[发明专利]一种基于车路专用短程通信的车辆协同定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于车路专用短程通信的车辆协同定位方法，属于智能车路协同系统和车路无线通信技术交叉技术领域。

背景技术

智能车路协同系统(Intelligent Vehicle-Infrastructure Cooperative System，I-VICS)是近年来交通科学发展的前沿方向。该系统依靠车载、路侧传感设施感知车辆、道路的状态信息，通过车路无线通信技术，尤其是目前各国大力投入研究、政策推进，为车路通信系统制定的专用短程通信技术(Dedicated Short Range Communications，DSRC)，来实现车车、车路之间的信息交互共享。在信息共享的交通系统中：一方面，对于车车(Vehicle-to-Vehicle，V2V)系统，车辆收到邻居车辆节点的状态信息，如邻居车辆的位置与速度信息，以此做出智能决策并将决策结果转化为控制信号，操控车辆下一步姿态，实现车辆碰撞避免、队列跟驰、换道超车等智能车车协同应用；另一方面，对于车路(Vehicle-to-Infrastructure，V2I)系统，布设于十字交叉路口的信号灯可以通过专用短程通信技术向四周广播其相位状态信息，车辆将收到信号灯相位信息与自身状态信息融合，如车辆自身的位置与速度信息，计算出车辆顺利通过十字交叉路口的最优建议车速，保证驾驶员以较为均匀的速度顺利通过十字交叉路口，减少或避免驾驶员不当的“起-停”操作，从而正确引导驾驶员的驾驶行为，有效降低区域路网中车辆的排放与油耗。

在智能车路协同系统中，车辆位置信息是实现车车、车路典型场景中最为重要的信息之一。最为常见的获取车辆位置信息的方式是通过全球卫星定位系统，该系统的顺利运行需要保证同时收到四颗以上的卫星信号。然而，在城市或隧道中，由于“高楼峡谷”现象以及隧道的封闭结构，卫星信号被严重遮挡，卫星信号与接收端的链路处于严重的“非视距”情况，此时卫星定位系统将不能提供位置信息，或者可提供的位置信息与真实位置信息有较大偏差，不能满足车路协同系统的应用需求。随着车车、车路通信技术的普及发展，具备专用短程通信技术的车载通信单元、路侧通信单元将在交通路网中逐步铺开。由于车车、车路链路往往处于良好“视距”情况，这将十分有利于运用无线信号的测距与测角原理，以获得车辆较为精确的位置信息。

多重信号分类方法(Multiple Signal Classification，MUSIC)，是信号谱分析和统计信号处理中经典的信号波达角估计方法，在绝大数情况下，具有极好的估计性能。压缩感知(Compressive Sensing，CS)方法是近来国际上较为热门的一个研究方向，主要应用于雷达成像、医学成像、图像处理等研究领域，其主要思想是利用原始信号的稀疏特征，通过较少的观测次数由观测信号恢复原始信号。贝叶斯压缩感知(Bayesian Compressive Sensing，BCS)是压缩感知研究方向中的一个分支，它采用传统的贝叶斯和基于相关向量机(Relevance Vector Machine，RVM)的机器学习方法，来恢复原始信号，该方法在无信号先验知识条件下，仍然具备良好的恢复性能，并且在有噪声条件下具备良好的鲁棒性。近年来，已有相关研究将贝叶斯压缩感知方法运用于信号波达角估计，该方法在无先验知识情况下，与经典的多重信号分类方法比较，具有更好的估计性能。

由此，如何有效利用现有的技术资源，来解决城市或隧道等弱卫星信号覆盖区域的车辆位置信息获取问题，是当前智能车路协同系统发展中需要迫切解决的问题。

车辆位置信息是智能车路协同系统中重要的信息资源，其一，微观的看，车辆位置信息可用于实现车队管理、车辆定位导航、车车协同避撞等功能；其二，宏观的看，一条线或一个面的车辆位置信息，可以转化为一条路或一个网的交通态势信息，如交通流量、排队时间等，这是实现交通拥堵预测、路径动态诱导等功能的前提和基础。但是，目前城市中常见的车辆定位方法，如卫星、视频等定位技术，在具体实施应用中都存在一定的缺陷，难以全时空、全天候的保障数据的准确性。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提出一种基于车路专用短程通信的车辆协同定位方法，充分利用城市或隧道中车辆周围与道路两侧的专用短程通信信号资源，解决城市或隧道等卫星信号弱覆盖区域内车辆位置信息获取问题。

本发明是一种基于车路专用短程通信的车辆协同定位方法，通过下述步骤实现：

步骤一、建立直连信号因子和路径衰减指数的函数关系；

步骤二，在t时刻，路侧通信单元i接收车辆k发出的专用短程通信信号；