CN104539347A

CN104539347A - 一种基于有向天线的车辆相对位置判断方法

Info

Publication number: CN104539347A
Application number: CN201510007816.1A
Authority: CN
Inventors: 黄刘生; 冷冰; 王兴隆; 杨晨凯; 徐宏力
Original assignee: Suzhou Institute for Advanced Study USTC
Current assignee: Suzhou Institute for Advanced Study USTC
Priority date: 2015-01-08
Filing date: 2015-01-08
Publication date: 2015-04-22
Anticipated expiration: 2035-01-08
Also published as: CN104539347B

Abstract

本发明公开了一种基于有向天线的车辆相对位置判断方法，车辆在车头、车尾和车身两侧分别安装定向天线，所述定向天线的方向均背离车身向外，包括以下步骤 : 天线对外广播包含车辆自身唯一标识信息的无线信号，同时监听周围存在的无线信号，并将接收的信号实时汇聚到车载终端；车载终端对获取的数据信息处理；通过多组天线的信号强度（ RSSI ）来判定车辆的相对位置。该方法能够充分利用车联网中车载设备的特性，通过对车载设备的数据分析得出直观的车辆相对位置的结论，更好的适应车联网特性、较为准确而迅速的判断车辆的相对位置。

Description

一种基于有向天线的车辆相对位置判断方法

技术领域

本发明属于车联网技术领域，具体涉及一种基于有向天线的车辆相对位置判断方法。

背景技术

车联网(Internet of Vehicles)概念引申自物联网(Internet of Things)，定义是指装载在车辆上的电子标签通过无线射频等识别技术，实现在信息网络平台上对所有车辆的属性信息和静、动态信息进行提取和有效利用，并根据不同的功能需求对所有车辆的运行状态进行有效的监管和提供综合服务的系统。然而目前的车联网研究中对于车辆相对位置的研究还存在一些问题。其一，现有的车联网相对位置判定过分依赖于车载摄像头，然而车载摄像头安装位置相对固定，无法获得车辆周围360度视野，同时车载摄像头获取的图像信息在处理上速度无法满足应用需求。其二，其他车联网技术仅仅能够判断周围存在车辆，但没有判断该车辆相对于自身位置的能力。

为此，本发明提供一种基于有向天线的相对位置判断方法，来解决现有研究中存在的问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于有向天线的车辆相对位置判断方法，充分利用车联网中车载设备的特性，通过对车载设备的数据分析得出直观的车辆相对位置，更好的适应车联网特性、较为准确而迅速的判断车辆的相对位置，对于行车安全以及车联网中的其他应用开发具有重大意义。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：一种基于有向天线的车辆相对位置判断方法，每辆车在车头、车尾和车身两侧分别安装定向天线，所述定向天线的方向均背离车身向外，该方法包括以下步骤:

(1)天线对外广播包含车辆自身唯一标识信息的无线信号，同时监听周围存在的无线信号，并将接收的信号实时汇聚到车载终端；

(2)车载终端对获取的数据信息处理；

(3)以车载终端所在车辆的天线对RSSI数据进行分组，分别判断与被定位车辆的相对位置；

(4)综合多组天线的判定结果来判断车辆间的相对位置。

进一步的，所述车载终端筛选出同一周期内某一辆车所有天线发射的RSSI数据，相对位置的判断方法包括以下步骤：

将两车的天线按照前后和左右方向分为两组；

将本车接收到的数据按照发送天线和接收天线组别的不同分成四个发送接收组；

选取本车接收到的被定位车辆的天线中RSSI平均值最大的一根天线数据；

计算本车每组天线的信号数据的平均RSSI差值；

选取差值的绝对值大的一组天线作为判定依据，以该组天线获取的数据判定被定位车辆与本车的相对位置。

进一步的，将判定结果按照本车的接收天线组进行分组，分成第一接收天线组和第二接收天线组；

如果第一接收天线组和第二接收天线组的所有判定结果一致则将该结果作为该组最终的车辆相对位置判定结果；

如果判定结果间有冲突则该组的最终车辆相对位置判定结果为“无法判断”。

进一步的，如果第一接收天线组和第二接收天线组结果冲突，提取出本车平均信号强度最大的一根天线对于被定位车辆四根天线的信号强度数据；选取同一时刻被定位车辆相对位置的两组天线的数据中信号强度差值最大的一组数据进行甄别，数据值较大的那一项数据所对应的车载天线所指方向判定为该车辆相对于本车的方向。

