本發(fā)明涉及車輛定位系統(tǒng)及方法，更具體地說，涉及一種基于UWB的車輛定位系統(tǒng)和定位方法，主要用于停車場、場站、路邊/路內(nèi)停車區(qū)域的停車自動收費領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：隨著機動車輛的激增，停車場的智能管理需求越來越迫切。全球定位系統(tǒng)(GPS)是目前應(yīng)用最成功的定位技術(shù)，但是對于室內(nèi)近距離定位，其精度遠遠達不到要求?；趶V泛普及的無線局域網(wǎng)(WLAN)的通信技術(shù)，如Zigbee、RFID、WiFi、藍牙技術(shù)等也提供了多樣的定位服務(wù)?；赯igBee的定位技術(shù)主要是采用接收信號強度指示(RSSI)來實現(xiàn)，定位精度不高，一般在3～5m。基于RFID的定位技術(shù)是通過射頻識別標(biāo)簽(Tags)或者無線收發(fā)器來存儲和非接觸地發(fā)送數(shù)據(jù)來進行自動身份辨認的技術(shù)。RFID應(yīng)用于定位主要分為兩種方式：一種是位置感知(Location-aware)方式，另一種是基于RSSI方式。為了達到較高的精度，通常需要大量的參考點和檢測天線，同時不同的環(huán)境對無線能量傳播的影響是必須考慮的因素，在定位算法中還存在著不容易確定的參數(shù)。當(dāng)前比較流行的WiFi定位是IEEE802.11的一種定位解決方案，目前，它應(yīng)用于小范圍的室內(nèi)定位，成本較低，但WiFi收發(fā)器只能覆蓋半徑90m以內(nèi)的地理區(qū)域，很容易受到其他信號干擾，從而影響定位精度，并不十分可靠，而且定位器的能耗較高。藍牙技術(shù)應(yīng)用于定位，與WiFi有很多相似之處，主要應(yīng)用于小范圍定位，例如單層大廳或倉庫；同樣有定位誤差不穩(wěn)定，受噪聲信號干擾大的缺點?，F(xiàn)有定位技術(shù)存在的上述缺陷導(dǎo)致它們無法真正在停車自動收費領(lǐng)域得以推廣應(yīng)用。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有定位技術(shù)無法在停車自動收費領(lǐng)域應(yīng)用的問題，提供一種基于UWB的車輛定位系統(tǒng)及定位方法。UWB(UltraWideband，超寬帶)是一種無載波通信技術(shù)，利用納秒至微微秒級的非正弦波窄脈沖傳輸數(shù)據(jù)。美國聯(lián)邦通信委員會(FCC，F(xiàn)ederalcommunicationscommission)對UWB的定義是：帶寬大于500MHz，或相對帶寬大于20％的無線電技術(shù)。從頻域來看，UWB與傳統(tǒng)的窄帶和寬帶不同，它的頻帶更寬。通常窄帶是指相對帶寬小于1％，寬帶指的相對帶寬在1％到25％之間，而相對帶寬大于25％，而且中心頻率大于500MHz的無線電技術(shù)，稱為UWB。本發(fā)明提供的一種基于UWB的車輛定位系統(tǒng)包括：UWB電子標(biāo)簽，設(shè)置于車輛上，用于發(fā)射無線定位信號；復(fù)數(shù)個UWB基站，間隔布置于停車區(qū)域，用于接收所述無線定位信號以及根據(jù)該無線定 位信號確定所述車輛相對所述UWB基站的參數(shù)值；以及處理裝置，用于根據(jù)來自至少三個UWB基站的所述參數(shù)值確定車輛的位置信息。在上述的基于UWB的車輛定位系統(tǒng)中，優(yōu)選地，所述參數(shù)值為接收信號強度、信號到達時間和到達角度三個參數(shù)中的一個。在上述的基于UWB的車輛定位系統(tǒng)中，優(yōu)選地，所述參數(shù)值為信號到達時間，該定位系統(tǒng)進一步還包括：用于周期性向UWB基站發(fā)射時鐘同步信號的同步信號發(fā)射設(shè)備；以及用于根據(jù)時鐘同步信號計算UWB基站的時鐘偏差進而對UWB基站確定的參數(shù)值進行修正的修正裝置。在上述的基于UWB的車輛定位系統(tǒng)中，優(yōu)選地，所述復(fù)數(shù)個UWB基站中有一個為主基站，其余為從基站，所述處理裝置和所述修正裝置設(shè)置于所述主基站，所述同步信號發(fā)射設(shè)備設(shè)置于所述主基站或為一個獨立的裝置。在上述的基于UWB的車輛定位系統(tǒng)中，優(yōu)選地，該定位系統(tǒng)還包括一個工控中心，該工控中心直接與各UWB基站通信連接或通過一個UWB基站間接與其余UWB基站通信連接，所述處理裝置和所述修正裝置設(shè)置于所述工控中心。在上述的基于UWB的車輛定位系統(tǒng)中，優(yōu)選地，所述復(fù)數(shù)個UWB基站中的多個設(shè)置有所述處理裝置和所述修正裝置，所述同步信號發(fā)射設(shè)備設(shè)置于多個UWB基站或為一個獨立的裝置，所述復(fù)數(shù)個UWB基站中的多個還設(shè)置有手動切換開關(guān)或自動控制模塊、用于切換UWB基站內(nèi)部的所述處理裝置和同步信號發(fā)射設(shè)備進入工作狀態(tài)或休眠狀態(tài)。