專利名稱：基于射頻接收信號強度值的隧道內車輛的動態定位方法
技術領域：
基于射頻接收信號強度值的隧道內車輛的動態定位方法，屬于車輛導航定位領域。其目的在于在全球定位系統GPS信號受遮擋的隧道，利用基于射頻接收信號強度值的車輛定位方法實現車輛的定位，解決隧道內車輛的實時、可靠的定位問題，具有成本低，實時性好，可靠性高，動態性好等優點。
背景技術：
隨著經濟的發展和社會的進步，車輛的保有量持續增加，隨之出現的交通 問題也日趨明顯，建設智能交通系統ITS已經成為世界公認的能從根本上解決交通問題的有效途徑。車輛定位技術是智能交通系統的關鍵技術，怎樣實時、可靠的進行車輛的動態定位成為當今車輛定位技術研究的重點。目前最常用的車輛導航定位系統是全球定位系統GPS，全球定位系統GPS能為動載體實時全天候地提供三維位置、速度和時間等信息，因而得到了廣泛的應用，但它同時也存在著一定的缺陷，即它只有在無遮擋的戶外環境才能提供準確、連續的導航定位，一旦GPS信號被隧道、立交橋、高樓等遮擋時，GPS信號受到嚴重干擾，無法實現準確、可靠的實時定位。為了彌補全球定位系統GPS的不足，近年來，另外的一些無線定位技術在國內外也受到高度重視和深入研究，如超聲波定位技術、藍牙技術、紅外線技術、無線局域網定位技術、射頻識別技術等。超聲波定位技術利用超聲波發射器發射超聲波到被測物體，并接收由被測物體產生的回波，通過回波與發射波的時間差來推算被測物體的位置，這種方法可以在小距離范圍內實現物體的準確定位，但隨著距離的增加，超聲波在空氣中的衰減增加，定位精度降低，同時這種定位技術需要大量的基礎設施支持，成本昂貴，不能廣泛推廣。藍牙技術是一種短距離無線通信技術，將移動信息設備組成個人局域網，實現移動信息設備的無線互連通信，采用該技術作短距離定位時容易發現待定位設備且信號傳輸不受視距的影響，其不足在于對于復雜的空間環境，藍牙系統的穩定性差，受噪聲信號干擾大。紅外線技術通過紅外發射裝置向紅外接收裝置發射紅外射線進行定位，在直線傳播和短距離范圍內，定位精度高，但在非直線、多路徑、長距離傳播的定位范圍內，定位精度降低，而且容易受其它光線的干擾，定位誤差大，可靠性低。無線局域網定位技術是通過安裝適量的無線基站，來獲取待測對象的相關信息，同時結合基站的拓撲結構來最終確定待定位物體的位置。盡管這種網絡結構易于建立，但維護困難，同時它要求相互通信的兩節點之間不能被遮擋，使其運用受到了一定的限制。射頻識別技術是一種非接觸式的自動識別技術，它可以自動識別目標對象,可以工作于各種惡劣環境,這種定位技術定位精度高,傳輸范圍大,成本低,技術成熟，同時由于其非接觸和非視距等優點，在室內定位方面的應用較為廣泛，但尚未運用在室外隧道內的定位。綜上所述，全球定位系統GPS，以及所述的超聲波定位技術、藍牙技術、紅外線技術、無線局域網定位技術等無線定位技術在定位精度、定位范圍、可靠性、造價成本等方面仍然無法滿足隧道內車輛實時、可靠的定位要求。

發明內容
本發明的目的是克服現有技術的不足，提出一種成本低、可靠性高、環境適應能力強且能進行實時定位的基于射頻接收信號強度值的隧道內車輛的動態定位方法。本發明為實現上述目的，采用如下的技術方案基于射頻接收信號強度值的隧道內車輛的動態定位方法，其特征在于根據事先擬合出的有源射頻發射器到射頻接收器之間的距離和射頻接收器接收的接收信號強度值之 間的關系，結合有源射頻發射器在隧道內的布局特點，利用平面上兩點間的距離公式建立隧道內車輛的位置方程，并使用最小二乘法求解此位置方程，得到隧道內車輛的位置，從而實現車輛的定位，具體步驟包括步驟I)在隧道內布置有源射頻發射器，在車輛上布置射頻接收器在隧道壁體兩側無遮擋位置，每距離10-20米等間隔地布置有源射頻發射器，以正東為ox指向，以正北為oy指向，原點為O，建立地理坐標系xoy，原點ο選取在地球表面的一個固定點上，得到地理坐標系xoy下的所有有源射頻發射器的坐標，將射頻接收器固定在行駛車輛的車頂，此時射頻接收器在地理坐標系的位置坐標即被認為是車輛在地理坐標系中的位置坐標，并近似認為有源射頻發射器和射頻接收器處于同一平面上；步驟2)確定用于定位的定位發射器確定射頻接收器接收的來自有源射頻發射器于每個離散時刻k，k=l, 2，3，…，k為正整數，所發射頻信號的四個最大的接收信號強度值所對應的四個有源射頻發射器，并將所述四個有源射頻發射器作為四個定位發射器，四個定位發射器在地理坐標系xoy中的坐標分別為(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)分別表示離散時刻k這四個定位發射器在地理坐標系中對應的坐標值,這些坐標值為已知；步驟3)擬合射頻接收器與有源射頻發射器之間的距離d和接收信號強度值I的曲線d = aeUI+cerI,其中，d表示射頻接收器與有源射頻發射器之間的距離，其單位為米，I表示射頻接收器接收的來自相應有源射頻發射器的接收信號強度值，無量綱，e為自然底數且e=2. 