相对于现有技术中的方案，本发明的优点是：

1.不依赖于车载摄像头，杜绝了视觉死角以及信息处理延迟过高的问题。

2.本发明提供了简洁但明确的车辆相对位置判断方法，在实际应用中具有较高的实用性。本发明采用的车联网设备设置合理，在实际运行中有较高的效率，并且可以作为车联网中车辆防碰撞等具体应用的基础。

3.该方法能够充分利用车联网中车载设备的特性，通过对车载设备的数据分析得出直观的车辆相对位置的结论，更好的适应车联网特性、较为准确而迅速的判断车辆的相对位置，对于行车安全以及车联网中的其他应用开发具有重大意义。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明基于有向天线的相对位置判断方法的车辆感应示例图。

具体实施方式

为使发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

实施例：

一种基于有向天线的车辆相对位置判断方法，充分利用车联网中车载设备的特性，通过对车载设备的数据分析得出直观的车辆相对位置的结论，更好的适应车联网特性、较为准确而迅速的判断车辆的相对位置，对于行车安全以及车联网中的其他应用开发具有重大意义。

1.有向天线安放设计

如图1所示，车联网中的车辆需要在车头、车尾和车身两侧分别安装4个有向天线，所有天线的方向均背离车身向外。

在车辆行驶过程中，所有天线都将等功率不间断对外广播包含车辆自身唯一标识信息的无线信号，同时监听周围存在的无线信号，同时将接收到的信号实时汇聚到车辆自身装载的车载终端上，由车载终端来对获取的数据信息进行处理并且判断周围是否有其他车辆以及该车辆相对于自身的位置。

在一条道路上，如果存在多辆装有车载定向天线和车载终端的车辆行驶时，不同的车辆就可以通过定向天线的无线信号来相互感知对方的存在，同时根据获取的数据判断双方的相对位置，车辆A和车辆B同向行驶在同一条道路上，车辆A上装有的四根天线中的任意一根所获取的车辆B上四根天线发射出的无线信号均可以用来作为车辆A判断其相对于车辆B的所在位置。

2.车辆相对位置判断机制

车载有向天线在运行过程中会自动广播包含有车辆自身信息的无线信号，同时也在监听周围的无线信号。车载有向天线会周期性的将所探测到的无线信息数据向车载终端汇总，车载终端从数据中筛选出并非是自身车辆广播的信息即可得到车辆周边其他车辆的信息。

车辆的相对位置判断主要是通过多组天线的信号强度(RSSI)来判定的，车载终端筛选出同一周期内某一辆车的四根天线发出的所有信号数据，并按照RSSI值选出对该车对本车最有区分度的一组天线的数据，并根据数据的大小来判定该车相对于本车的相对位置。

车载有向天线向车载终端提供数据信息的流程如下：

(1)车载有向天线不间断的等功率对外广播包含车辆唯一标识信息的无线信号；

(2)车载有向天线实时监听周围存在的无线信号；

(3)车载有向天线将监听到的无线信息周期性发送给车载终端；

(4)车载终端对接收到的信息进行解析处理，舍弃车辆自身广播的数据信息。

(5)车载终端对剩余数据信息进行按车辆分类，判定周围车辆数目，并依据自身设定的相对位置判断算法，判定周围车辆相对于本车的位置。

车载终端判断周围车辆相对自身的位置流程如下(结合附图1说明)：

(1)B车提取出天线B1、B2、B3、B4接收到的A车上A1、A2、A3、A4四根天线对外发送的信号强度(RSSI)数据信息。

(2)我们判定同一辆车上一个方向上的两根天线作为一组可以将A车和B车的天线分别分为【A1A3】、【A2A4】、【B1B3】、【B2B4】四组。

(3)将B车接收到的数据按照发送天线和接收天线组别的不同分成四个发送接受组，即【A1A3】→【B1B3】、【A1A3】→【B2B4】、【A2A4】→【B1B3】和【A2A4】→【B2B4】。

(4)根据【A1A3】→【B2B4】和【A2A4】→【B2B4】两组数据判断A车处于B车的左侧还是右侧。

(5)若两组数据判断结果相同，则以该结果作为两车左右相对位置的判定结果；否则，左右方向判断结果为无法判断。

(6)根据【A1A3】→【B1B3】和【A2A4】→【B1B3】两组数据判断A车处于B车的前方还是后方。

(7)若两组数据判断结果相同，则以该结果作为两车前后相对位置的判定结果；否则，前后方向判断结果为无法判断。

(8)若上述两次判断结果中至少有一个不为无法判断，且判断结果不冲突，则得到A车相对于B车的位置，算法结束。

(9)提取出A车平均信号强度(RSSI)最大的一根天线对于B车四根天线的信号强度(RSSI)数据.

