基于RFID无线射频信号的车辆定位方法和系统技术方案

本发明专利技术提供一种基于RFID无线射频信号的车辆定位系统，包括阅读器、惯导单元、RFID标签以及位置计算单元，所述阅读器和所述惯导单元安装在车辆中，其中，所述RFID标签按一定间隔铺设于道路路面，用于与所述阅读器进行单对单通信；所述阅读器用于以固定时间周期发送固定频率的RFID标签读取信号，以读取所述RFID标签的信息，获得由所述RFID标签反射的信号的相位；所述惯导单元用于获取车辆行驶状态信息，以及车辆的实际运动轨迹；所述位置计算单元用于根据所述阅读器获得不同时刻的RFID标签反射的信号的相位差以及所述车辆在不同时刻的实际运动轨迹的距离差来确定所述车辆相对于所述RFID标签的位置信息。所述RFID标签的位置信息。所述RFID标签的位置信息。

【技术实现步骤摘要】
基于RFID无线射频信号的车辆定位方法和系统


[0001]本专利技术属于无线定位
，特别涉及一种基于RFID无线射频信号的车辆定位方法与系统。

技术介绍

[0002]车辆定位技术是无人驾驶汽车的关键技术之一，需要车辆实时获取高精度位置信息，以控制车辆安全行驶。卫星定位、视觉定位等技术在现有无人驾驶系统已经得到广泛应用。但卫星定位受限于卫星信号的影响，在一些遮挡环境(隧道，高楼中间的道路等)下，卫星定位的误差高至几米到十几米，甚至无法工作[参考文献1]。而视觉定位易受光照条件的干扰，在夜间、极端天气或照明条件不佳的区域，视觉定位无法有效采集图像。同时，视觉定位的实现依赖于路边定位参照物的识别。而实际实施过程中，路边定位参照物的识别也是一个巨大的难题。视觉定位系统很难分辨相似的路边定位参照物，即难以确定视线内定位参照物的物理位置信息而无法实现车辆定位功能。这对无人驾驶系统是致命的。
[0003]针对无人驾驶场景，超高频无线射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)定位方案具有无源、唯一标识、低成本等特征，可在车辆以及沿路上铺设设备，缩短车辆定位信号传输距离，且无线信号不受照明条件的限制，是一种可行的增强定位稳定性、实现车辆高精度定位的方法，具有极大的应用前景。
[0004]现有RFID定位可分为非测距定位与测距定位。
[0005]非测距定位方法的主要思想是基于车载阅读器与全部标签之间的连通情况，估计读写器与参考标签之间的位置关系，具体包括指纹定位和质心定位等。指纹定位需要提前测量空间各点的信号特征，如接收信号强度(Received Signal Strength，RSS)等，并建立空间位置与信号特征之间的数据库，然后在定位过程中测量待定位目标的信号特征，在数据库中匹配、查找对应的位置信息，输出车辆位置信息[参考文献2]。但指纹定位受环境因素影响严重，建立和维护数据库比较麻烦，一般适用于室内静态场景，在无人驾驶系统下适用性较差。质心定位则是基于阅读器检测到的多个标签的预设位置信息，计算由标签所构成图形的质心，视为阅读器位置[参考文献3]。质心定位在实际使用中需要大量预设位置的标签，为防止标签反射信号发生碰撞，常采用面向时隙的防冲突方法。但这增大了阅读器读取标签的整体时间以及无人车定位时延。
[0006]与非测距定位方法不同，测距定位主要是通过检测阅读器检测到的标签反射信号参数(如信号RSS、到达相位、传输时间等)，计算阅读器与标签之间的距离，再通过几何关系确定阅读器与特定标签的相对位置。其中，测距精度主要与测距方式息息相关。
[0007]常见测距定位是基于RSS的测距方式，可将路损转换为距离信息，但受环境、多径效应、测距模型不精准、标签天线及材质等影响，无法实现高精度测距。在此基础上，LANDMARC方案[参考文献4]、[参考文献5]在定位区域部署大量已知位置的参考节点，对目标邻近节点的位置进行加权，以获得目标位置。LANDMARC定位系统利用参考标签同时测量了环境特征，提高了系统的抗环境干扰能力。但是LANDMARC定位系统需要测量并计算所有
and LANDMARC approach,”in 2020 12th International Conference on Electronics,Computers and Artificial Intelligence(ECAI),Jun.2020,pp.1
–
5.doi:10.1109/ECAI50035.2020.9223151.
[0019][5]Y.Li,H.Xu,and P.Li,“RFID
‑
Based WIMEC
‑
LANDMARC Indoor Location Algorithm,”in 2020International Conferences on Internet of Things(iThings)and IEEE Green Computing and Communications(GreenCom)and IEEE Cyber,Physical and Social Computing(CPSCom)and IEEE Smart Data(SmartData)and IEEE Congress on Cybermatics(Cybermatics),Nov.2020,pp.448
–
455.doi:10.1109/iThings
‑
GreenCom
‑
CPSCom
‑
SmartData
‑
Cybermatics50389.2020.00084.