71828，a、U、C、r 分別表示相應的系數常量，a=171. 8，u=_l. 27，c=83. 05，r=-0. 05354 ；分別求得離散時刻k的射頻接收器和四個定位發射器之間的距離(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)分別表示離散時刻k的射頻接收器和四個定位發射器之間的距離，其單位為米，I1 (k)、i2(k)、i3(k)、i4(k)分別表示由射頻接收器接收并得到的來自四個定位發射器的離散時刻k的接收信號強度值，無量綱，e為自然底數且e=2. 71828, a、u、c、r分別表示相應的系數常量,具體取值同上；步驟4)利用平面兩點間距離公式，建立車輛位置方程組
權利要求
1.一種基于射頻接收信號強度值的隧道內車輛的動態定位方法，其特征是根據事先擬合的射頻接收器到有源射頻發射器的距離和射頻接收器接收的來自有源射頻發射器的接收信號強度值之間的曲線關系，結合有源射頻發射器在隧道內的布局特點，利用平面上兩點間的距離公式建立隧道內車輛的位置方程，使用最小二乘法求解此位置方程，得到隧道內車輛的位置，從而實現車輛的定位，具體步驟包括 步驟I)在隧道內布置有源射頻發射器，在車輛上布置射頻接收器在隧道壁體兩側無遮擋位置，每距離10-20米等間隔地布置有源射頻發射器，以正東為ox指向，以正北為oy指向，原點為O,建立地理坐標系xoy,原點ο選取在地球表面的一個固定點上，得到地理坐標系xoy下的所有有源射頻發射器的坐標，將射頻接收器固定在行駛車輛的車頂，此時射頻接收器在地理坐標系的位置坐標即被認為是車輛在地理坐標系中的位置坐標，并近似認為有源射頻發射器和射頻接收器處于同一平面上； 步驟2)確定用于定位的定位發射器 確定射頻接收器接收的來自有源射頻發射器于每個離散時刻k，k=l, 2，3，…，k為正整數，所發射頻信號的四個最大的接收信號強度值所對應的四個有源射頻發射器，并將所述四個有源射頻發射器作為四個定位發射器，四個定位發射器在地理坐標系xoy中的坐標分別為(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)分別表示離散時刻k這四個定位發射器在地理坐標系中對應的坐標值，這些坐標值為已知； 步驟3)擬合射頻接收器與有源射頻發射器之間的距離d和接收信號強度值I的曲線 d = aeul+cerl,其中，d表示射頻接收器與有源射頻發射器之間的距離，其單位為米，I表示射頻接收器接收的來自相應有源射頻發射器的接收信號強度值，無量綱，e為自然底數且e=2. 71828，a、U、C、r 分別表示相應的系數常量，a=171. 8，u=_l. 27，c=83. 05，r=-0. 05354 ；分別求得離散時刻k的射頻接收器和四個定位發射器之間的距離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)分別表示離散時刻k的射頻接收器和四個定位發射器之間的距離，其單位為米，I1 (k)、I2GO、I3GO、I4GO分別表示由射頻接收器接收并得到的來自四個定位發射器的離散時刻k的接收信號強度值，無量綱，e為自然底數且e=2. 71828，a、U、c、r分別表示相應的系數常量，具體取值同上； 步驟4)利用平面兩點間距離公式，建立車輛位置方程組
全文摘要
本發明公開了一種基于射頻接收信號強度值的隧道內車輛的動態定位方法，在全球定位系統GPS因信號遮擋無法對車輛進行定位的情況下，利用基于射頻接收信號強度值的定位算法來進行車輛的定位。根據事先擬合的射頻接收器到有源射頻發射器的距離和射頻接收器接收的來自有源射頻發射器的接收信號強度值之間的曲線關系，結合有源射頻發射器在隧道內的布局特點，利用平面上兩點間的距離公式建立隧道內車輛的位置方程，使用最小二乘法求解此位置方程，得到隧道內車輛的位置，從而實現車輛在隧道內實時、可靠的定位。
文檔編號G01S5/02GK102879762SQ20121036647
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月27日 優先權日2012年9月27日
發明者李旭, 黃金鳳, 陳偉 申請人:東南大學