专利名称：基于射频接收信号强度值的隧道内车辆的动态定位方法
技术领域：
基于射频接收信号强度值的隧道内车辆的动态定位方法，属于车辆导航定位领域。其目的在于在全球定位系统GPS信号受遮挡的隧道，利用基于射频接收信号强度值的车辆定位方法实现车辆的定位，解决隧道内车辆的实时、可靠的定位问题，具有成本低，实时性好，可靠性高，动态性好等优点。
背景技术：
随着经济的发展和社会的进步，车辆的保有量持续增加，随之出现的交通 问题也日趋明显，建设智能交通系统ITS已经成为世界公认的能从根本上解决交通问题的有效途径。车辆定位技术是智能交通系统的关键技术，怎样实时、可靠的进行车辆的动态定位成为当今车辆定位技术研究的重点。目前最常用的车辆导航定位系统是全球定位系统GPS，全球定位系统GPS能为动载体实时全天候地提供三维位置、速度和时间等信息，因而得到了广泛的应用，但它同时也存在着一定的缺陷，即它只有在无遮挡的户外环境才能提供准确、连续的导航定位，一旦GPS信号被隧道、立交桥、高楼等遮挡时，GPS信号受到严重干扰，无法实现准确、可靠的实时定位。为了弥补全球定位系统GPS的不足，近年来，另外的一些无线定位技术在国内外也受到高度重视和深入研究，如超声波定位技术、蓝牙技术、红外线技术、无线局域网定位技术、射频识别技术等。超声波定位技术利用超声波发射器发射超声波到被测物体，并接收由被测物体产生的回波，通过回波与发射波的时间差来推算被测物体的位置，这种方法可以在小距离范围内实现物体的准确定位，但随着距离的增加，超声波在空气中的衰减增加，定位精度降低，同时这种定位技术需要大量的基础设施支持，成本昂贵，不能广泛推广。蓝牙技术是一种短距离无线通信技术，将移动信息设备组成个人局域网，实现移动信息设备的无线互连通信，采用该技术作短距离定位时容易发现待定位设备且信号传输不受视距的影响，其不足在于对于复杂的空间环境，蓝牙系统的稳定性差，受噪声信号干扰大。红外线技术通过红外发射装置向红外接收装置发射红外射线进行定位，在直线传播和短距离范围内，定位精度高，但在非直线、多路径、长距离传播的定位范围内，定位精度降低，而且容易受其它光线的干扰，定位误差大，可靠性低。无线局域网定位技术是通过安装适量的无线基站，来获取待测对象的相关信息，同时结合基站的拓扑结构来最终确定待定位物体的位置。尽管这种网络结构易于建立，但维护困难，同时它要求相互通信的两节点之间不能被遮挡，使其运用受到了一定的限制。射频识别技术是一种非接触式的自动识别技术，它可以自动识别目标对象,可以工作于各种恶劣环境,这种定位技术定位精度高,传输范围大,成本低,技术成熟，同时由于其非接触和非视距等优点，在室内定位方面的应用较为广泛，但尚未运用在室外隧道内的定位。综上所述，全球定位系统GPS，以及所述的超声波定位技术、蓝牙技术、红外线技术、无线局域网定位技术等无线定位技术在定位精度、定位范围、可靠性、造价成本等方面仍然无法满足隧道内车辆实时、可靠的定位要求。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提出一种成本低、可靠性高、环境适应能力强且能进行实时定位的基于射频接收信号强度值的隧道内车辆的动态定位方法。本发明为实现上述目的，采用如下的技术方案基于射频接收信号强度值的隧道内车辆的动态定位方法，其特征在于根据事先拟合出的有源射频发射器到射频接收器之间的距离和射频接收器接收的接收信号强度值之 间的关系，结合有源射频发射器在隧道内的布局特点，利用平面上两点间的距离公式建立隧道内车辆的位置方程，并使用最小二乘法求解此位置方程，得到隧道内车辆的位置，从而实现车辆的定位，具体步骤包括步骤I)在隧道内布置有源射频发射器，在车辆上布置射频接收器在隧道壁体两侧无遮挡位置，每距离10-20米等间隔地布置有源射频发射器，以正东为ox指向，以正北为oy指向，原点为O，建立地理坐标系xoy，原点ο选取在地球表面的一个固定点上，得到地理坐标系xoy下的所有有源射频发射器的坐标，将射频接收器固定在行驶车辆的车顶，此时射频接收器在地理坐标系的位置坐标即被认为是车辆在地理坐标系中的位置坐标，并近似认为有源射频发射器和射频接收器处于同一平面上；步骤2)确定用于定位的定位发射器确定射频接收器接收的来自有源射频发射器于每个离散时刻k，k=l, 2，3，…，k为正整数，所发射频信号的四个最大的接收信号强度值所对应的四个有源射频发射器，并将所述四个有源射频发射器作为四个定位发射器，四个定位发射器在地理坐标系xoy中的坐标分别为(X1GO , J1 (k))、(X2 (k), J2 (k) )、Cx3 (k), y3 (k) )、(x4 (k), y4 (k)),且 X1 (k)、Y1 (k)、x2 (k)、y2(k)、x3(k)、y3(k)、x4(k)、y4(k)分别表示离散时刻k这四个定位发射器在地理坐标系中对应的坐标值,这些坐标值为已知；步骤3)拟合射频接收器与有源射频发射器之间的距离d和接收信号强度值I的曲线d = aeUI+cerI,其中，d表示射频接收器与有源射频发射器之间的距离，其单位为米，I表示射频接收器接收的来自相应有源射频发射器的接收信号强度值，无量纲，e为自然底数且e=2. 