CN111601235A - 三维智能钥匙定位方法、基站及三维智能钥匙定位系统 - Google Patents

三维智能钥匙定位方法、基站及三维智能钥匙定位系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供三维智能钥匙定位方法、基站及三维智能钥匙定位系统，以提高定位精度。在本发明实施例中，连接智能钥匙后，先由三维智能钥匙定位系统中的主节点以固定频率送第一无线信号，第一无线信号经车内外的反射、干扰和衰减到达从节点后成为第一接收信号被接收，各从节点基于第一接收信号计算出第一RSSI值，主节点再基于各第一RSSI值计算动态参数值。之后，智能钥匙以固定频率发送第二无线信号经过车内外反射、干扰和衰减等后成为第二接收信号并被接收，可基于第二接收信号计算出第二RSSI值，后续基于第二RSSI值和动态参数值计算得到各基站与智能钥匙之间的第二距离。根据各基站的位置及第二距离计算得到的智能钥匙的位置。

Description

三维智能钥匙定位方法、基站及三维智能钥匙定位系统
技术领域
本发明涉及汽车电子技术领域，特别涉及三维智能钥匙定位方法、基站及三维智能钥匙定位系统。
背景技术
随着汽车技术的高速发展，舒适性也成为了人们所追求的一大目标，智能钥匙也随之兴起。
智能钥匙位于车外时，可对车门执行解闭锁操作，位于车内，可用于启动整车，而如何判断智能钥匙位于车外还是车内，则有赖于车上的三维智能钥匙定位系统对智能钥匙的定位。
三维智能钥匙定位系统是依据无线信号对智能钥匙进行定位的，然而，发明人发现，无线信号易受车内外的反射、干扰和衰减等影响，进而会导致定位精度不高。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供三维智能钥匙定位方法、基站及三维智能钥匙定位系统，以提高定位精度。
为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
一种三维智能钥匙定位方法，应用于三维智能钥匙定位系统，所述三维智能钥匙定位系统包括多个基站，其中一个基站为主节点，其他基站为从节点；
所述方法包括：
在连接后，所述主节点以固定功率发送第一无线信号；
所述主节点使用各从节点计算得到的第一射频信号强度指数RSSI值、以及所述主节点与所述各从节点之间的第一距离计算动态参数值；所述第一RSSI值是所述各从节点基于所述第一接收信号计算得到；所述动态参数值包括标定值A和环境衰减参数n；所述标定值A表示发射节点在距离接收节点1m时接收节点所接收的RSSI值的绝对值；所述第一接收信号为所述第一无线信号传输至所述各从节点后被所述各从节点接收到的信号；
所述主节点获取各基站与智能钥匙之间的第二距离；其中，任一基站与所述智能钥匙之间的第二距离是根据所述动态参数值以及第二RSSI值计算得到；所述第二RSSI值是任一基站基于第二接收信号计算得到；所述第二接收信号为第二无线信号传输至各基站后被各基站接收到的信号；所述第二无线信号由所述智能钥匙以所述固定功率发送；
所述主节点根据各基站的位置以及所获取的各第二距离，建立表征所述智能钥匙的位置与各基站的位置、各第二距离之间关系的方程组；其中，在所述方程组中，所述智能钥匙的位置为待求解变量，各基站的位置和各第二距离为已知变量；
所述主节点对所述方程组进行求解计算；
所述主节点根据求解结果确定所述智能钥匙的位置。
可选的，在根据求解结果确定所述智能钥匙的位置之前，还包括：
若对所述方程组求解得到包含多个解的位置集且满足缩小条件，所述主节点确定每一基站对应的步长，并基于所确定的步长执行至少一次距离缩小求解操作，直至满足预设条件；
若所述方程组无解，所述主节点确定每一基站对应的步长，并基于所确定的步长执行至少一次距离扩大求解操作，直至满足所述预设条件；
其中，所述缩小条件包括：所述位置集中各个解所覆盖位置区域的尺寸大于尺寸阈值；所述预设条件包括：计算得到唯一解或计算得到的位置集中各个解所覆盖位置区域的尺寸小于等于所述尺寸阈值；
所述求解结果包括：求解得到的唯一解，或者，求解得到的各个解所覆盖位置区域的尺寸小于等于所述尺寸阈值的位置集。
可选的，任一基站表示为基站m；
所述主节点确定每一基站对应的步长包括：
所述主节点确定所述基站m的权重值；所述权重值由所述基站m计算得到的第二RSSI值决定；
所述主节点根据所述基站m的权重值，确定对应的步长；
所述距离扩大求解操作包括：
