一种基于 UWB 和 Kalman 的室内停车场高精度定位系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于UWB和Kalman的室内停车场高精度定位系统，包括：若干基站和若干独立设置的移动台，所述若干基站安装在停车场内，所述若干移动台分别安装在车辆上。通过上述方式，本发明专利技术基于UWB和Kalman的室内停车场高精度定位系统通过采用UWB信号前沿检测技术和Kalman滤波相结合，通过前沿检测技术获得准确的UWB定位信号，以获得高精度的定位信息，最后通过Kalman滤波技术进一步提高定位精度。从而解决了在室内停车场失去GPS信号后无法知道车辆位置信息的问题，本系统定位精度高，可达20cm级别的定位精度，在基于UWB和Kalman的室内停车场高精度定位系统的普及上有着广泛的市场前景。

A High Precision Location System for Indoor Parking Based on UWB and Kalman

【技术实现步骤摘要】
一种基于UWB和Kalman的室内停车场高精度定位系统
本专利技术涉及车辆定位领域，特别是涉及一种基于UWB和Kalman的室内停车场高精度定位系统。
技术介绍
随着科技和现代社会的发展，机动车辆保有量迅速增加，智能交通将是未来交通系统的发展方向。室内停车场也变得越来越拥挤，但由于人们对停车场复杂多样的布局和停车位标志不熟悉、引导不到位等原因，使得在迷宫似的地下停车场停车难和找车难，成为驾驶者苦恼的新问题。如何在停车场内获得高精度的车辆位置信息就变得越来越重要。室外地面停车场一般都有成熟的停车定位导航系统，大都是结合卫星导航（GPS）实现车辆定位进而实现停车导航。但是室内和地下停车时场由于建筑物的遮挡无法接收GPS信号，不能使用GPS定位。如何在室内及地下停车场实现车辆的准确定位就成为了急需解决的难题。
技术实现思路
本专利技术主要解决的技术问题是提供一种基于UWB和Kalman的室内停车场高精度定位系统，通过采用UWB信号前沿检测技术和Kalman滤波相结合，将移动台安装在车辆上，将基站安装在停车场内，当装有移动台的车辆进入装有基站的停车场后，基站通过轮询消息唤醒处于休眠状态的移动台进行定位，通过前沿检测技术获得准确的UWB定位信号，以获得高精度的定位信息，最后通过Kalman滤波技术进一步提高定位精度。从而解决了在室内停车场失去GPS信号后无法知道车辆位置信息的问题，本系统定位精度高，可达20cm级别的定位精度，在基于UWB和Kalman的室内停车场高精度定位系统的普及上有着广泛的市场前景。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于UWB和Kalman的室内停车场高精度定位系统，包括：若干基站和若干独立设置的移动台，所述若干基站安装在停车场内，所述若干移动台分别安装在车辆上，所述基站、所述移动台分别包括数据处理MCU芯片和UWB射频芯片，所述数据处理MCU芯片通过SPI接口与所述UWB射频芯片通信连接，所述UWB射频芯片包括前沿检测装置，所述前沿检测装置实现对UWB无线信号的前沿检测，过滤掉不良信号，获得完整的良好UWB无线信号，所述前沿检测装置对UWB无线信号进行时间标记，以便进行TOF计算出UWB信号收发机之间的测距，得到基于时间的测距信息，所述数据处理MCU芯片控制所述UWB射频芯片的UWB信号的接收与发送，所述数据处理MCU芯片读取所述UWB射频芯片的寄存器获取基于时间的测距信息，所述数据处理MCU芯片读取基于时间的测距信息后进行位置坐标解算，根据到不同的所述基站之间的距离计算出所述移动台的位置信息，获得初步位置信息，所述数据处理MCU芯片将获得的初步位置信息使用Kalman滤波算法滤波迭代进行滤波处理，得到精确位置信息。在本专利技术一个较佳实施例中，所述UWB射频芯片工作的具体步骤包括：（1）所述UWB射频芯片接收UWB无线信号，（2）所述UWB射频芯片接收到UWB无线信号后进行前沿检测，将得到的UWB无线信号与预设的信号阈值进行比较，得到该条信号的诊断信息，（3）根据诊断信息判断是否采用该条信息携带的时间戳，（4）根据时间戳信息计算出距离数据，并保存在所述UWB射频芯片的寄存器中。在本专利技术一个较佳实施例中，所述基于时间的测距信息包括所述UWB射频芯片收到UWB无线信号的时间信息以及根据UWB无线信号在空间中的飞行速度计算出的距离信息。在本专利技术一个较佳实施例中，所述数据处理MCU芯片通过唤醒引脚控制所述UWB射频芯片的工作模式。在本专利技术一个较佳实施例中，所述Kalman滤波算法的算法包括：X(k+1)=AX(k)+FW(k)Y(k)=HX(k)+V(k)其中k为离散时间，A为状态转移矩阵，H为观测矩阵，W为输入噪声，V为观测噪声，F为噪声驱动矩阵。在本专利技术一个较佳实施例中，所述UWB射频芯片采用DW1000芯片。在本专利技术一个较佳实施例中，所述数据处理MCU芯片采用STM32F103芯片。本专利技术的有益效果是：本专利技术基于UWB和Kalman的室内停车场高精度定位系统通过采用UWB信号前沿检测技术和Kalman滤波相结合，将移动台安装在车辆上，将基站安装在停车场内，当装有移动台的车辆进入装有基站的停车场后，基站通过轮询消息唤醒处于休眠状态的移动台进行定位，通过前沿检测技术获得准确的UWB定位信号，以获得高精度的定位信息，最后通过Kalman滤波技术进一步提高定位精度。从而解决了在室内停车场失去GPS信号后无法知道车辆位置信息的问题，本系统定位精度高，可达20cm级别的定位精度，在基于UWB和Kalman的室内停车场高精度定位系统的普及上有着广泛的市场前景。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：图1是本专利技术的基于UWB和Kalman的室内停车场高精度定位系统一较佳实施例的结构示意图；图2是本专利技术的基于UWB和Kalman的室内停车场高精度定位系统一较佳实施例的算法流程图。具体实施方式下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。请参阅图1-图2，本专利技术实施例包括：一种基于UWB和Kalman的室内停车场高精度定位系统，包括：若干基站和若干独立设置的移动台。所述若干基站安装在停车场内，所述若干移动台分别安装在车辆上，所述基站、所述移动台分别包括数据处理MCU芯片和UWB射频芯片，所述数据处理MCU芯片通过SPI接口与所述UWB射频芯片通信连接，所述UWB射频芯片包括前沿检测装置，所述前沿检测装置实现对UWB无线信号的前沿检测，过滤掉不良信号，获得完整的良好UWB无线信号，所述前沿检测装置对UWB无线信号进行时间标记，以便进行TOF计算出UWB信号收发机之间的测距，得到基于时间的测距信息，所述数据处理MCU芯片控制所述UWB射频芯片的UWB信号的接收与发送，所述数据处理MCU芯片读取所述UWB射频芯片的寄存器获取基于时间的测距信息，所述数据处理MCU芯片读取基于时间的测距信息后进行位置坐标解算，根据到不同的所述基站之间的距离计算出所述移动台的位置信息，获得初步位置信息，所述数据处理MCU芯片将获得的初步位置信息使用Kalman滤波算法滤波迭代进行滤波处理，得到精确位置信息。近年来，随着无线通信技术的发展，应运而生了许多新兴室内定位技术，UWB技术就是其中热点技术之一。UWB技术是一种无载波超宽带通信技术，使用从纳秒到微秒级别的窄脉冲传输数据。它具有抗干扰性能强，传输速率高，带宽极宽，功耗低，发射功率小诸多优点。由于UWB技术超高的时间分辨率，可以获得可达厘米级的定位精度。根据UWB技术的特点以及室内定位的技术要求，可以知道UWB技术可以完全满足室内停车场的车辆定位要求，因此本专利技术开展了一种基于UWB技术的室内停车场的车辆定位系统研究，并通过前沿检测技术和Kalman滤波相结合的融合算法提高系统定位精度。优选地，所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于 UWB 和 Kalman 的室内停车场高精度定位系统，其特征在于，包括：若干基站和若干独立设置的移动台，所述若干基站安装在停车场内，所述若干移动台分别安装在车辆上，所述基站、所述移动台分别包括数据处理 MCU 芯片和 UWB 射频芯片，所述数据处理 MCU 芯片通过 SPI 接口与所述 UWB 射频芯片通信连接，所述 UWB 射频芯片包括前沿检测装置，所述前沿检测装置实现对 UWB 无线信号的前沿检测，过滤掉不良信号，获得完整的良好 UWB 无线信号，所述前沿检测装置对 UWB 无线信号进行时间标记，以便进行 TOF 计算出 UWB 信号收发机之间的测距，得到基于时间的测距信息，所述数据处理 MCU 芯片控制所述 UWB 射频芯片的 UWB 信号的接收与发送，所述数据处理 MCU 芯片读取所述 UWB 射频芯片的寄存器获取基于时间的测距信息，所述数据处理 MCU 芯片读取基于时间的测距信息后进行位置坐标解算，根据到不同的所述基站之间的距离计算出所述移动台的位置信息，获得初步位置信息，所述数据处理 MCU 芯片将获得的初步位置信息使用 Kalman 滤波算法滤波迭代进行滤波处理，得到精确位置信息。...

