CN105372629B

CN105372629B - 一种车辆定位系统及其定位方法

Info

Publication number: CN105372629B
Application number: CN201510560121.6A
Authority: CN
Inventors: 张震宇; 黄丽丹; 刘常义; 马宁; 蔡炯炯; 汪洋
Original assignee: Zhejiang Lover Health Science and Technology Development Co Ltd
Current assignee: Nanjing Tian Chao Computer Network Technology Co., Ltd.
Priority date: 2015-09-06
Filing date: 2015-09-06
Publication date: 2017-08-18
Anticipated expiration: 2035-09-06
Also published as: CN105372629A

Abstract

本发明公开了一种车辆定位系统及其定位方法。该系统包括设置在汽车上的定位装置和用户携带的指示装置，定位装置包括底座和电动云台，底座上设有升降器，升降器的顶端设有旋转机构，旋转机构上设有第一伸缩杆和第二伸缩杆，底座上设有中央处理单元、电子水平仪、第一无线通信模块、第一电子罗盘模块和第一UW B定位传感器，旋转机构上设有第二UW B定位传感器，第一伸缩杆前端设有第三UW B定位传感器，第二伸缩杆前端设有第四UW B定位传感器，指示装置包括控制器、第二无线通信模块、UW B定位标签、显示屏、按键组和第二电子罗盘模块。本发明能够帮助车主快速准确的锁定车辆的位置，并给予车主引导，节省了车主的时间和精力。

Description

一种车辆定位系统及其定位方法

技术领域

本发明涉及汽车定位技术领域，尤其涉及一种车辆定位系统及其定位方法。

背景技术

随着城市化的快速发展，近年来国内的大中城市出现了大量的MALL(商业综合体)，这些MALL一般都配备有大型的停车场，停车场可能会有多达上千个车位，有些还不止一层。车主在停车场泊车完毕后，要找回时，有些人会忘了自己的车具体停在哪个位置。为找回车子，车主往往会花费大量的时间和精力。如果有一种便携型、离线式的车辆定位系统，能帮助车主准确、快速地锁定自己车辆的所在位置，并在找回的过程中给予导引，这必将极大地提高找回车辆的效率，节省车主的时间和精力。

发明内容

本发明的目的是克服车主有时忘了车辆具体的停车位置后需要花费大量时间才能找到汽车，尤其是在大型停车场内，需要花费的时间和精力更多的技术问题，提供了一种车辆定位系统及其定位方法，其能够帮助车主快速准确的锁定车辆的位置，并给予车主引导，使车主能够快速的找到自己的汽车，节省了车主的时间和精力。

为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明的一种车辆定位系统，包括设置在汽车上的定位装置和用户携带的指示装置，定位装置包括底座以及可带动底座上下左右转动的电动云台，底座上设有升降器，升降器的顶端设有可水平转动的旋转机构，旋转机构上设有可沿水平方向伸缩运动的第一伸缩杆和第二伸缩杆，底座上设有中央处理单元、电子水平仪、第一无线通信模块、第一电子罗盘模块和第一UWB定位传感器，旋转机构上设有第二UWB定位传感器，第一伸缩杆前端设有第三UWB定位传感器，第二伸缩杆前端设有第四UWB定位传感器，第一UWB定位传感器和第二UWB定位传感器的连线与底座垂直，第二UWB定位传感器和第三UWB定位传感器的连线与底座平行，第二UWB定位传感器和第四UWB定位传感器的连线与底座平行，指示装置包括控制器、第二无线通信模块、UWB定位标签、显示屏、按键组和第二电子罗盘模块，中央处理单元分别与电动云台、升降器、旋转机构、第一伸缩杆、电子水平仪、第一无线通信模块、第一电子罗盘模块、第一UWB定位传感器、第二UWB定位传感器、第三UWB定位传感器、第二伸缩杆和第四UWB定位传感器电连接，控制器分别与第二无线通信模块、UWB定位标签、显示屏、按键组和第二电子罗盘模块电连接。

在本技术方案中，第一伸缩杆和第二伸缩杆相垂直。当用户在大型停车场内忘了车辆具体的停车位置时，启动随身携带的指示装置工作，控制器通过第二无线通信模块向定位装置发送定位指令。

