用于車輛定位的uwb基站的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及車輛定位系統(tǒng)，更具體地說，涉及一種用于車輛定位的UWB基站， 主要用于停車場、場站、路邊/路內(nèi)停車區(qū)域的停車自動(dòng)收費(fèi)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著機(jī)動(dòng)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(duì)于室內(nèi)近距離定位，其精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到要求?；趶V 泛普及的無線局域網(wǎng)（WLAN)的通信技術(shù)，如21§13的、1^10、11?1、藍(lán)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(hào)強(qiáng)度指示（RSSI)來實(shí)現(xiàn)，定位 精度不高，一般在3~5m?；赗FID的定位技術(shù)是通過射頻識(shí)別標(biāo)簽（Tags)或者無線收 發(fā)器來存儲(chǔ)和非接觸地發(fā)送數(shù)據(jù)來進(jìn)行自動(dòng)身份辨認(rèn)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(dá)到較 高的精度，通常需要大量的參考點(diǎn)和檢測天線，同時(shí)不同的環(huán)境對(duì)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(hào)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(lán)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(hào)干擾大的缺 點(diǎn)?，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(dòng)收費(fèi)領(lǐng)域得以推廣應(yīng)用。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003] 本實(shí)用新型的目的是針對(duì)現(xiàn)有定位技術(shù)無法在停車自動(dòng)收費(fèi)領(lǐng)域應(yīng)用的問題，提 供一種用于車輛定位的UWB基站。
[0004] 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(jí) 的非正弦波窄脈沖傳輸數(shù)據(jù)。美國聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC，F(xiàn)ederalcommunications commission)對(duì)UWB的定義是：帶寬大于500MHz，或相對(duì)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(duì)帶寬小于1%， 寬帶指的相對(duì)帶寬在1 %到25%之間，而相對(duì)帶寬大于25%，而且中心頻率大于500MHz的 無線電技術(shù)，稱為UWB。
[0005] 本實(shí)用新型提供的一種用于車輛定位的UWB基站包括信號(hào)處理及控制模塊，連接 于所述信號(hào)處理及控制模塊的UWB射頻模塊和通信接口模塊，連接于所述UWB射頻模塊的 天線，以及用于實(shí)現(xiàn)與其它UWB基站時(shí)鐘同步的同步模塊。
[0006] 在上述的用于車輛定位的UWB基站中，優(yōu)選地，該UWB基站還包括用于實(shí)現(xiàn)對(duì)配套 UWB電子標(biāo)簽的激活控制和/或數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉?biāo)簽激活與通信模塊。
[0007] 在上述的用于車輛定位的UWB基站中，優(yōu)選地，所述通信接口模塊為WIFI模塊。
[0008] 在上述的用于車輛定位的UWB基站中，優(yōu)選地，所述WIFI模塊為具備中繼功能的 WIFI模塊。
[0009] 在上述的用于車輛定位的UWB基站中，優(yōu)選地，該UWB基站還包括用于實(shí)現(xiàn)交流輸 入和直流輸入自動(dòng)切換的電源自動(dòng)切換模塊。
[0010] 在上述的用于車輛定位的UWB基站中，優(yōu)選地，所述同步模塊設(shè)置于所述信號(hào)處 理及控制模塊內(nèi)。
[0011] 在上述的用于車輛定位的UWB基站中，優(yōu)選地，所述UWB射頻模塊和標(biāo)簽激活與通 信模塊連接于信號(hào)處理及控制模塊的SPI總線，所述通信接口模塊連接于信號(hào)處理及控制 模塊的USB總線。
[0012] 在上述的用于車輛定位的UWB基站中，優(yōu)選地，該UWB基站為便攜式基站、移動(dòng)式 基站或固定式基站。
[0013] 在上述的用于車輛定位的UWB基站中，優(yōu)選地，所述UWB射頻模塊用于處理6. 5GHZ 無線信號(hào)，所述標(biāo)簽激活與通信模塊用于處理5. 8GHZ無線信號(hào)。
[0014] 本用于車輛定位的UWB基站與配套的UWB電子標(biāo)簽等構(gòu)成基于UWB的車輛定位系 統(tǒng)，能夠?qū)囕v實(shí)現(xiàn)高精度定位，且定位穩(wěn)定性好。而且與其配套的UWB電子標(biāo)成本低、耗 電少、體積小，能夠降低車輛定位的實(shí)現(xiàn)成本。