在上述的基于UWB的車輛定位系統(tǒng)中，優(yōu)選地，所述修正裝置包括指定所述復(fù)數(shù)個UWB基站中的一個UWB基站為基準(zhǔn)基站，其余為非基準(zhǔn)基站，該修正裝置還包括：第一計算子模塊，用于采用UWB基站的坐標(biāo)、同步信號發(fā)射設(shè)備的坐標(biāo)以及電磁波傳播速度計算時鐘同步信號到達UWB基站所需時間；第二計算子模塊，用于將各非基準(zhǔn)基站測量到的時鐘同步信號到達時間分別與基準(zhǔn)基站測量到的時鐘同步信號到達時間相減，獲得各非基準(zhǔn)基站對應(yīng)的同步信號到達時間差；第三計算子模塊，用于將非基準(zhǔn)基站對應(yīng)的同步信號到達時間差與時鐘同步信號到達該非基準(zhǔn)基站所需時間相減、再與時鐘同步信號到達基準(zhǔn)基站所需時間相加，獲得當(dāng)前時刻該非基準(zhǔn)基站的時鐘偏差；第四計算子模塊，用于采用當(dāng)前時刻UWB基站的時鐘偏差預(yù)測下一時刻UWB基站的時鐘偏差；以及第五計算子模塊，用于采用預(yù)測到的下一時刻UWB基站的時鐘偏差對下一時刻UWB基 站測量到的無線定位信號到達時間進行修正。在上述的基于UWB的車輛定位系統(tǒng)中，優(yōu)選地，該車輛定位系統(tǒng)還包括視頻識別子系統(tǒng)，該視頻識別子系統(tǒng)與所述工控中心通信連接，用于通過視頻跟蹤定位車輛和/或識別車輛身份信息。在上述的基于UWB的車輛定位系統(tǒng)中，優(yōu)選地，還包括一個激活裝置，該激活裝置用于觸發(fā)所述UWB電子標(biāo)簽開啟定位模塊；所述激活裝置可以設(shè)置于至少一個UWB基站內(nèi)或為一個獨立的設(shè)備。在上述的基于UWB的車輛定位系統(tǒng)中，優(yōu)選地，所述UWB基站、處理裝置、工控中心和/或視頻識別子系統(tǒng)包括具有中繼功能的WIFI模塊，所述通信連接為WIFI連接；和/或UWB電子標(biāo)簽還包括用以實現(xiàn)電子不停車自動收費的無線通信模塊。本發(fā)明提供的一種基于UWB的車輛定位方法包括如下步驟：接收同步信號發(fā)射設(shè)備發(fā)射的時鐘同步信號，并實時同步時鐘；接收進入停車區(qū)域的車輛所載的UWB電子標(biāo)簽發(fā)射的無線定位信號；接收到無線定位信號后，根據(jù)同步時鐘生成接收時間，并將該接收時間發(fā)送至處理裝置，以使處理裝置根據(jù)至少三個UWB基站接收的針對同一所述無線定位信號各自所述的接收時間計算車輛所在位置。在上述的基于UWB的車輛定位方法中，優(yōu)選地，在所述接收同步信號發(fā)射設(shè)備發(fā)射的時鐘同步信號，并實時同步時鐘步驟之后；所述接收進入停車區(qū)域的車輛所載的UWB電子標(biāo)簽發(fā)射的無線定位信號步驟之前還包括：在駛?cè)胪＼噮^(qū)域入口時，路側(cè)單元激活所述UWB電子標(biāo)簽進入定位工作模式；以及在所述接收到無線定位信號后，根據(jù)同步時鐘生成接收時間，并將該接收時間發(fā)送至處理裝置，以使處理裝置根據(jù)至少三個UWB基站接收的針對同一所述無線定位信號各自所述的接收時間計算車輛所在位置步驟之后還包括：在駛離停車區(qū)域出口時，路側(cè)單元觸發(fā)所述UWB電子標(biāo)簽進入休眠模式。在上述的基于UWB的車輛定位方法中，優(yōu)選地，在所述接收到無線定位信號后，根據(jù)同步時鐘生成接收時間，并將該接收時間發(fā)送至處理裝置，以使處理裝置根據(jù)至少三個UWB基站接收的針對同一所述無線定位信號各自所述的接收時間計算車輛所在位置步驟之后還包括：將本次計算的車輛位置與前N次計算的車輛位置或前M秒內(nèi)計算的車輛位置比較，如果相同，則通過匹配算法將車輛身份信息與車位位置列表匹配，獲取車輛與車位的對應(yīng)關(guān)系；所述車位位置列表包括各個車位對應(yīng)區(qū)域的質(zhì)心坐標(biāo)，所述車輛身份信息從UWB電子標(biāo)簽發(fā)射的定位信號中獲得或從入口處的視頻識別設(shè)備識別得到。本發(fā)明利用UWB通信技術(shù)實現(xiàn)車輛定位，具有定位精度高，穩(wěn)定性好，車載單元成本低、耗電少、體積小等優(yōu)點。附圖說明圖1為基于UWB車輛定位系統(tǒng)第一實施例的原理框圖；圖2為基于UWB車輛定位系統(tǒng)第二實施例的原理框圖；圖3為基于UWB車輛定位系統(tǒng)第三實施例的原理框圖；圖4－6為基于UWB車輛定位系統(tǒng)第四實施例的原理框圖；圖7為基于UWB車輛定位系統(tǒng)第五實施例的原理框圖；圖8為一些實施例中UWB基站的框圖；圖9－11為UWB基站的三種布局圖；圖12－14為三種定位模型圖；圖15－16為停車位位置示意圖。具體實施方式為了使本發(fā)明的方案更加清楚明白，以下結(jié)合實例對本發(fā)明進一步詳細說明。