定位装置接收到定位指令后，中央处理单元先通过电子水平仪检测底座是否水平，如果底座不水平，则中央处理单元控制电动云台将底座转动到水平位置。接着，中央处理单元通过第一电子罗盘模块获取地磁正北的方向，以第一UWB定位传感器为原点，以地磁正北方向为Y轴正方向，以Y轴在水平面顺时针转动90度后的指向为X轴正方向，以竖直向上方向为Z轴正方向，建立XYZ三维直角坐标系，第一UWB定位传感器和第二UWB定位传感器的连线与Z轴重合。然后，中央处理单元控制升降器将旋转机构升到设定的高度，使得第二UWB定位传感器、第三UWB定位传感器和第四UWB定位传感器的Z轴坐标都为z1，接着控制旋转机构将第一伸缩杆转动到指向地磁正北的方向，控制第一伸缩杆和第二伸缩杆伸长设定的长度，使得第三UWB定位传感器的Y轴坐标为y2，第一伸缩杆和第二伸缩杆始终保持相互垂直，第四UWB定位传感器的X轴坐标为x3，此时，第一UWB定位传感器的坐标为(0，0，0)，第二UWB定位传感器的坐标为(0，0，z1)，第三UWB定位传感器的坐标为(0，y2，z1)，第四UWB定位传感器的坐标为(x3，0，z1)，第一UWB定位传感器检测到其与UWB定位标签之间的距离为R₀，第二UWB定位传感器检测到其与UWB定位标签之间的距离为R₁，第三UWB定位传感器检测到其与UWB定位标签之间的距离为R₂，第四UWB定位传感器检测到其与UWB定位标签之间的距离为R₃，假设UWB定位标签的坐标为(x，y，z)，建立方程组，计算出x，y，z的值，得到UWB定位标签的坐标值。

中央处理单元根据x，y的值计算出UWB定位标签在X轴和Y轴所在的平面上的投影指向第一UWB定位传感器的方向与Y轴正方向(即地磁正北方向)之间的角度值α，将该角度值α和UWB定位标签的坐标值发送到指示装置。控制器通过第二电子罗盘模块获取地磁正北的方向，根据地磁正北的方向和接收到的角度值α确定显示屏上显示的指针的指向，显示屏显示出指针，以地磁正北方向为起始，逆时针转动为角度增大方向，该指针的指向与地磁正北之间的角度值始终为α。控制器根据z的值确定UWB定位标签与第一UWB定位传感器在竖直方向上的距离，以UWB定位标签为原点，竖直向上为距离正方向，显示屏显示该距离D，该距离D＝-z，距离D为正数表示汽车在车主上方，距离D为负数表示汽车在车主下方。定位装置实时检测角度值α和UWB定位标签的坐标值，并发送到指示装置，指示装置实时调整指针方向。

作为优选，指示装置还包括红外测距仪，所述红外测距仪与控制器电连接。车主可通过指示装置上的红外测距仪检测停车场一层的高度，控制器根据距离D估算出汽车与车主之间相隔的楼层数，供车主参考。

作为优选，所述定位装置设置在汽车顶部。

作为优选，所述第一伸缩杆和第二伸缩杆之间的夹角为45-135度。

本发明的一种车辆定位系统的定位方法，包括以下步骤：

S1：启动指示装置工作，控制器通过第二无线通信模块向定位装置发送定位指令；

S2：定位装置接收到定位指令后，中央处理单元通过电子水平仪检测底座是否水平，如果底座不水平，则中央处理单元控制电动云台将底座转动到水平位置；

S3：中央处理单元通过第一电子罗盘模块获取地磁正北的方向，以第一UWB定位传感器为原点，以地磁正北方向为Y轴正方向，以Y轴在水平面顺时针转动90度后的指向为X轴正方向，以第一UWB定位传感器指向第二UWB定位传感器的方向为Z轴正方向，建立XYZ三维直角坐标系；

