一种基于超宽带无源射频标签的车辆定位方法
【专利摘要】本发明属于无线通信【技术领域】，涉及的是一种基于超宽带无源射频标签的车辆定位方法。主要分为七个步骤：1.在无车辆经过时超宽带射频标签RF-Tag不工作，而是进行卫星差分定位；当有车辆经过时，射频读卡器RF-Reader发射信号激活RF-Tag；2.RF-Tag向RF-Reader发射超宽带信号；3.计算出车载单位OBU与每个RF-Tag的距离di；4.根据距离di进行相对定位得到车辆的相对坐标L15.根据RF-Tag的经纬度和L1得到车辆当前的经纬度L；6.根据经纬度L及卫星定位实时信息得到差分信息D，并保存到OBU内存；7.在后续无RF-Tag的区域，使用差分信息D进行卫星差分定位。本发明可以适应高速公路特殊环境，实现车辆精确定位，为避免高速公路上车辆连环碰撞提供高精度的位置信息。
【专利说明】一种基于超宽带无源射频标签的车辆定位方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于无线通信【技术领域】，涉及的是一种基于超宽带无源射频标签的车辆定 位方法。
【背景技术】
[0002] 随着无线通信技术的发展，21世纪的世界将很快从网络时代进入无线互联时代。 新兴的无线网络技术，例如WiFi、WiMax、ZigBee、Ad hoc、BlueTooth和UWB等，在办公室、 家庭、工厂、公园等方面得到了广泛应用。
[0003] UWB (Ultra Wide Band，超宽带）无线通信技术是一种不用载波，采用小于纳秒时 长的不连续脉冲进行通信的一种无线通信技术。由于UWB使用小于纳秒时长的超短脉冲进 行通信，其信号功率被扩散在从〇到数十GHz的超宽频带范围内，这种独特的通信机制使其 与目前频域通信技术相比具有对信道衰落不敏感、发射功率低、与其它无线系统可以共存、 多径分辨能力强、抗干扰能力强、系统复杂度低、穿透能力强等优点，因而在全球范围内受 到广泛关注，特别是在精确测距和定位、短距离高速通信（100Mbps - lGbps)、雷达探测、防 侦听抗干扰保密通信等多个军用和民用领域均有广泛的应用前景。
[0004] 目前我国高速公路通车里程已超过美国跃居世界第一，高速公路上的交通事故较 以往也更为频繁。高速公路上车辆的行驶速度高、能量大、冲击强，一旦发生事故，一般为群 死群伤的恶性交通事故。因此，高速公路交通安全是交通行业主动安全领域急需解决的重 要问题。
[0005] 目前国内外高速公路交通安全的研究成果大都集中在后车根据测距、测速结果和 安全行驶模型实现的单车碰撞预警系统，无法实现多车的连环碰撞预警。如果只获得相邻 车辆的直视距离是无法解决车辆连环碰撞的，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 降低高速公路车祸尤其是连环追尾碰撞事故的发生率。
[0006] 但是现有的精确定位系统，例如RTK (Real-Time Kinematic，实时动态差分定位）、 CORS (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 适合在高速公路这样跨地区的、大量终端并存的、缺少供电的交通行业应用。
[0007] 如何获得车辆的精确位置信息是避免高速公路上车辆连环碰撞亟待解决的关键 问题之一。因此，本发明提出了一种基于超宽带无源射频标签的车辆定位方法。
【发明内容】
[0008] 鉴于目前传统的精确定位系统不适合应用在高速公路场景中，本发明提出了一种 应用在高速公路场景中一种基于超宽带无源射频标签的车辆定位方法，从而可以为避免高 速公路上车辆连环碰撞提供高精度的位置信息。
[0009] 本发明的技术方案如下：
[0010] 1. 一种基于超宽带无源射频标签的车辆定位方法，其特征在于〇BU(On-Board Unit,车载单元）设备中的RF_Reader(Radio Frequency Reader,射频读卡器）定时地 发送激活信号，如果高速公路路肩上的超宽带RF_Tag(Radio Frequency Tag,射频标 签）被激活则执行步骤1)进行基于UWB无源射频标签的定位，否则执行步骤2)使用 DGNSS(Differential Global Navigation Satellite System，差分全球卫星导航系统）进 行定位：
[0011] 1)基于UWB无源射频标签的定位
[0012] ① RF-Tag向RF-Reader发射UWB定位信号和数据帧，帧中包括道路信息、 RF-Reader之间的相对距离πιΜ+1和RF-Tag的精确经纬度坐标L。；
