基于射频接收信号强度值的隧道内车辆的动态定位方法

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。

主权项

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1）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o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=1,2,3,…，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(x1(k)，y1(k))、（x2(k)，y2(k)）、（x3(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=‑1.27，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d1(k)、d2(k)、d3(k)、d4(k)： d 1 ( k ) = ae uI 1 ( k ) + ce rI 1 ( k ) - - - ( 1 ) d 2 ( k ) = ae uI 2 ( k ) + ce rI 2 ( k ) - - - ( 2 ) d 3 ( k ) = ae uI 3 ( k ) + ce rI 3 ( k ) - - - ( 3 ) d 4 ( k ) = ae uI 4 ( k ) + ce rI 4 ( k ) - - - ( 4 ) 其中，d1(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)、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 [ x m ( k ) - x 1 ( k ) ] 2 + [ y m ( k ) - y 1 ( k ) ] 2 = d 1 ( k ) [ x m ( k ) - x 2 ( k ) ] 2 + [ y m ( k ) - y 2 ( k ) ] 2 = d 2 ( k ) [ x m ( k ) - x 3 ( k ) ] 2 + [ y m ( k ) - y 3 ( k ) ] 2 = d 3 ( k ) [ x m ( k ) - x 4 ( k ) ] 2 + [ y m ( k ) - y 4 ( k ) ] 2 = d 4 ( k ) - - - ( 5 ) 其中，xm(k)和ym(k)分别表示离散时刻k射频接收器在地理坐标系中的坐标值，为未知待求量；步骤5）利用最小二乘法求解位置方程组，计算出射频接收器在地理坐标系中的坐标值xm(k)，ym(k)，从而得到车辆所在地理坐标系的坐标值，实现车辆在隧道内的定位。