71828，a、U、C、r 分别表示相应的系数常量，a=171. 8，u=_l. 27，c=83. 05，r=-0. 05354 ；分别求得离散时刻k的射频接收器和四个定位发射器之间的距离(Mk)、d2(k)、d3(k)、 d4(k)cm = aeu_+ce 蝴⑴d2(k) = ae^k) +cerI^k)⑵d3{k) = aeul3{k) +cerh{k)(3)d4(k) = ae^m+ce''w⑷其中，(I1 (k)、d2(k)、dx(k)、d4(k)分别表示离散时刻k的射频接收器和四个定位发射器之间的距离，其单位为米，I1 (k)、i2(k)、i3(k)、i4(k)分别表示由射频接收器接收并得到的来自四个定位发射器的离散时刻k的接收信号强度值，无量纲，e为自然底数且e=2. 71828, a、u、c、r分别表示相应的系数常量,具体取值同上；步骤4)利用平面两点间距离公式，建立车辆位置方程组
权利要求
1.一种基于射频接收信号强度值的隧道内车辆的动态定位方法，其特征是根据事先拟合的射频接收器到有源射频发射器的距离和射频接收器接收的来自有源射频发射器的接收信号强度值之间的曲线关系，结合有源射频发射器在隧道内的布局特点，利用平面上两点间的距离公式建立隧道内车辆的位置方程，使用最小二乘法求解此位置方程，得到隧道内车辆的位置，从而实现车辆的定位，具体步骤包括 步骤I)在隧道内布置有源射频发射器，在车辆上布置射频接收器在隧道壁体两侧无遮挡位置，每距离10-20米等间隔地布置有源射频发射器，以正东为ox指向，以正北为oy指向，原点为O,建立地理坐标系xoy,原点ο选取在地球表面的一个固定点上，得到地理坐标系xoy下的所有有源射频发射器的坐标，将射频接收器固定在行驶车辆的车顶，此时射频接收器在地理坐标系的位置坐标即被认为是车辆在地理坐标系中的位置坐标，并近似认为有源射频发射器和射频接收器处于同一平面上； 步骤2)确定用于定位的定位发射器 确定射频接收器接收的来自有源射频发射器于每个离散时刻k，k=l, 2，3，…，k为正整数，所发射频信号的四个最大的接收信号强度值所对应的四个有源射频发射器，并将所述四个有源射频发射器作为四个定位发射器，四个定位发射器在地理坐标系xoy中的坐标分别为(X1GO , Y1 (k))、(x2 (k)，y2(k) )、Cx3 (k), y3 (k) )、(x4(k), y4 (k)),且 X1 (k) J1GO、x2(k)、y2(k)、x3(k)、y3(k)、x4(k)、y4(k)分别表示离散时刻k这四个定位发射器在地理坐标系中对应的坐标值，这些坐标值为已知； 步骤3)拟合射频接收器与有源射频发射器之间的距离d和接收信号强度值I的曲线 d = aeul+cerl,其中，d表示射频接收器与有源射频发射器之间的距离，其单位为米，I表示射频接收器接收的来自相应有源射频发射器的接收信号强度值，无量纲，e为自然底数且e=2. 71828，a、U、C、r 分别表示相应的系数常量，a=171. 8，u=_l. 27，c=83. 05，r=-0. 05354 ；分别求得离散时刻k的射频接收器和四个定位发射器之间的距离Cl1GO、d2(k)、d3(k)、d4(k) d2(k) = ael^-m +cerU-m(2) d3(k) = ae^ik) +cerhik)(3) d4(k) = aeliw+ce'.w⑷ 其中，Cl1 (k)、d2 (k)、d3 (k)、d4(k)分别表示离散时刻k的射频接收器和四个定位发射器之间的距离，其单位为米，I1 (k)、I2GO、I3GO、I4GO分别表示由射频接收器接收并得到的来自四个定位发射器的离散时刻k的接收信号强度值，无量纲，e为自然底数且e=2. 71828，a、U、c、r分别表示相应的系数常量，具体取值同上； 步骤4)利用平面两点间距离公式，建立车辆位置方程组
全文摘要
本发明公开了一种基于射频接收信号强度值的隧道内车辆的动态定位方法，在全球定位系统GPS因信号遮挡无法对车辆进行定位的情况下，利用基于射频接收信号强度值的定位算法来进行车辆的定位。根据事先拟合的射频接收器到有源射频发射器的距离和射频接收器接收的来自有源射频发射器的接收信号强度值之间的曲线关系，结合有源射频发射器在隧道内的布局特点，利用平面上两点间的距离公式建立隧道内车辆的位置方程，使用最小二乘法求解此位置方程，得到隧道内车辆的位置，从而实现车辆在隧道内实时、可靠的定位。
文档编号G01S5/02GK102879762SQ20121036647
公开日2013年1月16日 申请日期2012年9月27日 优先权日2012年9月27日
发明者李旭, 黄金凤, 陈伟 申请人:东南大学