S4：中央处理单元控制升降器将旋转机构升到设定的高度，使得第二UWB定位传感器、第三UWB定位传感器、第四UWB定位传感器的Z轴坐标都为z1，接着控制旋转机构将第一伸缩杆转动到指向地磁正北的方向，控制第一伸缩杆和第二伸缩杆伸长设定的长度，使得第三UWB定位传感器的Y轴坐标为y2，第四UWB定位传感器的X轴坐标为x3，Y轴坐标为y3，此时，第一UWB定位传感器的坐标为(0，0，0)，第二UWB定位传感器的坐标为(0，0，z1)，第三UWB定位传感器的坐标为(0，y2，z1)，第四UWB定位传感器的坐标为(x3，y3，z1)，第一UWB定位传感器检测到其与UWB定位标签之间的距离为R₀，第二UWB定位传感器检测到其与UWB定位标签之间的距离为R₁，第三UWB定位传感器检测到其与UWB定位标签之间的距离为R₂，第四UWB定位传感器检测到其与UWB定位标签之间的距离为R₃，假设UWB定位标签的坐标为(x，y，z)，得到方程组：

采用基于泰勒级数展开的最小二乘法进行迭代求解，求出x，y，z的值，得到UWB定位标签的坐标值；

S5：中央处理单元根据UWB定位标签的坐标值，以Y轴正方向为起始，逆时针转动为角度增大方向，计算出Y轴正方向与第一UWB定位传感器指向UWB定位标签在X轴和Y轴所在的平面上的投影的方向之间的角度值θ，从而计算出UWB定位标签在X轴和Y轴所在的平面上的投影指向第一UWB定位传感器的方向与Y轴正方向之间的角度值α，定位装置将计算出的角度值α以及UWB定位标签的坐标值发送到指示装置；

S6：控制器通过第二电子罗盘模块获取地磁正北的方向，以地磁正北方向为起始，逆时针转动为角度增大方向，根据接收到的角度值α确定显示屏上显示的指针的指向，显示屏显示出指针，该指针的指向与地磁正北之间的角度值始终为α。

作为优选，所述步骤S6还包括以下步骤：控制器根据UWB定位标签的坐标值确定UWB定位标签与第一UWB定位传感器在竖直方向上的距离，以UWB定位标签为原点，竖直向上为距离正方向，显示屏显示该距离。使得用户了解汽车与用户之间的在竖直方向上的位置关系，汽车与用户处于同一层，或位于用户上层，或位于用户下层。

本发明的实质效果是：能够帮助车主快速准确的锁定车辆的位置，并给予车主引导，使车主能够快速的找到自己的汽车，节省了车主的时间和精力。

附图说明

图1是本发明的一种电路原理连接框图；

图2是定位装置的一种结构示意图；

图3是以第一UWB定位传感器为原点建立的XYZ三维直角坐标系；

图4是盒体的结构示意图；

图5是第一UWB定位传感器与UWB定位标签的一种位置关系；

图6是第一UWB定位传感器与UWB定位标签的一种位置关系；

图7是定位装置的一种俯视图。

图中：1、定位装置，2、指示装置，3、底座，4、电动云台，5、升降器，6、旋转机构，7、第一伸缩杆，8、中央处理单元，9、电子水平仪，10、第一无线通信模块，11、第一电子罗盘模块，12、第一UWB定位传感器，13、第二UWB定位传感器，14、第三UWB定位传感器，15、控制器，16、第二无线通信模块，17、UWB定位标签，18、显示屏，19、按键组，20、第二电子罗盘模块，21、语音输出模块，22、红外测距仪，23、盒体，24、盖板，25、驱动机构，26、第二伸缩杆，27、第四UWB定位传感器。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：本实施例的一种车辆定位系统，如图1、图2、图7所示，包括设置在汽车顶部的定位装置1和用户携带的指示装置2，定位装置1包括底座3以及可带动底座3上下左右转动的电动云台4，底座3上设有升降器5，升降器5的顶端设有可水平转动的旋转机构6，旋转机构6上设有可沿水平方向伸缩运动的第一伸缩杆7和第二伸缩杆26，第一伸缩杆7和第二伸缩杆26相互垂直，底座3上设有中央处理单元8、电子水平仪9、第一无线通信模块10、第一电子罗盘模块11和第一UWB定位传感器12，旋转机构6上设有第二UWB定位传感器13，第一伸缩杆7前端设有第三UWB定位传感器14，第二伸缩杆26前端设有第四UWB定位传感器27，第一UWB定位传感器12和第二UWB定位传感器13的连线与底座3垂直，第二UWB定位传感器13和第三UWB定位传感器14的连线与底座3平行，第二UWB定位传感器13和第四UWB定位传感器27的连线与底座3平行，指示装置2包括控制器15、第二无线通信模块16、UWB定位标签17、显示屏18、按键组19和第二电子罗盘模块20，中央处理单元8分别与电动云台4、升降器5、旋转机构6、第一伸缩杆7、电子水平仪9、第一无线通信模块10、第一电子罗盘模块11、第一UWB定位传感器12、第二UWB定位传感器13、第三UWB定位传感器14、第二伸缩杆26和第四UWB定位传感器27电连接，控制器15分别与第二无线通信模块16、UWB定位标签17、显示屏18、按键组19和第二电子罗盘模块20电连接。