所述主节点使用各基站对应的步长对所述方程组中相应的各第二距离分别进行扩大，得到更新后的方程组；
所述主节点对更新后的方程组进行求解计算；
所述距离缩小求解操作包括：
所述主节点使用各基站对应的步长对所述方程组中相应的各第二距离分别进行缩小，得到更新后的方程组；
所述主节点对更新后的方程组进行求解计算。
可选的，所述主节点根据所述基站m的权重值，确定对应的步长包括：
所述主节点确定所述基站m的权重值所属的权重区间；每一权重区间预先对应一个步长；
所述主节点将所属的权重区间所对应的步长确定为所述基站m对应的步长。
可选的，在计算动态参数值后，还包括：
所述主节点确定计算出的标定值A和环境衰减参数n是否在标定范围内；
是，所述主节点执行下一步骤；
否，所述主节点再次执行所述主节点以固定功率发送第一无线信号以及使用各从节点计算得到的第一RSSI值计算动态参数值步骤，直至计算出的标定值A和环境衰减参数n在标定范围内，或者，计算出的标定值A和环境衰减参数n未在标定范围内的次数超过次数阈值。
可选的，所述第一RSSI值由所述各从节点通过如下方式计算得到：
获取N个第一原始RSSI值；N大于1；
对所述N个第一原始RSSI值进行混合滤波处理，得到所述第一RSSI值；
所述第二RSSI值由任一基站通过如下方式计算得到：
获取N个第二原始RSSI值；
对所述N个第二原始RSSI值进行混合滤波处理，得到所述第二RSSI值。
可选的，N为奇数，所述对所述N个第一原始RSSI值进行混合滤波处理，得到所述第一RSSI值包括：
对所述N个第一原始RSSI值进行中值滤波，得到中值滤波结果RSSIZ；
对所述N个第一原始RSSI值进行平均滤波，得到平均滤波结果RSSIp；
对所述N个第一原始RSSI值进行高斯滤波，以去除波峰值及波谷值，得到m个第一原始RSSI值；
计算所述m个第一原始RSSI值的平均值RSSIg；
计算RSSIZ、RSSIp和RSSIg的平均值；所述平均值为所述第一RSSI值。
一种基站，作为三维智能钥匙定位系统中的主节点；
作为所述主节点的基站包括：
通信单元，用于以固定功率发送第一无线信号；
第一计算单元，用于：
使用各从节点计算得到的第一射频信号强度指数RSSI值以及所述主节点与所述各从节点之间的第一距离计算动态参数值；所述第一RSSI值是所述各从节点基于第一接收信号计算得到；所述动态参数值包括标定值A和环境衰减参数n；所述标定值A表示发射节点在距离接收节点1m时接收节点所接收的RSSI值的绝对值；所述第一接收信号为所述第一无线信号传输至所述各从节点后被所述各从节点接收到的信号；
第二计算单元，用于：
获取各基站与智能钥匙之间的第二距离；其中，任一基站与所述智能钥匙之间的第二距离是根据所述动态参数值以及第二RSSI值计算得到；所述第二RSSI值是任一基站基于第二接收信号计算得到；所述第二接收信号为第二无线信号传输至各基站后被各基站接收到的信号；所述第二无线信号由所述智能钥匙以所述固定功率发送；各基站包括：所述主节点和所述各从节点；
根据各基站的位置以及所获取的各第二距离，建立表征所述智能钥匙的位置与各基站的位置、各第二距离之间关系的方程组；其中，在所述方程组中，所述智能钥匙的位置为待求解变量，所述各基站的位置和各第二距离为已知变量；
对所述方程组进行求解计算；
根据求解结果确定所述智能钥匙的位置。
一种基站，作为三维智能钥匙定位系统中的从节点；
所述基站包括：
通信模块，用于：
接收第一接收信号；所述第一接收信号为三维智能钥匙定位系统中的主节点以固定频率发送的第一无线信号传输至所述基站后被所述基站接收到的信号；以及，
接收第二接收信号；所述第二接收信号为智能钥匙以所述固定频率发送的第二无线信号传输至所述基站后被所述基站接收到的信号；
计算模块，用于：
基于所述第一接收信号计算得到第一RSSI值；
以及，
基于所述第二接收信号计算得到第二RSSI值。
一种三维智能钥匙定位系统，包括多个基站，其中一个基站为主节点，其他基站为从节点；用于执行上述的三维智能钥匙定位方法。
可见，在本发明实施例中，连接智能钥匙后，先由三维智能钥匙定位系统中的主节点以固定频率向从节点发送第一无线信号，第一无线信号经车内外的反射、干扰和衰减到达从节点后成为第一接收信号被各从节点所接收，各从节点基于接收到的第一接收信号计算出第一RSSI值，主节点再基于各从节点的第一RSSI值计算当前的动态参数值(包括标定值A和环境衰减参数n)。由于第一RSSI值是基于经车内外的反射、干扰和衰减的第一无线信号计算得到的，而基于第一RSSI值、以及主节点与各从节点之间的第一距离又计算了当前的标定值A和环境衰减参数n，那么计算出的标定值A和环境衰减参数n，本身就综合反映了当前车内外的反射、干扰和衰减的影响。相当于基于当前车内外的反射、干扰和衰减的影响，对标定值A和环境衰减参数n进行了动态标定，使两参数的取值更为精确。
