(wèi)星定位；0BU內(nèi)存差分信息有效 期一般為20公里；
[0040] (3)如果0BU無法與路邊定位基站建立通信（即不可以進行短距離無線定位），而 且0BU內(nèi)存差分信息已經(jīng)過期，則繼續(xù)判斷：如果可以從鄰近車輛獲取衛(wèi)星差分信息則進 入步驟4)進行協(xié)同模式下的差分衛(wèi)星定位，否則進入步驟5)進行非差分衛(wèi)星定位。
[0041] 2)短距離無線定位
[0042] (1)短距離無線定位：短距離無線定位時可以使用常用的無線定位方法，例如： TOA(Time of Arrival，到達時間）、TD0A(Time Difference Of Arrival，到達時間差）、 AOA(Angle Of Arrival,到達角度）或指紋定位方法等，實現(xiàn)高精度的短距離無線定位，得 到的是車輛相對于路邊定位基站的相對坐標(biāo)U，其定位精度可以達到厘米級；
[0043] (2)提取路邊定位基站的經(jīng)緯度信息：從路邊定位基站與0BU之間通信的數(shù)據(jù)幀 中，提取路邊定位基站的經(jīng)緯度坐標(biāo)u，U是安裝基站時預(yù)設(shè)在系統(tǒng)里的；
[0044] (3)相對坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為經(jīng)緯度坐標(biāo)：0BU根據(jù)相對坐標(biāo)U，以及路邊定位基站的經(jīng)緯 度坐標(biāo)U進行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)果為車輛的經(jīng)緯度坐標(biāo)L，此時系統(tǒng)的定位精度最高；
[0045] (4)非差分衛(wèi)星定位成功判斷：此時需要繼續(xù)進行一次非差分衛(wèi)星定位，如果不 成功則本次定位結(jié)束，其定位結(jié)果仍然為經(jīng)緯度坐標(biāo)L ;若此次非差分定位成功，則繼續(xù)進 行下一步推導(dǎo)衛(wèi)星差分信息，以便在距離定位基站距離遠(yuǎn)時能夠利用差分信息提高定位精 度，假定該次非差分衛(wèi)星定位結(jié)果為經(jīng)緯度坐標(biāo)L'（L'僅僅是為了計算衛(wèi)星差分信息，并不 作為本次車輛定位的最終結(jié)果）；
[0046] (5)得到衛(wèi)星差分信息：將L'與L進行比對，計算得到衛(wèi)星差分信息D ;
[0047] (6)差分信息保存至0BU的內(nèi)存：將差分信息D保存至0BU的內(nèi)存，以便在無法與 路邊定位基站進行通信時能夠進行差分衛(wèi)星定位，自此本次定位結(jié)束，其定位結(jié)果仍然為 經(jīng)緯度坐標(biāo)L，注意，在（4)中定位得到的結(jié)果僅僅是用于計算衛(wèi)星差分信息D，并不是作為 定位結(jié)果的。
[0048] 3)差分衛(wèi)星定位
[0049] (1)差分信息：從0BU內(nèi)存中取得差分信息D ;
[0050] (2)差分衛(wèi)星定位：根據(jù)差分信息D進行差分衛(wèi)星定位，結(jié)果為經(jīng)緯度坐標(biāo)L，自此 本次定位結(jié)束。
[0051] 4)協(xié)同模式下的差分衛(wèi)星定位
[0052] (1)差分信息：從鄰近車輛中獲取衛(wèi)星差分信息D' ；
[0053] (2)差分衛(wèi)星定位：根據(jù)衛(wèi)星差分信息D'進行差分衛(wèi)星定位，結(jié)果為經(jīng)緯度坐標(biāo) L，自此本次定位結(jié)束。
[0054] 5)非差分衛(wèi)星定位
[0055] 該種情況下，因為沒有可用的衛(wèi)星差分信息，所以此時只能進行非差分衛(wèi)星定位， 結(jié)果為經(jīng)緯度坐標(biāo)L，自此本次定位結(jié)束。
【權(quán)利要求】
1. 一種車輛協(xié)同差分衛(wèi)星定位的方法，其特征在于，包括以下步驟： 1) 定位前進行條件判斷 (1) 如果0BU(0n Board Unit,車載單元）可以與路邊定位基站建立通信則進入步驟 2)，進行短距離無線定位； (2) 如果0BU無法與路邊定位基站建立通信，而且0BU內(nèi)存差分信息沒有過期，則進入 步驟3)進行差分衛(wèi)星定位； (3) 如果0BU無法與路邊定位基站建立通信，而且0BU內(nèi)存差分信息已經(jīng)過期，則繼續(xù) 判斷：如果可以從鄰近車輛獲取衛(wèi)星差分信息則進入步驟4)進行協(xié)同模式下的差分衛(wèi)星 定位，否則進入步驟5)進行非差分衛(wèi)星定位； 2) 短距離無線定位 (1) 短距離無線定位：系統(tǒng)進行短距離無線定位，得到車輛相對于路邊定位基站的相 對坐標(biāo)U ; (2) 提取路邊定位基站的經(jīng)緯度信息：從路邊定位基站與0BU之間通信的數(shù)據(jù)幀中，提 取路邊定位基站的經(jīng)纟韋度坐標(biāo)U ; (3) 相對坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為經(jīng)緯度坐標(biāo)：0BU根據(jù)相對坐標(biāo)U，以及路邊定位基站的經(jīng)緯度坐 標(biāo)U進行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)果為車輛的經(jīng)緯度坐標(biāo)L ; (4) 非差分衛(wèi)星定位成功判斷：如果不成功則本次定位結(jié)束，其定位結(jié)果仍然為經(jīng)緯 度坐標(biāo)L;若此次非差分定位成功，則繼續(xù)進行（5)，假設(shè)此時定位結(jié)果為經(jīng)緯度坐標(biāo)L' ； (5) 得到衛(wèi)星差分信息：將L'與L進行比對，計算得到衛(wèi)星差分信息D ; (6) 差分信息保存至0BU的內(nèi)存：將差分信息D保存至0BU的內(nèi)存，本次定位結(jié)束，定 位結(jié)果為經(jīng)緯度坐標(biāo)L ; 3) 差分衛(wèi)星定位 (1) 差分信息：從0BU內(nèi)存中取得差分信息D ; (2) 差分衛(wèi)星定位：根據(jù)差分信息D進行差分衛(wèi)星定位，結(jié)果為經(jīng)緯度坐標(biāo)L，本次定位 結(jié)束； 4) 協(xié)同模式下的差分衛(wèi)星定位 (1) 差分信息：從鄰近車輛中獲取衛(wèi)星差分信息D' ； (2) 差分衛(wèi)星定位：根據(jù)衛(wèi)星差分信息D'進行差分衛(wèi)星定位，結(jié)果為經(jīng)緯度坐標(biāo)L，本 次定位結(jié)束； 5) 非差分衛(wèi)星定位 進行非差分衛(wèi)星定位，結(jié)果為經(jīng)緯度坐標(biāo)L，本次定位結(jié)束。
【文檔編號】G01S19/46GK104090287SQ201410348366
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月22日
【發(fā)明者】崔學(xué)榮, 李娟 , 李忠偉, 張 浩, 吳春雷, 劉建航, 葉興根 申請人:中國石油大學(xué)(華東), 北京中斗科技股份有限公司