当用户在大型停车场内忘了车辆具体的停车位置时，启动随身携带的指示装置工作，控制器通过第二无线通信模块向定位装置发送定位指令，通过UWB定位标签发送带有自身特定编号的UWB信号给定位装置。

定位装置接收到定位指令后，中央处理单元先通过电子水平仪检测底座是否水平，如果底座不水平，则中央处理单元控制电动云台将底座转动到水平位置。接着，中央处理单元通过第一电子罗盘模块获取地磁正北的方向，以第一UWB定位传感器为原点，以地磁正北方向为Y轴正方向，以Y轴顺时针转动90度后的指向为X轴正方向，以竖直向上方向为Z轴正方向，建立XYZ三维直角坐标系，第一UWB定位传感器和第二UWB定位传感器的连线与Z轴重合。然后，中央处理单元控制升降器将旋转机构升到设定的高度，使得第二UWB定位传感器、第三UWB定位传感器和第四UWB定位传感器的Z轴坐标都为z1，接着控制旋转机构将第一伸缩杆转动到指向地磁正北的方向，控制第一伸缩杆和第二伸缩杆伸长设定的长度，使得第三UWB定位传感器的Y轴坐标为y2，第一伸缩杆7和第二伸缩杆26相垂直，第四UWB定位传感器的X轴坐标为x3，此时，第一UWB定位传感器的坐标为(0，0，0)，第二UWB定位传感器的坐标为(0，0，z1)，第三UWB定位传感器的坐标为(0，y2，z1)，第四UWB定位传感器的坐标为(x3，0，z1)，第一UWB定位传感器通过TOA方法检测到其与UWB定位标签之间的距离为R₀，第二UWB定位传感器通过TOA方法检测到其与UWB定位标签之间的距离为R₁，第三UWB定位传感器通过TOA方法检测到其与UWB定位标签之间的距离为R₂，第四UWB定位传感器通过TOA方法检测到其与UWB定位标签之间的距离为R₃，假设UWB定位标签的坐标为(x，y，z)，建立方程组，计算出x，y，z的值，得到UWB定位标签的坐标值。

如图3所示，中央处理单元根据x，y的值计算出UWB定位标签在X轴和Y轴所在的平面上的投影指向第一UWB定位传感器的方向与Y轴正方向(即地磁正北方向)之间的角度值α，将该角度值α和UWB定位标签的坐标值发送到指示装置。控制器通过第二电子罗盘模块获取地磁正北的方向，根据地磁正北的方向和接收到的角度值α确定显示屏上显示的指针的指向，显示屏显示出指针，以地磁正北方向为起始，逆时针转动为角度增大方向，该指针的指向与地磁正北之间的角度值始终为α。控制器根据z的值确定UWB定位标签与第一UWB定位传感器在竖直方向上的距离，以UWB定位标签为原点，竖直向上为距离正方向，显示屏显示该距离D，该距离D＝-z，距离D为正数表示汽车在车主上方，距离D为负数表示汽车在车主下方，如D＝20，表示汽车在车主上方20米处，D＝-20，表示汽车在车主下方20米处。定位装置实时检测角度值α和UWB定位标签的坐标值，并发送到指示装置，指示装置实时调整指针方向。控制器还根据x，y的值计算出指示装置与汽车在水平面上的直线距离，显示屏显示该距离。

