一种车辆协同差分卫星定位的方法
【专利摘要】本发明属于无线通信【技术领域】，涉及的是一种车辆协同差分卫星定位的方法。定位前需要对短距离无线通信或者卫星通信状况等进行判断，根据不同的情况执行不同的步骤：1.如果可以短距离无线定位则进行短距离无线定位、计算卫星差分信息，以便在没有路边定位基站时能够继续差分卫星定位；2.如果不能短距离无线定位而且OBU内存差分信息没有过期，则进行差分卫星定位；3.如果不能短距离无线定位而且OBU内存差分信息已经过期，则继续判断：如果可以从邻近车辆获取卫星差分信息则进行协同模式下的差分卫星定位，否则进行非差分卫星定位。本发明可以充分利用短距离高精度定位结果以及车-车通信，从而实现车辆协同模式下的差分卫星定位。
【专利说明】一种车辆协同差分卫星定位的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于无线通信【技术领域】，涉及的是一种车辆协同差分卫星定位的方法。
【背景技术】
[0002] 智能交通系统是未来交通系统的发展方向，它是将先进的导航定位技术、数据通 信技术、电子传感技术等有效地集成，而建立的实时、准确、高效的综合交通运输管理系统。 智能交通是《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020)》交通运输业的六大重点领 域及其优先发展主题之一，同时也是《交通运输"十二五"发展规划》中的五大重大科技研 发专项、六大科技成果推广应用重点领域之一。
[0003] 目前的车辆防碰撞系统仅仅是采用后车根据雷达信号测量与前车距离的简单单 车防碰撞系统，只有获得了远距离多辆车的精确位置信息，并根据相对车速、加速度、距离 等进行联合判断才有可能实现多车辆的连环碰撞预警，从而降低车祸发生率，尤其是连环 追尾碰撞事故的发生率。
[0004] 目前常用的定位技术有卫星定位和短距离无线定位。
[0005] 卫星定位：理想情况下虽然可以实现10米左右定位精度的广域定位，但是由于信 号容易受到遮挡和多径衰减等影响，所以在城市密集城区和室内封闭空间无法保证可靠的 定位精度和可用性。卫星定位又可用分为差分卫星定位和非差分卫星定位，前者利用已知 精确三维坐标的差分GPS基准台，求得伪距修正量或位置修正量，再将这个修正量实时或 事后发送给用户（GPS导航仪），对用户的测量数据进行修正，以提高GPS定位精度。
[0006] 短距离无线定位：已有的基于UWB(Ultra Wide Band,超宽带）、Wi-Fi、 WLAN(Wireless Local Area Networks，无线局域网）、红外线、超声波等无线电定位技术 虽然可以达到厘米、米级的高定位精度，但是只能局限于小范围区域，所以不适合车辆的定 位。
[0007] 同时，现有的高精度定位系统，例如RTK(Real-Time Kinematic，实时动态差 分定位）、C0RS(Continuous Operational Reference System，连续运行参考系统）等 GNSS(Global Navigation Satellite System,全球卫星导航系统）定位，由于地域跨度小、 资费高等均不适合在车辆的高精度定位中。
[0008] 如何获得车辆的高精度位置信息是避免车辆连环碰撞亟待解决的关键问题之一。 因此，本发明提出了一种融合上述短距离无线定位、卫星定位、车辆协同定位的一种新颖的 车辆差分卫星定位方法。
【发明内容】
[0009] 鉴于目前传统定位系统在实现车辆精确定位方面的不足，本发明提出了一种融合 短距离无线定位和卫星定位系统的可以实现车辆协同差分卫星定位的方法，从而可以为避 免车辆连环碰撞提供高精度的位置信息。
[0010] 本发明的技术方案如下： toon] 一种车辆协同差分卫星定位的方法，包括以下步骤：
[0012] 1)定位前进行条件判断
[0013] (1)如果OBU (On Board Unit，车载单元）可以与路边定位基站建立通信则进入步 骤2)，进行短距离无线定位；
[0014] (2)如果0BU无法与路边定位基站建立通信，而且0BU内存差分信息没有过期，则 进入步骤3)进行差分卫星定位；
[0015] (3)如果0BU无法与路边定位基站建立通信，而且0BU内存差分信息已经过期，则 继续判断：如果可以从邻近车辆获取卫星差分信息则进入步骤4)进行协同模式下的差分 卫星定位，否则进入步骤5)进行非差分卫星定位；