這些更詳細的描述旨在幫助理解本發(fā)明，而不應(yīng)被用于限制本發(fā)明。根據(jù)本發(fā)明公開的內(nèi)容，本領(lǐng)域技術(shù)人員明白，可以不需要一些或者所有這些特定細節(jié)即可實施本發(fā)明。而在其它情況下，為了避免將發(fā)明創(chuàng)造淡化，未詳細描述眾所周知的操作過程。圖1中示意性地表示了第一實施例的原理及結(jié)構(gòu)。請參照圖1，第一實施例基于UWB車輛定位系統(tǒng)包括：UWB電子標(biāo)簽(圖中未示出)，四個UWB基站11-14，以及用于根據(jù)來自至少三個UWB基站的參數(shù)值確定車輛的位置信息的處理裝置。UWB電子標(biāo)簽設(shè)置于車輛上，用于發(fā)射無線定位信號，如6.5GHZ無線信號。最好在無線定位信號中加載車輛身份信息(如車牌號)和車型信息等。最好在UWB電子標(biāo)簽內(nèi)設(shè)置實現(xiàn)ETC(電子不停車自動收費)系統(tǒng)的無線通信模塊，如5.8GHZ無線通信模塊，以與ETC系統(tǒng)配合實現(xiàn)不停車自動收費。四個UWB基站11-14間隔布置于停車區(qū)域，用于接收UWB電子標(biāo)簽發(fā)射的無線定位信號以及根據(jù)該無線定位信號確定所述車輛相對四個UWB基站11-14的參數(shù)值。其中，一個UWB基站11為主基站，其余三個UWB基站12-14為從基站，由于UWB電子標(biāo)簽設(shè)置于車輛上，UWB電子標(biāo)簽相對于UWB基站的參數(shù)值也就是車輛相對UWB基站11-14的參數(shù)值。處理裝置設(shè)置于主基站，該處理裝置由主基站自身的處理器結(jié)合相應(yīng)軟件實現(xiàn)，以節(jié)約建 設(shè)成本。應(yīng)當(dāng)理解，在主基站中也可以用單獨的處理器結(jié)合相應(yīng)軟件來實現(xiàn)所述處理裝置，而不共用UWB基站本身的處理器。第一實施例中，車輛相對UWB基站的參數(shù)值為信號到達時間，對應(yīng)地，所述處理裝置采用TDOA算法。下面進一步說明該TDOA算法：假設(shè)一個UWB基站為原點，X,Y為定位區(qū)域的二維平面坐標(biāo)，H為基站高度，h為UWB電子標(biāo)簽高度，則四個UWB基站11-14的坐標(biāo)分別為(0,0,H)、(X1,Y1,H)、(X2,Y2,H)、(X3,Y3,H)，UWB電子標(biāo)簽的坐標(biāo)為(XT,YT,h)，UWB電子標(biāo)簽發(fā)射的電磁波(無線定位信號)到達主基站的行駛時間為Vt，UWB電子標(biāo)簽發(fā)射的電磁波到達主基站的到達時間為t0、到達三個從基站的到達時間分別為t1、t2、t3，UWB電子標(biāo)簽與基站高度差Vh＝H-h，該TDOA算法包括：計算UWB電子標(biāo)簽發(fā)射的無線定位信號到達從基站與到達主基站的時間差，τ1＝t1-t0τ2＝t2-t0τ3＝t3-t0采用計算得到的時間差、無線定位信號到達主基站的行駛時間、基站坐標(biāo)和UWB電子標(biāo)簽坐標(biāo)，通過空間坐標(biāo)系中兩點間的距離公式建立如下方程組，(XT-X1)2+(YT-Y1)2+Vh2＝c2(τ1+Vt)2(XT-X2)2+(YT-Y2)2+Vh2＝c2(τ2+Vt)2(XT-X3)2+(YT-Y3)2+Vh2＝c2(τ3+Vt)2XT2+YT2+Vh2＝c2Vt2上式兩邊開平方后有如下三元一次方程，a1XT+b1YT+m1Vt+n1＝0a2XT+b2YT+m2Vt+n2＝0a3XT+b3YT+m3Vt+n3＝0其中，ai＝-2Xibi＝-2Yi均為常數(shù)，i＝1，2，3mi＝-2c2τini=Xi2+Yi2-c2τi2]]>解三元一次方程組得到UWB電子標(biāo)簽在XY平面的坐標(biāo)(XT,YT)及UWB電子標(biāo)簽發(fā)射的電磁波(無線定位信號)到達主基站的行駛時間Vt，再代入上述方程可求得UWB電子標(biāo)簽與 基站高度差Vh，進而可求得h，從而得到UWB電子標(biāo)簽的坐標(biāo)(XT,YT,h)。由于UWB電子標(biāo)簽設(shè)置于車輛上，所以定位的標(biāo)簽位置也就近似于車輛位置。此外，利用三個UWB基站也可以實現(xiàn)定位。三個UWB基站定位理論上是兩個解，但是可以通過對基站工程安裝位置的設(shè)計，例如主基站的坐標(biāo)為(0,0,H)，其余兩個從基站的坐標(biāo)設(shè)計為(X1,0,H)、(X2,0,H)，巧妙地消去二次方程，將二次方程轉(zhuǎn)化成一次方程，從而有唯一解。為了提高定位精度，該定位系統(tǒng)進一步還包括：用于周期性向UWB基站發(fā)射時鐘同步信號的同步信號發(fā)射設(shè)備；以及用于根據(jù)時鐘同步信號計算UWB基站的時鐘偏差進而對UWB基站確定的參數(shù)值進行修正的修正裝置。