本文關(guān)鍵詞： 車輛組合定位 專用短程通信 車輛無(wú)線測(cè)距 信息融合 聯(lián)邦卡爾曼濾波 車聯(lián)網(wǎng)　出處：《廣東工業(yè)大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：汽車行業(yè)領(lǐng)域的“互聯(lián)網(wǎng)+”戰(zhàn)略包含了車聯(lián)網(wǎng)(Internet of Vehicle, IoV)的核心內(nèi)容和發(fā)展方向。車聯(lián)網(wǎng)是以車內(nèi)網(wǎng)(Inner-vehicle Network)..車際網(wǎng)(Inter-vehicle Network)和車輛移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)(Vehicle Mobile Network)為基礎(chǔ),可以實(shí)現(xiàn)車輛主動(dòng)安全、實(shí)時(shí)交通預(yù)測(cè)與智能管理、智能信息服務(wù)和車輛智能控制的新一代車輛網(wǎng)絡(luò)。業(yè)內(nèi)人士預(yù)計(jì),車聯(lián)網(wǎng)將在2018年成長(zhǎng)為一個(gè)份額接近530億美元的市場(chǎng),將會(huì)形成以汽車為節(jié)點(diǎn)的車聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)圈。很多新的車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用,如車輛碰撞避免系統(tǒng)、城市實(shí)時(shí)交通預(yù)測(cè)與疏導(dǎo)系統(tǒng)、特殊車輛實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)、廣告推送、車輛智能服務(wù)平臺(tái)等,將會(huì)得到井噴式的發(fā)展。新的服務(wù)越來越人性化、智能化,車輛定位服務(wù)作為車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的基礎(chǔ)模塊,扮演了重要的角色,但是由于現(xiàn)有的車輛定位系統(tǒng),定位精度不高、定位區(qū)域受限等原因,逐漸不能適應(yīng)新的車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用定位需求,迫切需要一種新的車輛定位技術(shù)。本文將以復(fù)雜城市環(huán)境下車輛定位的關(guān)鍵技術(shù)為研究對(duì)象,在車-車(Vehicle to Vehicle, V2V)、車-路側(cè)設(shè)備(Vehicle to Roadside Unit, V2R)的短距離無(wú)線通信技術(shù)快速發(fā)展的背景下,遵循EEEE802.11p物理層協(xié)議和IEEE1609.X上層應(yīng)用協(xié)議,基于車輛與路側(cè)設(shè)備(Road Side Unit, RSU)的通信來解決衛(wèi)星定位失效區(qū)域的車輛定位問題。研究了車輛無(wú)線定位系統(tǒng)基本框架,從通信頻率、無(wú)線信道、數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等方面做了詳細(xì)的規(guī)定,設(shè)計(jì)了基于路側(cè)設(shè)備的車輛無(wú)線定位算法。同時(shí),研究了基于路側(cè)設(shè)備定位系統(tǒng)、多模全球衛(wèi)星定位(Global Navigation Satellite System, GNSS)系統(tǒng)和航位推算(Dead Reckoning, DR)系統(tǒng)的信息融合算法,充分發(fā)揮了三個(gè)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì),為在復(fù)雜環(huán)境下的車輛提供高精度、高可靠的定位服務(wù),主要內(nèi)容和成果如下：(1)基于RSU的單邊同步雙向測(cè)距算法研究在地下停車場(chǎng)、隧道或建筑密集的城市中心區(qū)域,由于衛(wèi)星信號(hào)被遮擋,基于衛(wèi)星的車載定位系統(tǒng)定位精度影響很大或無(wú)法正常工作�；诖吮尘�,深入研究基于路側(cè)設(shè)備的車輛無(wú)線定位系統(tǒng),旨在提高車載定位系統(tǒng)在特定區(qū)域的定位精度和可靠性。針對(duì)車輛無(wú)線定位存在的四個(gè)問題：車輛與RSU, RSU與RSU之間需要嚴(yán)格的時(shí)間同步問題,車輛與RSU的計(jì)時(shí)系統(tǒng)不一致的問題、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)快速變化下車輛定位問題、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量不佳情況下的定位問題,首先提出了理想網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的單邊同步雙向測(cè)距的算法,然后提出了該算法的改進(jìn)措施：設(shè)計(jì)了專用的時(shí)間間隔測(cè)量模塊提高無(wú)線信號(hào)飛行時(shí)間的測(cè)量精度；提出了一種新的能記錄退避時(shí)間的退避算法,該算法改善了測(cè)距算法在存在網(wǎng)絡(luò)碰撞情況下的測(cè)距精度。