一種基于協(xié)同相對定位技術(shù)的車輛防碰撞方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及智能交通領(lǐng)域，尤其涉及一種基于協(xié)同相對定位技術(shù)的車輛防碰撞方法，包括：基于V2V網(wǎng)絡(luò)的定位信息測量與交換；基于偽距的增強相對定位方法；基于卡爾曼濾波的車輛自預(yù)測定位導(dǎo)航方法；基于相對距離的車輛防碰撞判斷機制；通過車輛V2V網(wǎng)絡(luò)傳輸鄰近車輛之間的信息，基于偽距或卡爾曼濾波計算車輛之間的相對距離，當(dāng)相對距離小于安全閾值時候觸發(fā)車輛的報警機制。本發(fā)明的有益效果在于：針對城市道路中的多徑傳輸現(xiàn)象，建立協(xié)同相對定位模型根據(jù)相關(guān)性剔除空間相關(guān)性低的衛(wèi)星信號，并在GPS信號中斷時使用卡爾曼濾波的方法預(yù)測車輛位置。通過協(xié)同相對定位方法，可以降低城市道路中交通事故的發(fā)生概率，提高預(yù)測準(zhǔn)確率。
【專利說明】一種基于協(xié)同相對定位技術(shù)的車輛防碰撞方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及智能交通領(lǐng)域，尤其涉及一種基于協(xié)同相對定位技術(shù)的車輛防碰撞方 法。

【背景技術(shù)】
[0002] GPS (Global Positioning System)全球定位系統(tǒng)是美國建立的一個全球衛(wèi)星導(dǎo) 航定位系統(tǒng)，可實現(xiàn)高精度、全天候、實時的導(dǎo)航及測速。近年來GPS技術(shù)已廣泛應(yīng)用于測 繪遙感，航空航天，通訊，交通等各個領(lǐng)域，并深刻改變了人們的生活。
[0003] 基于GPS系統(tǒng)的定位信息分析應(yīng)用已逐步擴展到智能交通系統(tǒng)ITS (Intelligent Transportation System)。在現(xiàn)代ITS系統(tǒng)中，可以使用定位信息來進行車輛自動導(dǎo)航以 及安全駕駛。根據(jù)衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的原理，GPS定位技術(shù)包括基于載波相位的位置估算 和基于偽距的位置估算，前者的定位雖然非常精確，但是存在整周模糊度的問題，后者雖然 精確度較低，但是具有較好的實時性。但在車載GPS接收衛(wèi)星信號時影響定位精確度的因 素包含如下幾個：GPS衛(wèi)星自身誤差（包括衛(wèi)星時鐘誤差，衛(wèi)星星歷誤差）、傳輸延時（包括 電離層延時和對流層延時）、車載GPS接收機誤差（包括接收機時鐘誤差、熱噪聲、以及地 面多徑時延等）。另外，在一個地基增強系統(tǒng)（GBAS, Ground-Based Augmentation System) 中，一個位于已知精確位置的參考基站可以向車輛廣播衛(wèi)星精確位置信息，車載GPS接收 機根據(jù)其自身接收到衛(wèi)星定位信號計算車輛與衛(wèi)星間的偽距后與廣播精確位置信息進行 比較后再修正觀測數(shù)據(jù)，這種DGPS的方法可以有效降低相同的傳輸時延誤差和衛(wèi)星誤差。 但是，在城市道路兩旁存在建筑物，這意味著GPS衛(wèi)星與車輛之間的視線路徑可能被阻斷， 即車載GPS接收機只能接收到衛(wèi)星的反射信號。來源于不同建筑物的不同路徑反射信號構(gòu) 成了接收信號的多徑傳輸，其造成的誤差可能高達數(shù)十米，這無疑降低了絕對定位的精度。 對于DGPS系統(tǒng)而言，由于參考基準(zhǔn)站常常建立在開闊環(huán)境中，且鄰近車輛之間的接收信號 具有空間相關(guān)性故可以降低這種多徑傳輸?shù)恼`差。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明為克服上述的不足之處，目的在于提供一種通過道路鄰近車輛的相對位置 檢測及相對位置超過閾值的警告機制從而能夠減少城市車輛碰撞和車禍發(fā)生的車輛防碰 撞方法。
[0005] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案達到上述目的：一種基于協(xié)同相對定位技術(shù)的車輛防 碰撞方法，定位車輛上安裝有GPS發(fā)送/接收機，若干個在軌衛(wèi)星直接或間接定位車輛，包 括以下步驟：
[0006] 1)分析相對定位的第一車輛、第二車輛接收到的衛(wèi)星信息，確定第一車輛、第二車 輛的共用在軌衛(wèi)星，建立協(xié)同相對定位系統(tǒng)模型；
[0007] 2)第一車輛與第二車輛建立V2V網(wǎng)絡(luò)，通過共用在軌衛(wèi)星傳輸數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)包信 息包括：車輛識別ID、車輛目的地絕對定位坐標(biāo)、車輛三維速度、共用衛(wèi)星信噪比和共用衛(wèi) 星偽距；
[0008] 3)GPS信號穩(wěn)定時采用基于偽距的增強相對定位方法計算第一車輛、第二車輛之 間相對距離；