【附圖說明】
[0015] 圖1為一些實(shí)施例UWB基站的框圖；
[0016] 圖2為基于UWB車輛定位系統(tǒng)的原理框圖；
[0017] 圖3 - 5為UWB基站的三種布局圖；
[0018] 圖6 - 8為三種定位模型圖；
[0019] 圖9 一 10為停車位位置示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 為了使本實(shí)用新型的方案更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步詳細(xì) 說明。這些更詳細(xì)的描述旨在幫助理解本實(shí)用新型，而不應(yīng)被用于限制本實(shí)用新型。根據(jù) 本實(shí)用新型公開的內(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(xì)節(jié)即 可實(shí)施本實(shí)用新型。而在其它情況下，為了避免將實(shí)用新型創(chuàng)造淡化，未詳細(xì)描述眾所周知 的操作過程。
[0021] 請參照圖1，一些實(shí)施例的UWB基站包括：天線21，UWB射頻模塊22,時(shí)鐘產(chǎn)生模 塊，信號(hào)處理及控制模塊23,通信接口模塊（WIFI模塊）24,標(biāo)簽激活與通信模塊25、電源轉(zhuǎn) 換模塊26。UWB射頻模塊22和標(biāo)簽激活與通信模塊25連接于信號(hào)處理及控制模塊23的 SPI總線，通信接口模塊24連接于信號(hào)處理及控制模23塊的USB總線。天線21用于接收 空中的微波信號(hào)。UWB射頻模塊22用于將微波信號(hào)進(jìn)行解調(diào)/調(diào)制。時(shí)鐘產(chǎn)生模塊用來輸 出本地精準(zhǔn)時(shí)鐘給信號(hào)處理及控制模塊23。信號(hào)處理及控制模塊23包括：定位參數(shù)提取 模塊、同步模塊、以及對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解封裝/組裝的模塊。同步模塊用于對(duì)其它UWB基站進(jìn)行 時(shí)鐘同步，以進(jìn)一步提高定位精度。WIFI模塊用于UWB基站之間、以及UWB基站與后臺(tái)服務(wù) 器之間數(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25用于和標(biāo)簽的輔助通信，采用433M頻率，可以進(jìn)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(jìn)入停車區(qū)域時(shí)才開啟標(biāo)簽的 定位模塊，以延長標(biāo)簽壽命。
[0022] 參照圖2,采用上述UWB基站的一些車輛定位系統(tǒng)包括：UWB電子標(biāo)簽1，至少三個(gè) UWB基站2 (其中一個(gè)作為主基站，其余作為從基站），處理裝置（圖中未示出），后臺(tái)服務(wù)器 3,視頻識(shí)別子系統(tǒng)4,出入口激活與交易模塊5。后臺(tái)服務(wù)器3與主基站通信連接，用于對(duì) 車輛的位置信息進(jìn)行管理。
[0023] UWB電子標(biāo)簽1設(shè)置于車輛上，用于發(fā)射無線定位信號(hào)，如6. 5GHZ無線信號(hào)。最好 在無線定位信號(hào)中加載車輛身份信息（如車牌號(hào)）和車型信息等。最好在UWB電子標(biāo)簽1 內(nèi)設(shè)置實(shí)現(xiàn)ETC(電子不停車自動(dòng)收費(fèi)）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(shí)現(xiàn)不停車自動(dòng)收費(fèi)。
[0024]UWB基站2用于接收UWB電子標(biāo)簽1發(fā)射的無線定位信號(hào)以及根據(jù)該無線定位信 號(hào)分別獲取各UWB基站2相對(duì)所述車輛的參數(shù)值。這里所說的UWB基站相對(duì)車輛的參數(shù)可 以是各種能夠通過數(shù)學(xué)模型計(jì)算出車輛位置的參數(shù)，優(yōu)選接收信號(hào)強(qiáng)度（RSSI)、信號(hào)到達(dá) 時(shí)間（TOA)、到達(dá)時(shí)間差（TDOA)、到達(dá)角度（AOA)，更優(yōu)選到達(dá)時(shí)間差（TDOA)。
[0025] 所有UWB基站2間隔地布置于停車區(qū)域內(nèi)，停車區(qū)域可以是路內(nèi)停車場、客運(yùn)場 站、地下停車場等等。UWB基站2的布局可根據(jù)具體停車場的布局進(jìn)行設(shè)置，如圖3 - 5分別 示出了在一些路內(nèi)停車場、客運(yùn)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(gè)矩形區(qū)域表示一個(gè)停車位。
[0026] 定位系統(tǒng)的處理裝置（圖中未示出）用于根據(jù)來自至少三個(gè)UWB基站的參數(shù)值確 定車輛的位置信息，即用于將UWB基站確定的定位參數(shù)值代入數(shù)學(xué)模型，來確定車輛的位 置信息。該處理裝置可以是一個(gè)獨(dú)立的裝置，也可以設(shè)置于主基站或后臺(tái)服務(wù)器3,如果是 獨(dú)立裝置則應(yīng)具備通信功能，以實(shí)現(xiàn)其與基站及后臺(tái)服務(wù)器的通信。