[0016] 2)短距离无线定位
[0017] (1)短距离无线定位：系统进行短距离无线定位，得到车辆相对于路边定位基站 的相对坐标U ;
[0018] (2)提取路边定位基站的经纬度信息：从路边定位基站与0BU之间通信的数据帧 中，提取路边定位基站的经纟韦度坐标；
[0019] (3)相对坐标转换为经纬度坐标：0BU根据相对坐标U，以及路边定位基站的经纬 度坐标U进行坐标转换，转换结果为车辆的经纬度坐标L ;
[0020] (4)非差分卫星定位成功判断：如果不成功则本次定位结束，其定位结果仍然为 经纬度坐标L ;若此次非差分定位成功，则继续进行（5)，假设此时定位结果为经纬度坐标 L，；
[0021] (5)得到卫星差分信息：将L'与L进行比对，计算得到卫星差分信息D ;
[0022] (6)差分信息保存至0BU的内存：将差分信息D保存至0BU的内存，以便在无法与 路边定位基站进行通信时能够进行差分卫星定位，自此本次定位结束，定位结果为经纬度 坐标L ;
[0023] 3)差分卫星定位
[0024] (1)差分信息：从0BU内存中取得差分信息D ;
[0025] (2)差分卫星定位：根据差分信息D进行差分卫星定位，结果为经纬度坐标L，本次 定位结束；
[0026] 4)协同模式下的差分卫星定位
[0027] (1)差分信息：从邻近车辆中获取卫星差分信息D' ；
[0028] (2)差分卫星定位：根据卫星差分信息D'进行差分卫星定位，结果为经纬度坐标 L，本次定位结束；
[0029] 5)非差分卫星定位
[0030] 该种情况下，因为没有可用的卫星差分信息，所以此时只能进行非差分卫星定位， 结果为经纬度坐标L,本次定位结束。
[0031] 本发明可以充分利用短距离高精度定位结果，同时根据此高精度定位结果可以推 出卫星定位差分信息，以便提高在没有路边定位基站信号的情况下卫星定位的精度；该差 分信息可以通过车-车通信进行传播，从而实现在差分信息过期而又没有路边定位基站的 情况下，可用从邻近车辆获取差分信息从而实现车辆的协同差分定位。
【专利附图】
【附图说明】
[0032] 图1为车辆协同差分卫星定位场景示意图；
[0033] 图2为车辆协同差分卫星定位工作流程图。
【具体实施方式】
[0034] 以下结合图例，对本发明进行详细说明。
[0035] 如图1所示，该发明中需要用到路边定位基站和天空中的卫星作为参考基站分别 进行短距离无线定位和卫星定位，0BU是安装在车辆中的定位终端，内含卫星信号接收模块 用于进行卫星定位；路边基站信号收发模块（可以是Wi-Fi、UWB等信号）用于进行短距离 无线定位以及与车辆之间的通信。
[0036] 短距离无线定位（UWB/Wi-Fi)的定位方法虽然可以实现米级（Wi-Fi)、甚至厘米 级（UWB)的精度定位，但是其传输距离受限不能实现广域定位；卫星定位系统虽然可以实 现广域定位，但是其定位精度不高，而且容易受到遮挡、多径等影响，在立交桥、林荫道等无 法实现定位；本发明将二者进行融合，充分发挥各自的优势、克服其缺点，从而可以实现高 精度、融合车辆定似。
[0037] 1)如图2所示，定位前需要对短距离无线通信或者卫星通信状况等进行判断，根 据不同的情况选择不同的定位方法：
[0038] (1)如果0BU可以与路边定位基站建立通信（即可以进行短距离无线定位）则进 入步骤2)，进行短距离无线定位，同时计算得到卫星差分信息；
[0039] (2)如果0BU无法与路边定位基站建立通信（即不可以进行短距离无线定位），而 且0BU内存差分信息没有过期，则进入步骤3)进行差分卫星定位；0BU内存差分信息有效 期一般为20公里；
[0040] (3)如果0BU无法与路边定位基站建立通信（即不可以进行短距离无线定位），而 且0BU内存差分信息已经过期，则继续判断：如果可以从邻近车辆获取卫星差分信息则进 入步骤4)进行协同模式下的差分卫星定位，否则进入步骤5)进行非差分卫星定位。
[0041] 2)短距离无线定位
[0042] (1)短距离无线定位：短距离无线定位时可以使用常用的无线定位方法，例如： TOA(Time of Arrival，到达时间）、TD0A(Time Difference Of Arrival，到达时间差）、 AOA(Angle Of Arrival,到达角度）或指纹定位方法等，实现高精度的短距离无线定位，得 到的是车辆相对于路边定位基站的相对坐标U，其定位精度可以达到厘米级；