【技术特征摘要】
1.一种基于UWB和Kalman的室内停车场高精度定位系统，其特征在于，包括：若干基站和若干独立设置的移动台，所述若干基站安装在停车场内，所述若干移动台分别安装在车辆上，所述基站、所述移动台分别包括数据处理MCU芯片和UWB射频芯片，所述数据处理MCU芯片通过SPI接口与所述UWB射频芯片通信连接，所述UWB射频芯片包括前沿检测装置，所述前沿检测装置实现对UWB无线信号的前沿检测，过滤掉不良信号，获得完整的良好UWB无线信号，所述前沿检测装置对UWB无线信号进行时间标记，以便进行TOF计算出UWB信号收发机之间的测距，得到基于时间的测距信息，所述数据处理MCU芯片控制所述UWB射频芯片的UWB信号的接收与发送，所述数据处理MCU芯片读取所述UWB射频芯片的寄存器获取基于时间的测距信息，所述数据处理MCU芯片读取基于时间的测距信息后进行位置坐标解算，根据到不同的所述基站之间的距离计算出所述移动台的位置信息，获得初步位置信息，所述数据处理MCU芯片将获得的初步位置信息使用Kalman滤波算法滤波迭代进行滤波处理，得到精确位置信息。2.根据权利要求1所述的基于UWB和Kalman的室内停车场高精度定位系统，其特征在于，所述UWB射频芯片工作的具体步骤包括：（1）所述UWB射频芯片接收UWB无线信号，（2）所述UWB射频芯片接收到UWB...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏岩，
申请(专利权)人：苏州感测通信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32