[發明專利]一種基于協同定位的終端間定向方法及其裝置

在審

• 申請號: 201410037781.1
• 申請日: 2014-01-26
• 公開（公告）號: CN104808226A
• 公開（公告）日: 2015-07-29
• 發明（設計）人: 雷登云;陳昌雁;張彥彬;路衛軍;崔小欣;黃永燦;于敦山
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: G01S19/41
• 分類號: G01S19/41;G01S19/46
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及全球衛星導航系統、無線網絡和車聯網領域，更具體地，涉及基于全球衛星導航系統、無線測距和車聯網的車輛終端間定向方法及其裝置。

背景技術

當前車聯網技術是汽車技術兩大發展趨勢之一。車聯網系統，是指利用先進傳感器技術、網絡技術、計算技術、控制技術、智能技術，對道路和交通進行全面感知，實現多個系統間大范圍、大容量數據交互，對每一輛汽車進行交通全程控制，對每一條道路進行交通全時空控制，提供以交通效率和交通安全為主的網絡與應用。其中，對每一輛汽車的全程感知是對其全程控制中的關鍵技術。對每一輛汽車的全程感知包括對自身位置以及周圍其他汽車信息的感知。

全球定位系統(GNSS)被廣泛的應用于車輛導航領域，成為了智能交通位置信息的主要來源。然而，由于城市環境下高樓林立造成衛星信號被遮擋，且多徑信號嚴重干擾，造成GNSS定位誤差高達到數十米到上百米，甚至不能夠定位。低定位精度和可用性限制了GNSS系統在車輛安全、防碰撞檢測等關系生命安全領域的使用。為了滿足關鍵領域的需求，提高車輛間相對定位的能力，采用了一系列點對點測距方式。常見的測距方法主要依據無線網絡信號的特點，包括接收信號強度指示(Received?Signal?Strength?Indication，RSSI)、到達角(Angle?of?Arrival，AOA)、到達時間(Time?ofArrival，TOA)及到達時間差(Time?Difference?ofArrival，TDOA)等。然而，這些方案均無法便捷的給出方位信息。協同定位通過車輛間的偽距信息的共享，采用偽距雙差的方法給出高精度的車輛間方向矢量。然而，該方法需要四顆共視衛星，限制了其應用范圍。因此，對于惡劣環境下能夠高效、穩定的提供車輛間方位信息的研究具有重要的意義。

發明內容

有鑒于此，本發明提出了一種基于協同定位的終端間定向方法及其裝置，系統結合無線測距和偽距雙差的定向方法，在偽距層面進行系統狀態的融合，建立系統定向模型，在共視衛星少于4顆情況下能夠實現終端間方向的測定，提高協同定位方法的適用范圍，提高復雜環境下的定向性能。

為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：

本發明提供了一種結合無線測距和偽距雙差實現終端間定向的方法，所述方法：

通過衛星導航系統獲得各衛星的觀測值，并根據觀測值得到初始偽距；

通過無線測距方式獲取兩個終端之間的相對距離；

通過無線通訊方法交換兩個終端間的衛星導航數據和測距數據；

綜合利用了導航衛星觀測值和無線測距數據進行位置的解算；

根據共視衛星的數目動態的選擇定向的方法，在二維定向、三維定向和帶約束的差分定向三種方案中動態選擇；

無線測距測出的車輛間距離與偽距雙差給出的雙差偽距構成包含車輛間仰角與方位角的雙差模型，求解方程組，求得車輛間的仰角與方位角。

優選的，在共視衛星多于4顆形況下，建立衛星間雙差或者三差模型方程，并構建方程組，經無線測距信息作為方位解算約束，從而得到終端間的方位信息。

優選的，在共視衛星多于2顆情況下，可以建立多個雙模模型方程，構成方程組，由于三角函數的對稱性，其計算值需要擴展到[0，360)的區間內，因此需要根據偽距差的特性將方位角的方位限定在180度之內，仰角的范圍為[-90，90]。采用迭代求解的方式計算出方位角與仰角。

優選的，在共視衛星為2顆情況下，只能建立一個雙差模型方程，考慮平直道路上，車輛間仰角較小，可以認為處于同一水平面上，即認為車輛間仰角為0度，可求得車輛間的方位角。

定位方程的求解可以通過最小二乘法、加權最小二乘法、卡爾曼濾波方法以及其他方法進行方位解算。

本發明還提供了一種結合無線測距和偽距雙差實現終端間定向的裝置，所述裝置包括：衛星導航接收模塊、無線數據傳輸測距模塊、數據處理模塊。其中，

衛星導航接收模塊的主要功能是接收衛星天線的射頻信號，通過射頻模塊轉變為中頻導航信號，與本地復制的偽隨機碼進行相關處理，從而實現對導航信號的捕獲，跟蹤，測量，輸出導航信息及偽距、多普勒、載波相位等數據。

無線數據傳輸測距模塊的主要功能是利用無線信號的能量、傳輸時間等信息提供終端間相對距離的測算工作，并利用無線網絡進行數據傳輸，從而交換終端間的數據信息，統一參與定位過程。