[0043] (2)提取路边定位基站的经纬度信息：从路边定位基站与0BU之间通信的数据帧 中，提取路边定位基站的经纬度坐标u，U是安装基站时预设在系统里的；
[0044] (3)相对坐标转换为经纬度坐标：0BU根据相对坐标U，以及路边定位基站的经纬 度坐标U进行坐标转换，转换结果为车辆的经纬度坐标L，此时系统的定位精度最高；
[0045] (4)非差分卫星定位成功判断：此时需要继续进行一次非差分卫星定位，如果不 成功则本次定位结束，其定位结果仍然为经纬度坐标L ;若此次非差分定位成功，则继续进 行下一步推导卫星差分信息，以便在距离定位基站距离远时能够利用差分信息提高定位精 度，假定该次非差分卫星定位结果为经纬度坐标L'（L'仅仅是为了计算卫星差分信息，并不 作为本次车辆定位的最终结果）；
[0046] (5)得到卫星差分信息：将L'与L进行比对，计算得到卫星差分信息D ;
[0047] (6)差分信息保存至0BU的内存：将差分信息D保存至0BU的内存，以便在无法与 路边定位基站进行通信时能够进行差分卫星定位，自此本次定位结束，其定位结果仍然为 经纬度坐标L，注意，在（4)中定位得到的结果仅仅是用于计算卫星差分信息D，并不是作为 定位结果的。
[0048] 3)差分卫星定位
[0049] (1)差分信息：从0BU内存中取得差分信息D ;
[0050] (2)差分卫星定位：根据差分信息D进行差分卫星定位，结果为经纬度坐标L，自此 本次定位结束。
[0051] 4)协同模式下的差分卫星定位
[0052] (1)差分信息：从邻近车辆中获取卫星差分信息D' ；
[0053] (2)差分卫星定位：根据卫星差分信息D'进行差分卫星定位，结果为经纬度坐标 L，自此本次定位结束。
[0054] 5)非差分卫星定位
[0055] 该种情况下，因为没有可用的卫星差分信息，所以此时只能进行非差分卫星定位， 结果为经纬度坐标L，自此本次定位结束。
【权利要求】
1. 一种车辆协同差分卫星定位的方法，其特征在于，包括以下步骤： 1) 定位前进行条件判断 (1) 如果0BU(0n Board Unit,车载单元）可以与路边定位基站建立通信则进入步骤 2)，进行短距离无线定位； (2) 如果0BU无法与路边定位基站建立通信，而且0BU内存差分信息没有过期，则进入 步骤3)进行差分卫星定位； (3) 如果0BU无法与路边定位基站建立通信，而且0BU内存差分信息已经过期，则继续 判断：如果可以从邻近车辆获取卫星差分信息则进入步骤4)进行协同模式下的差分卫星 定位，否则进入步骤5)进行非差分卫星定位； 2) 短距离无线定位 (1) 短距离无线定位：系统进行短距离无线定位，得到车辆相对于路边定位基站的相 对坐标U ; (2) 提取路边定位基站的经纬度信息：从路边定位基站与0BU之间通信的数据帧中，提 取路边定位基站的经纟韦度坐标U ; (3) 相对坐标转换为经纬度坐标：0BU根据相对坐标U，以及路边定位基站的经纬度坐 标U进行坐标转换，转换结果为车辆的经纬度坐标L ; (4) 非差分卫星定位成功判断：如果不成功则本次定位结束，其定位结果仍然为经纬 度坐标L;若此次非差分定位成功，则继续进行（5)，假设此时定位结果为经纬度坐标L' ； (5) 得到卫星差分信息：将L'与L进行比对，计算得到卫星差分信息D ; (6) 差分信息保存至0BU的内存：将差分信息D保存至0BU的内存，本次定位结束，定 位结果为经纬度坐标L ; 3) 差分卫星定位 (1) 差分信息：从0BU内存中取得差分信息D ; (2) 差分卫星定位：根据差分信息D进行差分卫星定位，结果为经纬度坐标L，本次定位 结束； 4) 协同模式下的差分卫星定位 (1) 差分信息：从邻近车辆中获取卫星差分信息D' ； (2) 差分卫星定位：根据卫星差分信息D'进行差分卫星定位，结果为经纬度坐标L，本 次定位结束； 5) 非差分卫星定位 进行非差分卫星定位，结果为经纬度坐标L，本次定位结束。
【文档编号】G01S19/46GK104090287SQ201410348366
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年7月22日 优先权日:2014年7月22日
【发明者】崔学荣, 李娟 , 李忠伟, 张 浩, 吴春雷, 刘建航, 叶兴根 申请人:中国石油大学(华东), 北京中斗科技股份有限公司