一種修正裝置包括以下的五個子模塊：第一計算子模塊，用于采用UWB基站的坐標(biāo)和同步信號發(fā)射設(shè)備的坐標(biāo)以及電磁波傳播速度計算時鐘同步信號到達UWB基站所需時間。這里以三個UWB基站定位，同步信號發(fā)射設(shè)備采用一個固定標(biāo)簽D(即，同步信號發(fā)射設(shè)備為一個獨立的裝置。注：該固定標(biāo)簽D并不是指車載的UWB電子標(biāo)簽)為例：假設(shè)固定標(biāo)簽D坐標(biāo)為(Xt,Yt,Ht)，固定標(biāo)簽定時發(fā)射時鐘同步信號，發(fā)射周期為T；三個UWB基站標(biāo)記為A,B,C，其中A為主基站，B,C為從基站，A的坐標(biāo)為(0,0,H)，B的坐標(biāo)為(Xb,Yb,H)，C的坐標(biāo)為(Xc,Yc,H)，指定主基站A為基準(zhǔn)基站，從基站B,C為非基準(zhǔn)基站，通過空間直角坐標(biāo)系中兩點間的距離公式可知，固定標(biāo)簽D發(fā)射的時鐘同步信號到達三個UWB基站A,B,C所需時間TAD,TBD,TCD分別為：TAD=(Xt-0)2+(Yt-0)2+(Ht-H)2/3×108]]>TBD=(Xt-Xb)2+(Yt-Yb)2+(Ht-H)2/3×108]]>TCD=(Xt-Xc)2+(Yt-Yc)2+(Ht-H)2/3×108]]>第二計算子模塊，用于將各非基準(zhǔn)基站測量到的時鐘同步信號到達時間分別與基準(zhǔn)基站測量到的時鐘同步信號到達時間相減，獲得各非基準(zhǔn)基站對應(yīng)的同步信號到達時間差。假設(shè)三個UWB基站A,B,C測量到的時鐘同步信號到達時間分別為T’A,T’B,T’C，將T’B與T’A相減可獲得非基準(zhǔn)基站B對應(yīng)的同步信號到達時間差T’BA，同樣，將T’C與T’A相減可獲得非基準(zhǔn)基站C對應(yīng)的同步信號到達時間差T’CA。第三計算子模塊，用于將非基準(zhǔn)基站對應(yīng)的同步信號到達時間差與時鐘同步信號到達該非基準(zhǔn)基站所需時間相減、再與時鐘同步信號到達基準(zhǔn)基站所需時間相加，獲得當(dāng)前時刻該非基準(zhǔn)基站的時鐘偏差。假設(shè)三個UWB基站A,B,C的時鐘偏差為△tA,△tB,△tC，由于A為基準(zhǔn)基 站(即時鐘是以主基站A為基準(zhǔn)的)，所以△tA＝0，而ΔtB＝TBA-TBD+TADΔtC＝TCA-TCD+TAD從而可以計算出當(dāng)前時刻三個UWB基站A,B,C的時鐘偏差△tA,△tB,△tC。第四計算子模塊，用于采用當(dāng)前時刻UWB基站的時鐘偏差預(yù)測下一時刻UWB基站的時鐘偏差。將當(dāng)前時刻時鐘偏差輸入預(yù)測算法可求得下一時刻UWB基站的時鐘偏差。下面給出了一種預(yù)測算法－卡爾曼濾波預(yù)測算法，該卡爾曼濾波預(yù)測算法如下：ΔT′(t+1)＝ΔT′(t)+a{ΔT(t)-ΔT′(t)}其中，△T(t)為當(dāng)前時刻的時鐘偏差，△T’(t)為當(dāng)前時刻預(yù)測的時鐘偏差，△T’(t+1)為下一時刻預(yù)測的時鐘偏差，t＝1,2,3,4,……,N,△T’(1)＝△T(0)，a可以取常數(shù)，例如a＝0.5，也可以通過最小二乘法求得最優(yōu)的a，例如要使得e＝Σ{ΔT(t)-ΔT′(t)}2＝Σ{ΔT(t)-ΔT′(t-1)-a[ΔT(t-1)-ΔT′(t-1)]}2對e式子中的a進行求導(dǎo)并等于0，則有a(t)＝Σ{ΔT(t)-ΔT′(t-1)}{ΔT(t-1)-ΔT′(t-1)}/Σ{ΔT(t-1)-ΔT′(t-1)}2其中，t＝1,2,3,4,……,N。第五計算子模塊，用于采用預(yù)測到的下一時刻UWB基站的時鐘偏差對下一時刻UWB基站測量到的無線定位信號到達時間進行修正。更具體地說，將下一時刻UWB基站測量到的無線定位信號到達時間減去預(yù)測到的該UWB基站在下一時刻的時鐘偏差，即得到修正時鐘偏差后的到達時間。上述修正裝置通過第一計算子模塊實時計算時鐘同步信號到達各個UWB基站所需時間，能夠應(yīng)用于各種場合，包括主基站可動態(tài)變化的應(yīng)用場合?？梢岳斫獾兀谝恍?yīng)用場合，如果基站位置固定，且主基站是固定不變的，則時鐘同步信號到達各個UWB基站所需時間是固定不變的，因此可以預(yù)先計算出時鐘同步信號到達各個UWB基站所需時間TAD,TBD,TCD存儲于設(shè)備中，而在修正裝置中省略上述的第一計算子模塊。第一實施例中，同步信號發(fā)射設(shè)備設(shè)置于主基站，修正裝置設(shè)置于主基站。工作時，主基站向從基站周期性發(fā)射時鐘同步信號，從基站在不發(fā)送數(shù)據(jù)的時候，接收時鐘同步信號。當(dāng)UWB電子標(biāo)簽發(fā)射出無線定位信號后，所有能接收到該無線定位信號的基站都會計算得到該無線定位信號到達本基站的到達時間(即所述車輛相對UWB基站的參數(shù)值)。