指示装置2还包括语音输出模块21和红外测距仪22，语音输出模块21和红外测距仪22分别与控制器15电连接。语音输出模块可以输出语音提示。车主可通过指示装置上的红外测距仪检测停车场一层的高度，控制器根据距离D估算出汽车与车主之间相隔的楼层数，供车主参考。

如图4所示，汽车顶部还设有用于放置定位装置1的盒体23，盒体23顶部开口，开口处设有可水平移动的盖板24，盒体23上设有可驱动盖板24水平移动打开或关闭盒体23的驱动机构25，中央处理单元8与驱动机构25电连接。不使用时，盒体23关闭，保护定位装置1，使用时，中央处理单元8通过驱动机构25驱动盖板24水平移动打开盒体23，定位装置1开始工作。

本实施例的一种车辆定位系统的定位方法，适用于上述的一种车辆定位系统，包括以下步骤：

S3：中央处理单元通过第一电子罗盘模块获取地磁正北的方向，以第一UWB定位传感器为原点，以地磁正北方向为Y轴正方向，以Y轴在水平面顺时针转动90度后的指向为X轴正方向，以第一UWB定位传感器指向第二UWB定位传感器的方向(即竖直向上方向)为Z轴正方向，建立XYZ三维直角坐标系；

S4：中央处理单元控制升降器将旋转机构升到设定的高度，使得第二UWB定位传感器、第三UWB定位传感器、第四UWB定位传感器的Z轴坐标都为z1，接着控制旋转机构转动，第一伸缩杆被转动到指向地磁正北的方向，控制第一伸缩杆和第二伸缩杆伸长设定的长度，使得第三UWB定位传感器的Y轴坐标为y2，由于第一伸缩杆与第二伸缩杆垂直，第四UWB定位传感器的X轴坐标为x3，第四UWB定位传感器的Y轴坐标为0，此时，第一UWB定位传感器的坐标为(0，0，0)，第二UWB定位传感器的坐标为(0，0，z1)，第三UWB定位传感器的坐标为(0，y2，z1)，第四UWB定位传感器的坐标为(x3，0，z1)，第一UWB定位传感器检测到其与UWB定位标签之间的距离为R₀，第二UWB定位传感器检测到其与UWB定位标签之间的距离为R₁，第三UWB定位传感器检测到其与UWB定位标签之间的距离为R₂，第四UWB定位传感器检测到其与UWB定位标签之间的距离为R₃，假设UWB定位标签的坐标为(x，y，z)，得到方程组：

S5：中央处理单元根据UWB定位标签的坐标值，以Y轴正方向为起始，逆时针转动为角度增大方向，计算出Y轴正方向与第一UWB定位传感器指向UWB定位标签在X轴和Y轴所在的平面上(即水平面上)的投影的方向之间的角度值θ，

当x＝0，y＞0时，θ＝0；

当x＝0，y＜0时，θ＝180；

当x＞0，y＝0时，θ＝270；

当x＜0，y＝0时，θ＝90；

当x＞0，y＞0时，

当x＜0，y＞0时，

当x＜0，y＜0时，

当x＞0，y＜0时，

从而计算出UWB定位标签在X轴和Y轴所在的平面上的投影指向第一UWB定位传感器的方向与Y轴正方向之间的角度值α；如图5所示，如果θ＜180，则α＝θ+180；如图6所示，如果θ≥180，则α＝θ-180；定位装置将计算出的角度值α以及UWB定位标签的坐标值发送到指示装置；当第一UWB定位传感器指向UWB定位标签在X轴和Y轴所在的平面上的投影的方向与Y轴正方向同向时，角度值θ＝0，α＝180；

S6：控制器通过第二电子罗盘模块获取地磁正北的方向，以地磁正北方向为起始，逆时针转动为角度增大方向，根据接收到的角度值α确定显示屏上显示的指针的指向，显示屏显示出指针，该指针的指向与地磁正北之间的角度值始终为α；当指针指向地磁正北方向时，角度值α＝0。

定位装置实时检测角度值α和UWB定位标签的坐标值，并发送到指示装置，指示装置实时调整指针方向，实现实时指引的效果。

步骤S6中，控制器根据UWB定位标签的坐标值确定UWB定位标签与第一UWB定位传感器在竖直方向上的距离，以UWB定位标签为原点，竖直向上为距离正方向，显示屏显示该距离。使得用户了解汽车与用户之间的在竖直方向上的位置关系，汽车与用户处于同一层，或位于用户上层，或位于用户下层。