(10)选取同一时刻B车相对位置的两根天线(即【B1B3】或【B2B4】)的数据中信号强度(RSSI)差值最大的一组数据进行甄别，数据值较大的那一项数据所对应的车载天线所指方向判定为该车辆相对于本车所在相对方向，算法结束。

1.车载设备设计

如图1所示，在实验用车辆的发动机盖、后备箱盖以及两侧车门内部均安装了LAFALINK定向天线，作为无线信号的发送端和接收端。

每台实验用车辆配备一台笔记本电脑与车载的四根定向天线相连作为车载终端的模拟，通过特定软件可以在笔记本电脑上读取出当前各天线获取的数据和信号强度(RSSI)值。

2.实施环境说明

不失一般性的，前后位置和左右位置的判定在技术上没有差别，因此在测试重点验证左右位置判断方法的可行性。定向天线的摆放位置如图1中所示，其中数据发送天线放置于A1、A2、A3、A4处，数据接收天线分别放置于B1、B2、B3、B4处。测试中前后距离分别为10m、20m、30m、40m、50m、60m，车道宽度为3.5m，每组测试发送500次数据包，记录下信号强度(RSSI)值。

3.测试结果记录(摘要)及分析

当A、B两车前后距离10m时：

天线1位置	B位于A	天线2数据	RSSI(dBm)
				A1	左侧	B2	-46.9
A1	左侧	B4	-49.4
				A1	右侧	B2	-48.6
A1	右侧	B4	-49.6

A2	左侧	B4	-41.6
				A2	左侧	B4	-45.1
A2	右侧	B2	-43.9
				A2	右侧	B4	-46.2
A3	左侧	B2	-39.2
				A3	左侧	B4	-45.0
A3	右侧	B2	-37.5
				A3	右侧	B4	-31.8
A4	左侧	B2	-42.1
				A4	左侧	B4	-49.7
A4	右侧	B2	-44.1
				A4	右侧	B4	-40.7

表1车距10m数据摘要表

在表1中，主要摘录了用于判断车辆左右相对位置的测试数据，对其分析后可以得到如下表格(表中“\”表示不需再判断，“-”表示无法判断)：

表2车距10m结果分析表

同样的方法，我们可以得到车距在20m、30m、40m和50m的分析结果，如下表所示：

表3车距20-50m结果分析表

通过上述实施例可以发现本发明的方法甄别车辆相对位置时精度可以信赖。

上述实例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人是能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1. 一种基于有向天线的车辆相对位置判断方法，其特征在于，每辆车在车头、车尾和车身两侧分别安装定向天线，所述定向天线的方向均背离车身向外，该方法包括以下步骤:

（1）天线对外广播包含车辆自身唯一标识信息的无线信号，同时监听周围存在的无线信号，并将接收的信号实时汇聚到车载终端；

（2）车载终端对获取的数据信息处理；

（3）以车载终端所在车辆的天线对RSSI数据进行分组，分别判断与被定位车辆的相对位置；

（4）综合多组天线的判定结果来判断车辆间的相对位置。

2.根据权利要求1所述的基于有向天线的车辆相对位置判断方法，其特征在于，所述车载终端筛选出同一周期内某一辆车所有天线发射的RSSI数据，相对位置的判断方法包括以下步骤：

将两车的天线按照前后和左右方向分为两组；

计算本车每组天线的信号数据的平均RSSI差值；

3.根据权利要求2所述的基于有向天线的车辆相对位置判断方法，其特征在于，将判定结果按照本车的接收天线组进行分组，分成第一接收天线组和第二接收天线组；

4.根据权利要求3所述的基于有向天线的车辆相对位置判断方法，其特征在于，如果第一接收天线组和第二接收天线组结果冲突，提取出本车平均信号强度最大的一根天线对于被定位车辆四根天线的信号强度数据；选取同一时刻被定位车辆相对位置的两组天线的数据中信号强度差值最大的一组数据进行甄别，数据值较大的那一项数据所对应的车载天线所指方向判定为该车辆相对于本车的方向。