從基站將該無線 定位信號的到達時間發(fā)送至主基站，主基站根據(jù)各基站(可包含主基站本身)的“該無線定位信號的到達時間”以及各基站的布局情況，通過TDOA算法計算出UWB電子標(biāo)簽所在車輛的位置。應(yīng)當(dāng)理解，同步信號發(fā)射設(shè)備也可以不設(shè)置在主基站，例如可以由一個獨立的固定標(biāo)簽周期性向UWB基站發(fā)射時鐘同步信號。上述第一實施例中，用一個UWB基站作為主基站，通過該UWB基站自身的處理器結(jié)合相應(yīng)軟件實現(xiàn)所述處理裝置。具有：主基站可以直接進行計算并現(xiàn)場顯示結(jié)果；能夠節(jié)約建設(shè)成本等特點。但由于UWB基站自身的處理器往往計算能力有限，只能實現(xiàn)簡單算法，當(dāng)算法復(fù)雜，或者容量(標(biāo)簽數(shù)量)較大時，將無法提供適當(dāng)?shù)挠嬎隳芰?，因此第一實施例比較適合于較小容量(標(biāo)簽數(shù)量)或現(xiàn)場給出定位結(jié)果的場景。圖2中示意性地表示了第二實施例的原理及結(jié)構(gòu)。請參照圖2，第二實施例基于UWB車輛定位系統(tǒng)包括：UWB電子標(biāo)簽(圖中未示出)，四個UWB基站21-24，用于根據(jù)來自至少三個UWB基站的參數(shù)值確定車輛的位置信息的處理裝置，以及一個工控中心25。UWB電子標(biāo)簽與第一實施例中相同。四個UWB基站21-24間隔布置于停車區(qū)域，用于接收UWB電子標(biāo)簽發(fā)射的無線定位信號以及根據(jù)該無線定位信號確定所述車輛相對四個UWB基站21-24的參數(shù)值。其中，一個UWB基站21為主基站，其余三個UWB基站22-24為從基站。工控中心25通過主基站(即UWB基站21)間接與其余三個UWB基站22-24通信連接。用于根據(jù)來自至少三個UWB基站的參數(shù)值確定車輛的位置信息的處理裝置設(shè)置于工控中心25，工控中心25采用計算機，所述處理裝置由該計算機結(jié)合相應(yīng)軟件實現(xiàn)。第二實施例中，車輛相對UWB基站的參數(shù)值為信號到達時間，對應(yīng)地，所述處理裝置采用TDOA算法。為了提高定位精度，第二實施例的定位系統(tǒng)進一步還包括：用于周期性向UWB基站發(fā)射時鐘同步信號的同步信號發(fā)射設(shè)備；以及用于根據(jù)時鐘同步信號計算UWB基站的時鐘偏差進而對UWB基站確定的參數(shù)值進行修正的修正裝置。同步信號發(fā)射設(shè)備設(shè)置于主基站，修正裝置設(shè)置于工控中心25。TDOA算法及修正算法與第一實施例相同。第二實施例中設(shè)置有工控中心25，工作時，主基站向從基站周期發(fā)射時鐘同步信號，從基站在不發(fā)送數(shù)據(jù)的時候，接收時鐘同步信號。當(dāng)UWB電子標(biāo)簽發(fā)射出無線定位信號后，所有能接收到該無線定位信號的基站都會計算得到該無線定位信號到達本基站的到達時間(即所述車輛相對UWB基站的參數(shù)值)；從基站將該無線定位信號的到達時間發(fā)送至主基站，主基站將各基站(可包含主基站本身)的“該無線定位信號的到達時間”通過無線網(wǎng)絡(luò)(如WIFI，3G，藍牙等)或有線網(wǎng)絡(luò)(如網(wǎng)線，串口等)發(fā)送至工控中心25；工控中心25根據(jù)各基站(可包 含主基站本身)的“該無線定位信號的到達時間”以及各基站的布局情況，通過TDOA算法計算出該UWB電子標(biāo)簽所在車輛的位置。由于工控中心計算能力強，可以實現(xiàn)復(fù)雜算法，而且安裝相應(yīng)軟件后即可實現(xiàn)，不需要另外設(shè)計與開發(fā)。因此，第二實施例尤其適合應(yīng)用于較大容量(標(biāo)簽數(shù)量)或可遠程給出定位結(jié)果的場景。圖3中示意性地表示了第三實施例的原理及結(jié)構(gòu)。請參照圖3，第三實施例基于UWB車輛定位系統(tǒng)包括：UWB電子標(biāo)簽(圖中未示出)，四個UWB基站31-34，用于根據(jù)來自至少三個UWB基站的參數(shù)值確定車輛的位置信息的處理裝置，以及一個工控中心35，其中，一個UWB基站31為主基站，其余三個UWB基站32-34為從基站。此外該定位系統(tǒng)還包括用于周期性向UWB基站發(fā)射時鐘同步信號的同步信號發(fā)射設(shè)備；以及用于根據(jù)時鐘同步信號計算UWB基站的時鐘偏差進而對UWB基站確定的參數(shù)值進行修正的修正裝置。第三實施例與第二實施例基本相同，區(qū)別在于：第二實施例的工控中心通過一個UWB基站(主基站)間接與其余UWB基站通信連接；而在第三實施例中，工控中心35直接與各UWB基站通信連接。圖4－圖6中示意性地表示了第四實施例的原理及結(jié)構(gòu)。請參照圖4-圖6，第四實施例基于UWB車輛定位系統(tǒng)包括：UWB電子標(biāo)簽(圖中未示出)，六個UWB基站41-46，以及用于根據(jù)來自至少三個UWB基站的參數(shù)值確定車輛的位置信息的處理裝置。