最后利用擴(kuò)展卡爾曼濾波算法過濾距離測(cè)量值的噪聲,降低因信號(hào)折射反射等給測(cè)距精度帶來的影響,同時(shí)解算出車輛的坐標(biāo)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)對(duì)比,本算法定位精度滿足應(yīng)用需求,比IEEE802.15.4所提出的對(duì)稱雙邊雙向測(cè)距(Symmetrical Double-Sided Two-Way Ranging, SDS-TWR)算法更適合衛(wèi)星定位失效區(qū)域內(nèi)的車輛定位。(2) RSU/GNSS/DR組合定位信息融合算法研究GNSS在開闊區(qū)域定位精度高,但在衛(wèi)星信號(hào)被遮擋的區(qū)域,由于無(wú)法捕獲到足夠數(shù)量衛(wèi)星,導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法定位或定位精度下降：DR是一種自主定位系統(tǒng),只要給定初始位置,可以根據(jù)自身的速度與航向角傳感器進(jìn)行定位,不依賴外部環(huán)境,但是長(zhǎng)時(shí)間定位有誤差累積,需要周期性地重置系統(tǒng)初始位置；基于RSU的定位系統(tǒng)只在部署RSU的區(qū)域才能定位,大量部署RSU會(huì)增加成本,因此適合GNSS定位失效的小范圍區(qū)域?yàn)檐囕v進(jìn)行定位,如城市中心、地下停車場(chǎng)�，F(xiàn)有的單一定位系統(tǒng)無(wú)法在復(fù)雜的城市環(huán)境下為車輛提供定位服務(wù),多定位系統(tǒng)的信息融合被認(rèn)為是解決此問題最可行的方法之一。為解決在復(fù)雜城市環(huán)境下的車輛定位問題,本文提出了基于聯(lián)邦卡爾曼濾波信息融合技術(shù)的RSU/GNSS/DR組合定位算法,為車輛提供高精度、高可靠的位置服務(wù)。首先詳細(xì)分析了三個(gè)子系統(tǒng)的定位基本原理；分別使用線性卡爾曼濾波器作為基于RSU的定位子系統(tǒng)和GNSS定位子系統(tǒng)的局部濾波器,使用擴(kuò)展卡爾曼濾波器作為DR定位子系統(tǒng)的局部濾波器；并在車輛運(yùn)動(dòng)學(xué)的基礎(chǔ)上建立三個(gè)子系統(tǒng)的系統(tǒng)狀態(tài)方程和觀測(cè)方程并離散化。然后提出了殘差x2檢測(cè)和冗余硬件檢測(cè)的兩級(jí)故障檢測(cè)方法。殘差x2檢驗(yàn)法對(duì)于直接作用于觀測(cè)量的故障很敏感,即對(duì)系統(tǒng)硬故障的檢驗(yàn)很有效；基于硬件冗余的檢測(cè)方法,可以有效地檢測(cè)出系統(tǒng)的軟故障,但是會(huì)增加系統(tǒng)的成本,本文采用成本較低的加速度計(jì)ADXL345進(jìn)行部分硬件冗余設(shè)計(jì),兼顧了系統(tǒng)成本和可靠性,同時(shí)提高系統(tǒng)定位精度。最后提出了基于子系統(tǒng)定位精度的自適應(yīng)信息分配系數(shù)的動(dòng)態(tài)調(diào)整方法實(shí)現(xiàn)故障子系統(tǒng)的隔離和無(wú)故障系統(tǒng)的重構(gòu)。最后用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了在復(fù)雜環(huán)境下本算法的定位精度和可靠性,實(shí)驗(yàn)結(jié)果滿足道路級(jí)(1m-3m)的定位需求。(3)組合定位系統(tǒng)平臺(tái)設(shè)計(jì)車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用對(duì)車輛定位提出了新的要求,如地下停車場(chǎng)內(nèi)的車輛定位,傳統(tǒng)的汽車導(dǎo)航設(shè)備無(wú)論從處理速度、接口設(shè)計(jì)、人機(jī)交互還是定位精度都無(wú)法滿足新應(yīng)用的要求。車載設(shè)備的設(shè)計(jì)理念由單一的定位需求向需求多樣化、智能化轉(zhuǎn)變,如實(shí)時(shí)通信、自然語(yǔ)音識(shí)別等。針對(duì)這些情況,首先分析了車載智能設(shè)備的功能和需求,然后兼顧性能和成本提出了系統(tǒng)總體框架。根據(jù)組合定位的需求,詳細(xì)設(shè)計(jì)了基于RSU定位子系統(tǒng),多模GNSS定位子系統(tǒng)和DR定位子系統(tǒng)的硬件平臺(tái),并給出了航位推算系統(tǒng)的校正規(guī)則。車輛測(cè)距算法和RSU/GNSS/DR組合定位算法在本平臺(tái)上得到了驗(yàn)證。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：U495

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1 高永,徐U，

本文編號(hào)：1445551