[0009] 4)GPS信號中斷時采用基于卡爾曼濾波的車輛自預(yù)測定位導(dǎo)航方法預(yù)測第一車 輛、第二車輛之間相對距離；
[0010] 5)根據(jù)步驟3)或步驟4)得到的相對距離進行基于相對距離的車輛防碰撞判斷， 若相對距離小于或等于安全距離時，觸發(fā)車載報警器并觸發(fā)車輛緊急制動機制。
[0011] 作為優(yōu)選，基于偽距的增強相對定位方法包括以下步驟：
[0012] (11)根據(jù)公式⑴計算定位車輛v與共用在軌衛(wèi)星s之間的偽距：
[0013]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于協(xié)同相對定位技術(shù)的車輛防碰撞方法，定位車輛上安裝有GPS發(fā)送/接收 機，若干個在軌衛(wèi)星直接或間接定位車輛，其特征在于包括以下步驟： 1) 分析相對定位的第一車輛、第二車輛接收到的衛(wèi)星信息，確定第一車輛、第二車輛的 共用在軌衛(wèi)星，建立協(xié)同相對定位系統(tǒng)模型； 2) 第一車輛與第二車輛建立V2V網(wǎng)絡(luò)，通過共用在軌衛(wèi)星傳輸數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)包信息包 括：車輛識別ID、車輛目的地絕對定位坐標(biāo)、車輛三維速度、共用衛(wèi)星信噪比和共用衛(wèi)星偽 距； 3. GPS信號穩(wěn)定時采用基于偽距的增強相對定位方法計算第一車輛、第二車輛之間相 對距離； 4. GPS信號中斷時采用基于卡爾曼濾波的車輛自預(yù)測定位導(dǎo)航方法預(yù)測第一車輛、第 二車輛之間相對距離； 5) 根據(jù)步驟3)或步驟4)得到的相對距離進行基于相對距離的車輛防碰撞判斷，若相 對距離小于或等于安全距離時，觸發(fā)車載報警器并觸發(fā)車輛緊急制動機制。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于協(xié)同相對定位技術(shù)的車輛防碰撞方法，其特征在 于，基于偽距的增強相對定位方法包括以下步驟： (11) 根據(jù)公式（1)計算定位車輛v與共用在軌衛(wèi)星s之間的偽距：
(1) 偽距進行二次差分
<2); 其中，
表不電離層帶來的傳輸時延，
表不對流層帶來的傳輸時延，s表不光速， Δ tv表示定位車輛時鐘誤差，Λ t(s)表示衛(wèi)星時鐘誤差，
表示熱噪聲和多徑干涉的影響，
表示實際距離，a表示第一車輛，b表示第二車輛，k、j表示所有共用在軌衛(wèi)星； (12) 計算
I的值并與預(yù)設(shè)閾值進行比較，當(dāng)計算值小于預(yù)設(shè)閾 值時，則判定相應(yīng)共用在軌衛(wèi)星與定位車輛有關(guān)聯(lián)性，保留關(guān)聯(lián)性高的共用在軌衛(wèi)星。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于協(xié)同相對定位技術(shù)的車輛防碰撞方法，其特征在 于，定位車輛a、b收到共用在軌衛(wèi)星j的直接傳輸信號，S卩
，則偽距二次差分結(jié) 果為
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于協(xié)同相對定位技術(shù)的車輛防碰撞方法，其特征在 于，基于卡爾曼濾波的車輛自預(yù)測定位導(dǎo)航方法包括以下步驟： (21) 確定狀態(tài)向量、誤差協(xié)方差矩陣的初值； (22) 預(yù)測下一時刻的狀態(tài)向量、誤差協(xié)方差矩陣值： (23) 狀態(tài)更新，下一時刻到來，使用接收到的定位信息預(yù)測偽距
并求得觀測矩 陣； (24) 使用誤差協(xié)方差矩陣，結(jié)合觀測矩陣計算濾波器的增益矩陣； (25) 計算車輛與共用衛(wèi)星的真實距離
的觀測值和預(yù)測值； (26)計算狀態(tài)向量和誤差協(xié)方差矩陣的估計值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于協(xié)同相對定位技術(shù)的車輛防碰撞方法，其特征在 于，所述基于相對距離的車輛防碰撞判斷包括：
其中，|va|表示車輛a的三維速度在方向向量上的映射，|vb|表示車輛b的三維速度 在方向向量上的映射，sa表不車輛a的加速度，Sb表不車輛b的加速度，t表不駕駛員的突 發(fā)交通事故反應(yīng)和處理的平均經(jīng)驗時間； 當(dāng)車輛a和車輛b同向而行即兩車輛行駛方向向量夾角小于90°，則此時出現(xiàn)追尾事 故，
當(dāng)車輛a和車輛b相向而行即兩輛車行駛方向向量夾角大于90°，則此時出現(xiàn)前撞事 故，
當(dāng)車輛a和車輛b側(cè)向而行即兩輛車行駛方向向量夾角等于90°，則此時出現(xiàn)側(cè)撞事 故，
【文檔編號】G01S19/41GK104157167SQ201410430510
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月28日
【發(fā)明者】成華麗, 溫曉岳, 章步鎬, 吳越 申請人:銀江股份有限公司