同時該定位系統(tǒng)還包括用于周期性向UWB基站發(fā)射時鐘同步信號的同步信號發(fā)射設(shè)備；以及用于根據(jù)時鐘同步信號計算UWB基站的時鐘偏差進而對UWB基站確定的參數(shù)值進行修正的修正裝置。UWB電子標(biāo)簽與第一實施例中相同。六個UWB基站41-46均設(shè)置有所述處理裝置、同步信號發(fā)射設(shè)備和修正裝置，因此，每個UWB基站均具備如下功能：發(fā)射時鐘同步信號；接收待定位車輛相對其它UWB基站的參數(shù)值(如標(biāo)簽發(fā)射的無線定位信號到達基站的到達時間)；根據(jù)所述參數(shù)值以及各基站的布局情況計算標(biāo)簽位置。該處理裝置和該修正裝置由其所在UWB基站自身的處理器結(jié)合相應(yīng)軟件實現(xiàn)，以節(jié)約建設(shè)成本。應(yīng)當(dāng)理解，在UWB基站中也可以用單獨的處理器結(jié)合相應(yīng)軟件來實現(xiàn)所述處理裝置和修正裝置，而不共用UWB基站本身的處理器。而且，每個UWB基站還設(shè)置有手動切換開關(guān)或自動控制模塊，用于切換UWB基站內(nèi)部的所述處理裝置、同步信號發(fā)射設(shè)備和修正裝置進入工作狀態(tài)或休眠狀態(tài)。第四實施例中，沒有固定的主基站，工作時，通過手動切換開關(guān)預(yù)置或通過自動控制模塊動態(tài)設(shè)定一個UWB基站41開啟其處理裝置和/或同步信號發(fā)射設(shè)備，額外承擔(dān)同步時鐘信號 發(fā)射的功能及定位計算的功能(即作為主基站使用)。如圖4所示，在這樣的方案中，當(dāng)作為主基站使用的UWB基站41故障時，可以切換另外一個UWB基站42開啟其處理裝置和同步信號發(fā)射設(shè)備，作為主基站使用。因此能夠避免其它方案中主基站故障時整個系統(tǒng)將全部癱瘓的缺陷。進一步來看，第四實施例的方案還可以實現(xiàn)快速擴容，請參照圖5，當(dāng)定位區(qū)域需要擴大時，原主基站(UWB基站41)無法覆蓋所有區(qū)域，此時通過啟動另一個UWB基站44中的處理裝置和同步信號發(fā)射設(shè)備使其作為中繼基站對原主基站無法覆蓋的區(qū)域發(fā)射時鐘同步信號，則對于原主基站無法覆蓋的區(qū)域中的從基站，該中繼基站為它們的主基站，從而實現(xiàn)快速擴容。此外，采用第四實施例的方案，還可以根據(jù)需要切換任意位置的UWB基站開啟其處理裝置作為主基站來執(zhí)行定位計算功能。如圖6所示，用UWB基站41作為主基站，UWB基站44作為中繼基站，在一些情況下實時開啟UWB基站45執(zhí)行定位計算功能。圖7示意性地表示了第五實施例的結(jié)構(gòu)及原理。請參照圖7，第五實施例基于UWB車輛定位系統(tǒng)包括：UWB電子標(biāo)簽71，五個UWB基站72-76(其中一個作為主基站，其余作為從基站)，工控中心(后臺服務(wù)器)77，工控中心77除了執(zhí)行定位算法外，還可用于對車輛的位置信息進行管理等，前述這些部分的原理與第二或第三實施例相同，只是多了一個UWB基站，此處不在贅述。第五實施例中進一步還包括視頻識別子系統(tǒng)78、出入口交易裝置和激活裝置79。視頻識別子系統(tǒng)78與工控中心77通信連接，用于通過視頻跟蹤定位車輛和/或識別車輛身份信息?？梢愿鶕?jù)具體情況在出入口、出入口與停車位之間的通道側(cè)、以及停車位附近等位置配置視頻識別子系統(tǒng)78的視頻識別設(shè)備(攝像頭)。入口的激活裝置用于觸發(fā)所述UWB電子標(biāo)簽開啟定位模塊，進入定位工作模式。出口的激活裝置用于觸發(fā)所述UWB電子標(biāo)簽進入休眠模式。通過在出入口設(shè)置激活裝置，可以延長UWB電子標(biāo)簽的壽命。此外，激活裝置還可以設(shè)備于一個UWB基站內(nèi)。圖8中示意性地表示了一些實施例中UWB基站的結(jié)構(gòu)。請參照圖8，一些實施例中UWB基站包括：天線81，UWB射頻模塊82，時鐘產(chǎn)生模塊，信號處理及控制模塊83，WIFI模塊84，標(biāo)簽激活與通信模塊85、電源自動切換模塊86。天線81用于接收空中的微波信號。UWB射頻模塊82用于將微波信號進行解調(diào)/調(diào)制。時鐘產(chǎn)生模塊用來輸出本地精準(zhǔn)時鐘給信號處理及控制模塊83。信號處理及控制模塊83包括：定位參數(shù)提取模塊、同步模塊、以及對數(shù)據(jù)進行解封裝/組裝的模塊。同步模塊用于發(fā)射時鐘同步信號對其它UWB基站進行時鐘同步，以進一步提高定位精度。WIFI模塊84用于UWB基站之間、以及UWB基站與工控中心之間數(shù)據(jù) (如定位參數(shù))傳輸，目的是為了不占用6.5GHZ的定位信道。