[0027] 當(dāng)選用RSSI或者TOA作為定位參數(shù)時(shí)，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TDOA作為定位參數(shù)時(shí)，可通過雙曲線/面定位模型來確定 目標(biāo)的位置信息。當(dāng)選用AOA作為定位參數(shù)時(shí)，可通過角度定位模型來確定目標(biāo)的位置信 息。
[0028] 1、圓形/球形定位模型：
[0029] 圓形定位是對(duì)二維平面的目標(biāo)定位，通過測量參考節(jié)點(diǎn)（即UWB基站）接收到目 標(biāo)節(jié)點(diǎn)（即載有UWB電子標(biāo)簽的車輛）定位信號(hào)的RSSI或者TOA，由此計(jì)算出參考節(jié)點(diǎn)到 目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的距離，由目標(biāo)節(jié)點(diǎn)到參考節(jié)點(diǎn)的距離d可以確定一個(gè)圓形，目標(biāo)節(jié)點(diǎn)一定位于 該圓上。當(dāng)同時(shí)有N(N> = 3)個(gè)參考節(jié)點(diǎn)參與測距定位時(shí)，多個(gè)圓形之間的交點(diǎn)就是對(duì)應(yīng) 目標(biāo)的位置，如圖6所示。球形定位則是對(duì)三維空間的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)定位。
[0030] 由此定義一組圓形方程：
[0031]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于車輛定位的UWB基站，其特征在于：該UWB基站包括信號(hào)處理及控制模塊 (23) ，連接于所述信號(hào)處理及控制模塊的UWB射頻模塊（22)和通信接口模塊（24)，連接于 所述UWB射頻模塊的天線（21)，以及用于實(shí)現(xiàn)與其它UWB基站時(shí)鐘同步的同步模塊。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于車輛定位的UWB基站，其特征在于：該UWB基站還包括 用于實(shí)現(xiàn)對(duì)配套UWB電子標(biāo)簽的激活控制和/或數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉?biāo)簽激活與通信模塊（25)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于車輛定位的UWB基站，其特征在于：所述通信接口模塊 (24) 為WIFI模塊。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于車輛定位的UWB基站，其特征在于：所述WIFI模塊為具 備中繼功能的WIFI模塊。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的用于車輛定位的UWB基站，其特征在于：該UWB基 站還包括用于實(shí)現(xiàn)交流輸入和直流輸入自動(dòng)切換的電源自動(dòng)切換模塊（26 )。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的用于車輛定位的UWB基站，其特征在于：所述同 步模塊設(shè)置于所述信號(hào)處理及控制模塊（23)內(nèi)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于車輛定位的UWB基站，其特征在于：所述UWB射頻模塊 (22)和標(biāo)簽激活與通信模塊（25)連接于信號(hào)處理及控制模塊（23)的SPI總線，所述通信 接口模塊（24)連接于信號(hào)處理及控制模塊（23)的USB總線。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的用于車輛定位的UWB基站，其特征在于：該UWB基 站為便攜式基站、移動(dòng)式基站或固定式基站。
9. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于車輛定位的UWB基站，其特征在于：所述UWB射頻模塊 (22)為用于處理6. 5GHZ無線信號(hào)的UWB射頻模塊（22)，所述標(biāo)簽激活與通信模塊（25)為 用于處理5. 8GHZ無線信號(hào)的標(biāo)簽激活與通信模塊（25)。
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了一種用于車輛定位的UWB基站，該UWB基站包括信號(hào)處理及控制模塊，連接于所述信號(hào)處理及控制模塊的UWB射頻模塊和通信接口模塊，連接于所述UWB射頻模塊的天線，以及用于實(shí)現(xiàn)與其它UWB基站時(shí)鐘同步的同步模塊。該UWB基站與配套的UWB電子標(biāo)簽等構(gòu)成基于UWB的車輛定位系統(tǒng)，能夠?qū)囕v實(shí)現(xiàn)高精度定位，且定位穩(wěn)定性好。
【IPC分類】H04W64-00, G06K17-00, H04W88-08
【公開號(hào)】CN204442708
【申請?zhí)枴緾N201420872315
【發(fā)明人】吳昊, 周維
【申請人】深圳市金溢科技股份有限公司
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2014年12月31日