之后，智能钥匙以固定频率发送的第二无线信号经过车内外的反射、干扰和衰减等后成为第二接收信号并被主节点和从节点所接收，主节点和从节点基于第二接收信号计算出第二RSSI值，后续基于第二RSSI值和动态参数值计算得到各基站与智能钥匙之间的第二距离。由于标定值A和环境衰减参数n在之前已进行了校正，则基于第二RSSI值计算出的各节点与智能钥匙之间的第二距离也随之更为准确。最终，主节点根据各基站的位置及第二距离计算得到的智能钥匙的位置也更为精确，从而提高了定位精度。
附图说明
图1为本发明实施例提供的三维智能钥匙定位系统的示例性结构；
图2为本发明实施例提供的三维智能钥匙定位方法的一种示例性的交互流程；
图3为本发明实施例提供的混合滤波处理示例性的流程；
图4为本发明实施例提供的求解示例性流程；
图5为本发明实施例提供的距离扩大求解操作的示例性流程；
图6为本发明实施例提供的距离缩小求解操作的示例性流程；
图7为本发明实施例提供的作为主节点的基站的示例性结构；
图8为本发明实施例提供的作为从节点的基站的示例性结构。
具体实施方式
本发明提供三维智能钥匙定位方法、基站及三维智能钥匙定位系统，以提高定位精度。
上述智能钥匙可包括：基于蓝牙定位、基于DTOA(A Different Time of Arrival)的UWB(Ultra Wide-Band)定位、基于空间距离定位的车用钥匙。在实际应用中，上述智能钥匙可以为车用虚拟钥匙，也可以为车用实体钥匙。
上述三维智能钥匙定位系统可包括多个基站，其中一个基站为主节点，其他基站为从节点。这些基站都可以作为发射节点发射无线信号，也可作为探测节点(接收节点)探测无线信号。
以蓝牙定位为例，请参见图1，上述三维智能钥匙定位系统可包括四个基站，其中一个作为主节点(master)，其余三个为从节点(slave 1-3)。
具体的，作为主节点的基站可安装于车内后视镜上或中控扶手箱下方，其他三个基站可分别安装在左右车后视镜和尾门保险杠上。选择车内后视镜上的基站作为主节点是考虑其离中央后视镜最近。每个节点均具有微控制单元(Microcontroller Unit；MCU)，各节点之间通过LIN(Local Interconnect Network)总线连接。此外，Master还可进行Can总线通信。
需要说明的是，蓝牙技术涉及下述公式一：
A-10(lgd)n＝RSSI。
其中，A为标定值，其含义是发射节点在距离探测节点1m时探测节点所接收的RSSI(Received Signal Strength Indication，射频信号强度指数)值的绝对值。标定值A一般最佳范围在45-57之间；
n为环境衰减参数，最佳范围在3.25-4.9之间。
由上述公式一可得下述公式二：
Figure BDA0002341381440000071
其中，d为发射节点与探测节点之间的距离。
在蓝牙定位中，需要使用上述A、n、d、RSSI，若想定位精确，A、n、d、RSSI的值需精确。
而由公式二可知，若要d值精确，则需确保A，n与RSSI值接近实际值。而n的值，会因为不同环境(温度、湿度、大气压)而发生变化。受车内外的反射、干扰和衰减等影响，A也并非一成不变的。所以，本发明实施例在计算距离之前会对A、n进行校正，以提高定位精度。
图2示出了基于上述三维智能钥匙定位系统的三维智能钥匙定位方法的一种示例性的交互流程，其可包括：
S0，以主节点为原点建立空间三维坐标系，并记录4个基站的相对坐标为(x1,y1,z1)，(x2,y2,z2)，(x3,y3,z3)，(x4,y4,z4)，同时，根据建立的三维坐标系采集整车轮廓的相对坐标集记作Z。
在建立上述空间三维坐标系时，可根据测试结果和误差范围优化坐标原点位置。
上述相对坐标指在所建立的空间三维坐标系中，相对于原点的坐标。
步骤S0可在前期标定时执行。
上述空间三维坐标系、相对位置和相对坐标集会存储在master中。
此外，也可预先标定其他相对坐标集，例如启动相对坐标集、解锁相对坐标集等，均可存储在master中。
S1：在连接智能钥匙后，主节点以固定功率广播第一无线信号。
