一種基于協(xié)同相對定位技術(shù)的車輛防碰撞方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及智能交通領(lǐng)域，尤其涉及一種基于協(xié)同相對定位技術(shù)的車輛防碰撞方法，包括：基于V2V網(wǎng)絡(luò)的定位信息測量與交換；基于偽距的增強(qiáng)相對定位方法；基于卡爾曼濾波的車輛自預(yù)測定位導(dǎo)航方法；基于相對距離的車輛防碰撞判斷機(jī)制；通過車輛V2V網(wǎng)絡(luò)傳輸鄰近車輛之間的信息，基于偽距或卡爾曼濾波計(jì)算車輛之間的相對距離，當(dāng)相對距離小于安全閾值時(shí)候觸發(fā)車輛的報(bào)警機(jī)制。本發(fā)明的有益效果在于：針對城市道路中的多徑傳輸現(xiàn)象，建立協(xié)同相對定位模型根據(jù)相關(guān)性剔除空間相關(guān)性低的衛(wèi)星信號，并在GPS信號中斷時(shí)使用卡爾曼濾波的方法預(yù)測車輛位置。通過協(xié)同相對定位方法，可以降低城市道路中交通事故的發(fā)生概率，提高預(yù)測準(zhǔn)確率。
【專利說明】一種基于協(xié)同相對定位技術(shù)的車輛防碰撞方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及智能交通領(lǐng)域，尤其涉及一種基于協(xié)同相對定位技術(shù)的車輛防碰撞方 法。

【背景技術(shù)】
[0002] GPS (Global Positioning System)全球定位系統(tǒng)是美國建立的一個(gè)全球衛(wèi)星導(dǎo) 航定位系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)高精度、全天候、實(shí)時(shí)的導(dǎo)航及測速。近年來GPS技術(shù)已廣泛應(yīng)用于測 繪遙感，航空航天，通訊，交通等各個(gè)領(lǐng)域，并深刻改變了人們的生活。
[0003] 基于GPS系統(tǒng)的定位信息分析應(yīng)用已逐步擴(kuò)展到智能交通系統(tǒng)ITS (Intelligent Transportation System)。在現(xiàn)代ITS系統(tǒng)中，可以使用定位信息來進(jìn)行車輛自動(dòng)導(dǎo)航以 及安全駕駛。根據(jù)衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的原理，GPS定位技術(shù)包括基于載波相位的位置估算 和基于偽距的位置估算，前者的定位雖然非常精確，但是存在整周模糊度的問題，后者雖然 精確度較低，但是具有較好的實(shí)時(shí)性。但在車載GPS接收衛(wèi)星信號時(shí)影響定位精確度的因 素包含如下幾個(gè)：GPS衛(wèi)星自身誤差（包括衛(wèi)星時(shí)鐘誤差，衛(wèi)星星歷誤差）、傳輸延時(shí)（包括 電離層延時(shí)和對流層延時(shí)）、車載GPS接收機(jī)誤差（包括接收機(jī)時(shí)鐘誤差、熱噪聲、以及地 面多徑時(shí)延等）。另外，在一個(gè)地基增強(qiáng)系統(tǒng)（GBAS, Ground-Based Augmentation System) 中，一個(gè)位于已知精確位置的參考基站可以向車輛廣播衛(wèi)星精確位置信息，車載GPS接收 機(jī)根據(jù)其自身接收到衛(wèi)星定位信號計(jì)算車輛與衛(wèi)星間的偽距后與廣播精確位置信息進(jìn)行 比較后再修正觀測數(shù)據(jù)，這種DGPS的方法可以有效降低相同的傳輸時(shí)延誤差和衛(wèi)星誤差。 但是，在城市道路兩旁存在建筑物，這意味著GPS衛(wèi)星與車輛之間的視線路徑可能被阻斷， 即車載GPS接收機(jī)只能接收到衛(wèi)星的反射信號。來源于不同建筑物的不同路徑反射信號構(gòu) 成了接收信號的多徑傳輸，其造成的誤差可能高達(dá)數(shù)十米，這無疑降低了絕對定位的精度。 對于DGPS系統(tǒng)而言，由于參考基準(zhǔn)站常常建立在開闊環(huán)境中，且鄰近車輛之間的接收信號 具有空間相關(guān)性故可以降低這種多徑傳輸?shù)恼`差。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明為克服上述的不足之處，目的在于提供一種通過道路鄰近車輛的相對位置 檢測及相對位置超過閾值的警告機(jī)制從而能夠減少城市車輛碰撞和車禍發(fā)生的車輛防碰 撞方法。
[0005] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案達(dá)到上述目的：一種基于協(xié)同相對定位技術(shù)的車輛防 碰撞方法，定位車輛上安裝有GPS發(fā)送/接收機(jī)，若干個(gè)在軌衛(wèi)星直接或間接定位車輛，包 括以下步驟：
[0006] 1)分析相對定位的第一車輛、第二車輛接收到的衛(wèi)星信息，確定第一車輛、第二車 輛的共用在軌衛(wèi)星，建立協(xié)同相對定位系統(tǒng)模型；
[0007] 2)第一車輛與第二車輛建立V2V網(wǎng)絡(luò)，通過共用在軌衛(wèi)星傳輸數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)包信 息包括：車輛識別ID、車輛目的地絕對定位坐標(biāo)、車輛三維速度、共用衛(wèi)星信噪比和共用衛(wèi) 星偽距；
[0008] 3)GPS信號穩(wěn)定時(shí)采用基于偽距的增強(qiáng)相對定位方法計(jì)算第一車輛、第二車輛之 間相對距離；