[0013] ②RF-Reader收到信号后，进行基于UWB的相对定位得到车辆的相对坐标Q，同时 提取RF-Tag的精确经纬度坐标U，进而根据U和U通过坐标变换计算得到车辆的经纬度 坐标L,计算方法为：
[0014] 0BU根据测得的高速公路路肩上多个RF-Tag发射的UWB射频信号的多普勒频移fi 以及车辆速度v，利用公式（1)?（4)计算出0BU与每个RF-Tag的距离φ
【权利要求】
1. 一种基于超宽带无源射频标签的车辆定位方法，其特征在于OBU(On-Board Unit，车 载单元）设备中的RF-Reader (Radio Frequency Reader,射频读卡器）定时地发送激活信 号，如果高速公路路肩上的超宽带RF_Tag(Radio Frequency Tag,射频标签）被激活则执行 步骤1)进行基于UWB (Ultra Wide Band，超宽带）无源射频标签的定位，否则执行步骤2) 使用 DGNSS (Differential Global Navigation Satellite System，差分全球卫星导航系 统）进行定位： 1)基于UWB无源射频标签的定位 ① RF-Tag向RF-Reader发射UWB定位信号和数据帧，帧中包括道路信息、RF-Reader之 间的相对距离πι Μ+1和RF-Tag的精确经纬度坐标L。； ② RF-Reader收到信号后，进行基于UWB的相对定位得到车辆的相对坐标Q，同时提取 RF-Tag的精确经纬度坐标U，进而根据U和U通过坐标变换计算得到车辆的经纬度坐标 L，计算方法为： 0BU根据测得的高速公路路肩上多个RF-Tag发射的UWB射频信号的多普勒频移&以 及车辆速度v，利用公式（1)?（4)计算出0BU与每个RF-Tag的距离φ
(1) (2) (3) (4) 根据得到的OBU与每个RF-Tag的距离φ和已知的每个RF-Tag的相对坐标％，Yi，ZJ， 利用公式（5)进行相对定位，得到车辆相对于RF-Tag的相对坐标U即（x，y，z)，
(5) 式中，N为路肩上该簇RF-Tag的数量，d为OBU到RF-Tag的垂直距离，屯为OBU到第 i个RF-Tag的直线距离，1?为第i个RF-Tag与0BU在路肩方向的水平距离，mi;i+1为相邻 的第i个RF-Tag与第i+Ι个RF-Tag的距离，v为车辆行驶速度，&为0BU测得的第i个 RF-Tag发射的UWB信号的多普勒频移，Θ i为0BU相对第i个RF-Tag的径向方向与行驶方 向的夹角，（X，y，z)是车辆即0BU目前相对于RF-Tag的相对坐标L1，％，Υρ Ζ)是已知的 第i个RF-Tag的相对坐标； ③ 检测此时是否能接收到GNSS(Global Navigation Satellite System，全球卫星导 航系统）信号，如果不能接收则本次定位结束，定位结果为经纬度坐标L，否则进行非差分 的GNSS定位得到经纬度坐标L' ； ④ 非差分定位结果L'与UWB射频标签定位结果L进行比对，得到卫星定位差分信息D ; ⑤ 将差分信息D保存到OBU内存以备在步骤2)中使用，此时本次定位结束，结果为经 纬度坐标L ; 2)基于DGNSS进行定位 从OBU内存中取出卫星定位差分信息D，进行DGNSS定位，得到车辆的经纬度坐标L ;
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于上述安装在路基上的超宽带RF-Tag是无源 的，而且是成簇安装的，每簇之间的距离不超过20公里，每簇最少安装4个RF-Tag，第一个 RF-Tag与最后一个RF-Tag的距离不超过UWB信号传播距离的2倍，约为150米；
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于在激活阶段RF-Reader不使用UWB，而采用 传统的UHF(Ultra High Frequency,超高频）向RF-Tag发送无线信号；当激活后，由RF-Tag 向RF-Reader发送的定位、通信信号时使用的是UWB信号。
【文档编号】G01S5/02GK104090264SQ201410348601
【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 , 张 浩, 李忠伟, 刘建航, 吴春雷, 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