技术实现思路

[0020]为了解决上述问题，本专利技术针对当前RFID定位方案中多标签系统高定位时延、无法适用于车辆定位场景以及测距精度不足等问题，提出了一种车辆单标签定位系统。在本专利技术中，车载阅读器可测量标签反射信号的相位，可精确地通过测量值，获取车辆与标签之间距离的变化量，并与未知车辆位置表示的距离变化量建立定位方程，实现快速、准确的估计车辆的位置信息，以改进现有方案的局限性。
[0021]本专利技术提供一种基于RFID无线射频信号的车辆定位系统，包括阅读器、惯导单元、RFID标签以及位置计算单元，所述阅读器和所述惯导单元安装在车辆中，
[0022]其中，所述RFID标签按一定间隔铺设于道路路面，用于与所述阅读器进行单对单通信；
[0023]所述阅读器用于以固定时间周期发送固定频率的RFID标签读取信号，以读取所述RFID标签的信息，获得由所述RFID标签反射的信号的相位；
[0024]所述惯导单元用于获取车辆行驶状态信息，以及车辆的实际运动轨迹；以及
[0025]所述位置计算单元用于根据所述阅读器获得不同时刻的RFID标签反射的信号的相位差以及所述车辆在不同时刻的实际运动轨迹的距离差来确定所述车辆相对于所述RFID标签的位置信息。
[0026]根据本专利技术的实施例的基于RFID无线射频信号的车辆定位系统，其中，
[0027]所述车辆行驶信息包括速度、加速度以及偏转角。
[0028]根据本专利技术的实施例的基于RFID无线射频信号的车辆定位系统，其中，
[0029]每个RFID标签内存有唯一标识ID和物理位置坐标信息数据。
[0030]根据本专利技术的实施例的基于RFID无线射频信号的车辆定位系统，其中，
[0031]所述位置计算单元根据所述阅读器获得不同时刻的RFID标签反射的信号的相位差以及所述车辆在不同时刻的实际运动轨迹的距离差来确定所述车辆相对于所述RFID标签的位置信息，公式为
[0032][0033]其中，j和i为大于0的整数且j≠i，d
j
、d
i
分别为第j次和第i次读取RFID标签反射信号的时刻阅读器到RFID标签的距离，第j次和第i次读取RFID标本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于RFID无线射频信号的车辆定位系统，包括阅读器、惯导单元、RFID标签以及位置计算单元，所述阅读器和所述惯导单元安装在车辆中，其中，所述RFID标签按一定间隔铺设于道路路面，用于与所述阅读器进行单对单通信；所述阅读器用于以固定时间周期发送固定频率的RFID标签读取信号，以读取所述RFID标签的信息，获得由所述RFID标签反射的信号的相位；所述惯导单元用于获取车辆行驶状态信息，以及车辆的实际运动轨迹；以及所述位置计算单元用于根据所述阅读器获得不同时刻的RFID标签反射的信号的相位差以及所述车辆在不同时刻的实际运动轨迹的距离差来确定所述车辆相对于所述RFID标签的位置信息。2.根据权利要求1所述的基于RFID无线射频信号的车辆定位系统，其中，所述车辆行驶信息包括速度、加速度以及偏转角。3.根据权利要求1所述的基于RFID无线射频信号的车辆定位系统，其中，每个RFID标签内存有唯一标识ID和物理位置坐标信息数据。4.根据权利要求1
‑
3之一所述的基于RFID无线射频信号的车辆定位系统，其中，所述位置计算单元根据所述阅读器获得不同时刻的RFID标签反射的信号的相位差以及所述车辆在不同时刻的实际运动轨迹的距离差来确定所述车辆相对于所述RFID标签的位置信息，公式为其中，j和i为大于0的整数且j≠i，d
j
、d
i
分别为第j次和第i次读取RFID标签反射信号的时刻阅读器到RFID标签的距离，第j次和第i次读取RFID标签反射信号的时刻阅读器到所述RFID标签的距离差为Δd
j，i
，表示为Δd
j，i
＝d
j
‑
d
i
；表示反射信号相位，第j次和第i次读取的RFID标签反射信号的相位差表示为Δφ
j，i
＝φ
j
‑
φ
i
，c表示无线信号传输速度，f表示所述阅读器发射的载波信号的频率。5.根据权利要求4所述的基于RFID无线射频信号的车辆定位系统，其中，所述位置计算单元进一步通过以下方式计算所述车辆的位置信息：获得车辆的定位方程组，其表示为f
i
(X)＝[f
1,i
(X),f
2,i
(X),...,f
i
‑
1,i
(X)]
T
其中，其中，X＝[x
i
，y
i
]
T
是车辆水平面的二维坐标，h是...

【专利技术属性】
技术研发人员：伍杰，刘玲，周一青，石晶林，
申请(专利权)人：中国科学院计算技术研究所，
类型：发明
国别省市：