標(biāo)簽激活與通信模塊85用于和標(biāo)簽的輔助通信，采用433M頻率，可以進行標(biāo)簽的激活控制以及標(biāo)簽和基站間的數(shù)據(jù)(如激活)傳輸，采用激活模塊后，可以使車輛只有進入停車區(qū)域時才開啟標(biāo)簽的定位模塊，以延長標(biāo)簽壽命。電源自動切換模塊86可以自動對交流輸入和直流輸入進行切換。在上述各實施例中，所有UWB基站間隔地布置于停車區(qū)域內(nèi)，這里所述的停車區(qū)域可以是路內(nèi)停車場、客運場站、地下停車場等等。UWB基站的布局可根據(jù)具體停車場的布局進行設(shè)置，如圖9－圖11依次示出了在路內(nèi)停車場、客運場站、地下停車場UWB基站的布局情況，其中圓圈表示UWB基站，每個矩形區(qū)域表示一個停車位。在上述各實施例中，處理裝置被設(shè)置在主基站、或所有UWB基站、或工控中心，可以利用工控中心或UWB基站自身的CPU結(jié)合相應(yīng)算法(如TDOA算法)實現(xiàn)，也可以用獨立的處理器實現(xiàn)。此外，處理裝置本身也可以作為一個獨立的裝置，如果是獨立裝置則應(yīng)具備通信功能，以實現(xiàn)其與基站及工控中心的通信。上述實施例中，車輛相對UWB基站的參數(shù)值為信號到達時間，對應(yīng)地，所述處理裝置采用TDOA算法。但本發(fā)明并不限于此，本發(fā)明中車輛相對UWB基站的參數(shù)值可以是各種能夠通過數(shù)學(xué)模型計算出車輛位置的參數(shù)值，優(yōu)選接收信號強度(RSSI)、信號到達時間(TOA)、到達角度(AOA)，更優(yōu)選信號到達時間(TOA)。當(dāng)選用RSSI或者TOA作為定位參數(shù)時，可通過圓形/球形定位模型來確定目標(biāo)(即車輛)的位置信息。當(dāng)選用AOA作為定位參數(shù)時，可通過角度定位模型來確定目標(biāo)的位置信息。下面對一些定位模型進行說明：1、圓形/球形定位模型：圓形定位是對二維平面的目標(biāo)定位，通過測量參考節(jié)點(即UWB基站)接收到目標(biāo)節(jié)點(即載有UWB電子標(biāo)簽的車輛)定位信號的RSSI或者TOA，由此計算出參考節(jié)點到目標(biāo)節(jié)點的距離，由目標(biāo)節(jié)點到參考節(jié)點的距離d可以確定一個圓形，目標(biāo)節(jié)點一定位于該圓上。當(dāng)同時有N(N>＝3)個參考節(jié)點參與測距定位時，多個圓形之間的交點就是對應(yīng)目標(biāo)的位置，如圖12所示。球形定位則是對三維空間的目標(biāo)實現(xiàn)定位。由此定義一組圓形方程：(x-xi)2+(y-yi)2=ri......i=1,2,3.]]>求解上述方程組就可以得到目標(biāo)節(jié)點的坐標(biāo)值。理論上只需要2個方程即可求得方程的解，但在實際中由于各種誤差源的存在，需要對3個以上的方程進行最小方差或是最大似然處理才能得到目標(biāo)節(jié)點的位置。在三維空間，目標(biāo)節(jié)點N的位置坐標(biāo)為(x，y，z)，通過計算目標(biāo)節(jié)點N與參考節(jié)點Ni之間的距離ri，從而得到以Ni為球心，以ri為球半徑的球面，則N位于這些球面的交點，得到方程組：(x-xi)2+(y-yi)2+(z-zi)2=ri......i=1,2,3,4.]]>選取4個以上的參考節(jié)點建立方程組進行計算，可以在三維空間中計算出目標(biāo)節(jié)點的位置坐標(biāo)。2、雙曲線/面定位模型：這種定位模型是通過測量不同參考節(jié)點接收到同一目標(biāo)節(jié)點定位信號的TDOA，從而計算出不同參考節(jié)點到目標(biāo)節(jié)點的距離差，由目標(biāo)節(jié)點到任何兩個參考節(jié)點的距離差可以確定一組雙曲線。當(dāng)同時有N(N>＝3)個參考節(jié)點參與測距時，多個雙曲線之間的交點就得到對目標(biāo)位置的估計。與TOA相比，它的主要好處是不需要再精確地求得參考節(jié)點和目標(biāo)節(jié)點的響應(yīng)和處理時延，只要求所有參與測量的參考節(jié)點的時鐘是同步的。參照圖13，二維平面中，當(dāng)參考節(jié)點A和B與目標(biāo)節(jié)點X間的距離差為d1時，目標(biāo)節(jié)點必定位于以A和B為焦點，與兩個焦點的距離差恒為d1的實線所確定的雙曲線上。當(dāng)同時測得參考節(jié)點A和C與目標(biāo)節(jié)點X的距離差為d2時，就可以得到另一組以A和C為焦點，且與焦點的距離差恒為d2的實線表示的雙曲線對上，兩組雙曲線的交點即為目標(biāo)節(jié)點的位置。3、角度定位模型角度定位模型的幾何原理是測量目標(biāo)節(jié)點以LOS(LOSLightofSight，視距傳輸)到達參考節(jié)點的信號角度，目標(biāo)節(jié)點必然位于該角度所對應(yīng)的一條直線上，也就是利用AOA信息定位的一個幾何模型。