Claims

1.一种车辆定位系统，其特征在于：包括设置在汽车上的定位装置(1)和用户携带的指示装置(2)，定位装置(1)包括底座(3)以及可带动底座(3)上下左右转动的电动云台(4)，底座(3)上设有升降器(5)，升降器(5)的顶端设有可水平转动的旋转机构(6)，旋转机构(6)上设有可沿水平方向伸缩运动的第一伸缩杆(7)和第二伸缩杆(26)，底座(3)上设有中央处理单元(8)、电子水平仪(9)、第一无线通信模块(10)、第一电子罗盘模块(11)和第一UWB定位传感器(12)，旋转机构(6)上设有第二UWB定位传感器(13)，第一伸缩杆(7)前端设有第三UWB定位传感器(14)，第二伸缩杆(26)前端设有第四UWB定位传感器(27)，第一UWB定位传感器(12)和第二UWB定位传感器(13)的连线与底座(3)垂直，第二UWB定位传感器(13)和第三UWB定位传感器(14)的连线与底座(3)平行，第二UWB定位传感器(13)和第四UWB定位传感器(27)的连线与底座(3)平行，指示装置(2)包括控制器(15)、第二无线通信模块(16)、UWB定位标签(17)、显示屏(18)、按键组(19)和第二电子罗盘模块(20)，中央处理单元(8)分别与电动云台(4)、升降器(5)、旋转机构(6)、第一伸缩杆(7)、电子水平仪(9)、第一无线通信模块(10)、第一电子罗盘模块(11)、第一UWB定位传感器(12)、第二UWB定位传感器(13)、第三UWB定位传感器(14)、第二伸缩杆(26)和第四UWB定位传感器(27)电连接，控制器(15)分别与第二无线通信模块(16)、UWB定位标签(17)、显示屏(18)、按键组(19)和第二电子罗盘模块(20)电连接。

2.根据权利要求1所述的一种车辆定位系统，其特征在于：所述指示装置(2)还包括红外测距仪(22)，所述红外测距仪(22)与控制器(15)电连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种车辆定位系统，其特征在于：所述定位装置(1)设置在汽车顶部。

4.根据权利要求1或2所述的一种车辆定位系统，其特征在于：所述第一伸缩杆(7)和第二伸缩杆(26)之间的夹角为45-135度。

5.一种车辆定位系统的定位方法，适用于如权利要求1-4中任一权利要求所述的一种车辆定位系统，其特征在于，包括以下步骤：

S4：中央处理单元控制升降器将旋转机构升到设定的高度，使得第二UWB定位传感器、第三UWB定位传感器、第四UWB定位传感器的Z轴坐标都为z1，接着控制旋转机构将第一伸缩杆转动到指向地磁正北的方向，控制第一伸缩杆和第二伸缩杆伸长设定的长度，使得第三UWB定位传感器的Y轴坐标为y2，第一伸缩杆和第二伸缩杆之间的夹角为45-135度，第四UWB定位传感器的X轴坐标为x3，Y轴坐标为y3，此时，第一UWB定位传感器的坐标为(0，0，0)，第二UWB定位传感器的坐标为(0，0，z1)，第三UWB定位传感器的坐标为(0，y2，z1)，第四UWB定位传感器的坐标为(x3，y3，z1)，第一UWB定位传感器检测到其与UWB定位标签之间的距离为R₀，第二UWB定位传感器检测到其与UWB定位标签之间的距离为R₁，第三UWB定位传感器检测到其与UWB定位标签之间的距离为R₂，第四UWB定位传感器检测到其与UWB定位标签之间的距离为R₃，假设UWB定位标签的坐标为(x，y，z)，得到方程组：

6.根据权利要求5所述的一种车辆定位系统的定位方法，其特征在于，所述步骤S6还包括以下步骤：控制器根据UWB定位标签的坐标值确定UWB定位标签与第一UWB定位传感器在竖直方向上的距离，以UWB定位标签为原点，竖直向上为距离正方向，显示屏显示该距离。