[0009] 4)GPS信號中斷時(shí)采用基于卡爾曼濾波的車輛自預(yù)測定位導(dǎo)航方法預(yù)測第一車 輛、第二車輛之間相對距離；
[0010] 5)根據(jù)步驟3)或步驟4)得到的相對距離進(jìn)行基于相對距離的車輛防碰撞判斷， 若相對距離小于或等于安全距離時(shí)，觸發(fā)車載報(bào)警器并觸發(fā)車輛緊急制動(dòng)機(jī)制。
[0011] 作為優(yōu)選，基于偽距的增強(qiáng)相對定位方法包括以下步驟：
[0012] (11)根據(jù)公式⑴計(jì)算定位車輛v與共用在軌衛(wèi)星s之間的偽距：
[0013]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于協(xié)同相對定位技術(shù)的車輛防碰撞方法，定位車輛上安裝有GPS發(fā)送/接收 機(jī)，若干個(gè)在軌衛(wèi)星直接或間接定位車輛，其特征在于包括以下步驟： 1) 分析相對定位的第一車輛、第二車輛接收到的衛(wèi)星信息，確定第一車輛、第二車輛的 共用在軌衛(wèi)星，建立協(xié)同相對定位系統(tǒng)模型； 2) 第一車輛與第二車輛建立V2V網(wǎng)絡(luò)，通過共用在軌衛(wèi)星傳輸數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)包信息包 括：車輛識別ID、車輛目的地絕對定位坐標(biāo)、車輛三維速度、共用衛(wèi)星信噪比和共用衛(wèi)星偽 距； 3. GPS信號穩(wěn)定時(shí)采用基于偽距的增強(qiáng)相對定位方法計(jì)算第一車輛、第二車輛之間相 對距離； 4. GPS信號中斷時(shí)采用基于卡爾曼濾波的車輛自預(yù)測定位導(dǎo)航方法預(yù)測第一車輛、第 二車輛之間相對距離； 5) 根據(jù)步驟3)或步驟4)得到的相對距離進(jìn)行基于相對距離的車輛防碰撞判斷，若相 對距離小于或等于安全距離時(shí)，觸發(fā)車載報(bào)警器并觸發(fā)車輛緊急制動(dòng)機(jī)制。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于協(xié)同相對定位技術(shù)的車輛防碰撞方法，其特征在 于，基于偽距的增強(qiáng)相對定位方法包括以下步驟： (11) 根據(jù)公式（1)計(jì)算定位車輛v與共用在軌衛(wèi)星s之間的偽距：
(1) 偽距進(jìn)行二次差分
<2); 其中，
表不電離層帶來的傳輸時(shí)延，
表不對流層帶來的傳輸時(shí)延，s表不光速， Δ tv表示定位車輛時(shí)鐘誤差，Λ t(s)表示衛(wèi)星時(shí)鐘誤差，
表示熱噪聲和多徑干涉的影響，
表示實(shí)際距離，a表示第一車輛，b表示第二車輛，k、j表示所有共用在軌衛(wèi)星； (12) 計(jì)算
I的值并與預(yù)設(shè)閾值進(jìn)行比較，當(dāng)計(jì)算值小于預(yù)設(shè)閾 值時(shí)，則判定相應(yīng)共用在軌衛(wèi)星與定位車輛有關(guān)聯(lián)性，保留關(guān)聯(lián)性高的共用在軌衛(wèi)星。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于協(xié)同相對定位技術(shù)的車輛防碰撞方法，其特征在 于，定位車輛a、b收到共用在軌衛(wèi)星j的直接傳輸信號，S卩
，則偽距二次差分結(jié) 果為
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于協(xié)同相對定位技術(shù)的車輛防碰撞方法，其特征在 于，基于卡爾曼濾波的車輛自預(yù)測定位導(dǎo)航方法包括以下步驟： (21) 確定狀態(tài)向量、誤差協(xié)方差矩陣的初值； (22) 預(yù)測下一時(shí)刻的狀態(tài)向量、誤差協(xié)方差矩陣值： (23) 狀態(tài)更新，下一時(shí)刻到來，使用接收到的定位信息預(yù)測偽距
并求得觀測矩 陣； (24) 使用誤差協(xié)方差矩陣，結(jié)合觀測矩陣計(jì)算濾波器的增益矩陣； (25) 計(jì)算車輛與共用衛(wèi)星的真實(shí)距離
的觀測值和預(yù)測值； (26)計(jì)算狀態(tài)向量和誤差協(xié)方差矩陣的估計(jì)值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于協(xié)同相對定位技術(shù)的車輛防碰撞方法，其特征在 于，所述基于相對距離的車輛防碰撞判斷包括：
其中，|va|表示車輛a的三維速度在方向向量上的映射，|vb|表示車輛b的三維速度 在方向向量上的映射，sa表不車輛a的加速度，Sb表不車輛b的加速度，t表不駕駛員的突 發(fā)交通事故反應(yīng)和處理的平均經(jīng)驗(yàn)時(shí)間； 當(dāng)車輛a和車輛b同向而行即兩車輛行駛方向向量夾角小于90°，則此時(shí)出現(xiàn)追尾事 故，
當(dāng)車輛a和車輛b相向而行即兩輛車行駛方向向量夾角大于90°，則此時(shí)出現(xiàn)前撞事 故，
當(dāng)車輛a和車輛b側(cè)向而行即兩輛車行駛方向向量夾角等于90°，則此時(shí)出現(xiàn)側(cè)撞事 故，
【文檔編號】G01S19/41GK104157167SQ201410430510
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月28日
【發(fā)明者】成華麗, 溫曉岳, 章步鎬, 吳越 申請人:銀江股份有限公司