參照圖14，當(dāng)兩個參考節(jié)點N1和N2同時測得目標(biāo)發(fā)出信號的LOS的到達角度后，其相應(yīng)的兩條直線的交點N即為目標(biāo)節(jié)點所在的位置。假設(shè)參考節(jié)點N1和參考節(jié)點N2分別測得目標(biāo)節(jié)點發(fā)出的信號的到達角度為θ1和θ2，則得到方程組如下：tan(θ1)=x-x1y-y1tan(θ2)=x-x2y-y2]]>解這個方程組即可以得到目標(biāo)節(jié)點的坐標(biāo)值。可以看出，角度測量定位模型只需兩個參考節(jié)點即可，當(dāng)然，參與定位的參考節(jié)點數(shù)目越多，其數(shù)據(jù)的冗余度越高，定位的精度和成功率就會越高。UWB基站、處理裝置、工控中心和視頻識別子系統(tǒng)最好都配置具有中繼功能的WIFI模塊，以實現(xiàn)穩(wěn)定的無線通信。一些實施例車輛定位方法包括以下步驟：接收同步信號發(fā)射設(shè)備發(fā)射的時鐘同步信號，并實時同步時鐘。具體而言，可以通過上述修正算法修正時鐘偏差實現(xiàn)時鐘同步；接收進入停車區(qū)域的車輛所載的UWB電子標(biāo)簽發(fā)射的無線定位信號；接收到無線定位信號后，根據(jù)同步時鐘生成接收時間(即信號到達時間)，并將該接收時間發(fā)送至處理裝置，以使處理裝置根據(jù)至少三個UWB基站接收的針對同一所述無線定位信號各自所述的接收時間計算車輛所在位置。為了達到節(jié)省UWB電子標(biāo)簽的電能及延長其壽命的目的，進一步在所述接收同步信號發(fā)射設(shè)備發(fā)射的時鐘同步信號，并實時同步時鐘步驟之后；所述接收進入停車區(qū)域的車輛所載的UWB電子標(biāo)簽發(fā)射的無線定位信號步驟之前還包括：在駛?cè)胪＼噮^(qū)域入口時，路側(cè)單元激活所述UWB電子標(biāo)簽進入定位工作模式，即啟動定位模塊，如無線定位信號(6.5GHZ信號)的發(fā)送與接收模塊；以及，在所述接收到無線定位信號后，根據(jù)同步時鐘生成接收時間，并將該接收時間發(fā)送至處理裝置，以使處理裝置根據(jù)至少三個UWB基站接收的針對同一所述無線定位信號各自所述的接收時間計算車輛所在位置步驟之后還包括：在駛離停車區(qū)域出口時，路側(cè)單元觸發(fā)所述UWB電子標(biāo)簽進入休眠模式，即并閉定位模塊。為了達到方便車主找車的目的，進一步，在所述接收到無線定位信號后，根據(jù)同步時鐘生成接收時間，并將該接收時間發(fā)送至處理裝置，以使處理裝置根據(jù)至少三個UWB基站接收的針對同一所述無線定位信號各自所述的接收時間計算車輛所在位置步驟之后還包括：將本次計算的車輛位置與前N次計算的車輛位置或前M秒內(nèi)計算的車輛位置比較，如果相同(這里的所說的“相同”不應(yīng)理解為完全相等，而是基本相等就可以，例如差值介于-0.5米至+0.5米之間即可)，則通過匹配算法將車輛身份信息與車位位置列表匹，配獲取車輛與車位的對應(yīng)關(guān)系。所述車位位置列表包括各個車位對應(yīng)區(qū)域的質(zhì)心坐標(biāo)，具體地，如圖15中，A、B、C、D、E、F、G為矩形停車位，用矩形質(zhì)心坐標(biāo)作為對應(yīng)停車位的位置參數(shù)，將該車位位置列表預(yù)置在系統(tǒng)的主基站或工控中心等，以實現(xiàn)上述匹配步驟。所述車輛身份信息從UWB電子標(biāo)簽發(fā)射的定位信號中獲得或從入口處的視頻識別設(shè)備識別得到。為了達到對一些未安裝UWB電子標(biāo)簽的車輛定位的目的，進一步，上述定位方法還包括以下步驟：用停車區(qū)域出入口的視頻識別設(shè)備識別車牌號，用出入口和停車位之間的視頻識別設(shè)備跟蹤車輛行駛軌跡，用停車位附近的視頻識別設(shè)備識別停車位是否有車輛。如圖16所示， 攝像機照射ABCEDFG停車位，通過相應(yīng)算法(如背景差分法)可以區(qū)分有車的車位(圖中有陰影車位)和無車的車位。更進一步還可以包括：對無UWB電子標(biāo)簽的車輛與停車位進行對應(yīng)，方便管理方管理和車主查找。由于入口已經(jīng)對車輛進行車牌視頻識別，同時車輛行駛路徑上對車輛進行了視頻跟蹤，停車位上也對車輛進行視頻跟蹤與匹配，所以無標(biāo)簽車輛的車牌號碼已經(jīng)在入口可以得到，那么無標(biāo)簽車輛的車牌號碼與其所在停車位也能一一對應(yīng)。進一步，上述定位方法還包括以下步驟：對視頻識別子系統(tǒng)定位結(jié)果和UWB無線定位結(jié)果處理，區(qū)分車位上有UWB電子標(biāo)簽的車輛和無UWB電子標(biāo)簽的車輛。由于視頻識別設(shè)備可識別出車輛停車車位，而無線定位技術(shù)可以識別出有標(biāo)簽車輛的停車車位，那么在視頻識別設(shè)備識別出的車輛停車車位中去除有標(biāo)簽車輛的停車車位，剩下的就是無標(biāo)簽車輛的停車位置。當(dāng)前第1頁1 2 3