在基于BLE(Bluetooth Low Energy，低功耗蓝牙)的车用三维蓝牙钥匙定位场景下，第一无线信号可为蓝牙信号。
本领域技术人员可以灵活设计固定功率的取值(例如5毫瓦、10毫瓦等)。之所以以固定功率发，是因为只有发射端的广播功率固定，接收端才可以根据电磁信号的远场衰减定律来进行定位。
S2：从节点根据第一接收信号计算得到第一RSSI值，并发送给主节点。
第一接收信号为第一无线信号传输至从节点后，被各从节点接收到的信号。
为避免主节点漏收，从节点可重复三次发送第一RSSI值。
在一个示例中，第一RSSI值通过如下方式计算得到：
在特定信道采集上述第一接收信号的N个第一原始RSSI值(场强值)；对N个第一原始RSSI值进行混合滤波处理，得到第一RSSI值。
以BLE4.0为例，其工作频率范围为2400-2480MHz，一共有40个信道(0-39)，每个信道带宽为2MHz。在广播时可使用37、38、39共3个信道。上述特定信道具体可包括37、38、39工作信道。
其中，请参见图3，上述混合滤波处理可包括：
步骤一：对N个第一原始RSSI值进行中值滤波，得到中值滤波结果RSSIZ；N大于1。
本领域技术人员可对N的取值进行灵活设计。在一个示例中，为方便计算，可将N取为奇数，例如51。也即，取51个第一原始RSSI的值的中位数，得到上述RSSIZ。
步骤二：对N个第一原始RSSI值进行平均滤波，得到平均滤波结果RSSIp；
可使用上述相同的N个第一原始RSSI值求平均数，得到RSSIp。
步骤三：对N个第一原始RSSI值进行高斯滤波，以去除波峰值及波谷值，得到m个第一原始RSSI值，并计算这m个第一原始RSSI值的平均值RSSIg。m为属于区间(μ-σ,μ+σ)内的第一原始RSSI值的个数。其中，μ为均值,σ为标准差。
μ和σ的计算公式如下：
Figure BDA0002341381440000091
Figure BDA0002341381440000092
在本步骤中，RSSI(1)表示第一原始RSSI值。
步骤四：计算RSSIZ、RSSIp和RSSIg的平均值
Figure BDA0002341381440000093
计算得到的平均值
Figure BDA0002341381440000094
即为第一RSSI值。
S3：主节点使用各从节点计算得到的第一RSSI值以及第一距离计算动态参数值。
主节点与从节点之间的第一距离可根据上述步骤S0中主节点和从节点的坐标计算得到。
在计算出动态参数值后，主节点会向各从节点返回动态参数值。
上述动态参数值包括前述提及的标定值A和环境衰减参数n。
需要说明的是，现有技术一般会采用固定的A和n计算距离。但前已述及，不同环境下的A、n的值是变动的，从而会使基于A与n计算得出距离存在一定的偏差，为了消除该误差，本发明实施例创新采用了动态参数算法，动态计算当前的A、n取值。
具体的，可利用基站间的相对距离不变的原理计算动态参数值。令各从节点计算得到的第一RSSI值分别表示为
Figure BDA0002341381440000101
各从节点与主节点之间的第一距离分别表示为D1-D3，则动态参数值可通过如下方式计算：
针对各从节点，将
Figure BDA0002341381440000102
至
Figure BDA0002341381440000103
作为计算公式A-10(lgd)n＝RSSI中变量RSSI的取值，将D1-D3作为计算公式中变量d的取值，联合求解计算公式中未知变量A和n的取值。
在一个示例中，可联立下述方程组求解：
Figure BDA0002341381440000104
对上述方程组进行矩阵化，得到：
Figure BDA0002341381440000105
可通过X＝(H)-1B解出A和n的值。
在本发明其他实施例中，在得到A和n的值后，还可用预先标定值(或标定值区间)进行验证是否合理。
所谓的合理，是指与预先标定值的差值不大于阈值Δ，或与标定值区间目标端点(与计算得到的值距离最近的端点)的差值不大于阈值Δ'。可将预先标定值±Δ称为标定范围。或者，假定标定值区间端点为a、b，将[a-Δ',b+Δ']称为标定范围。阈值Δ和Δ'的取值可根据需要灵活设定，在此不作赘述。
若均合理，后续可直接使用解得到的A，n值。或者，可根据标定值对解得的A，n值做细微调整。
调整的方式有多种，例如，可取解得值与目标端点的平均值作为最终计算结果。
以n为例，假定标定区间为[4,5]，计算出的n值为6，则将最接近6的端点(也就是5)与6一起取平均，得到5.5作为最终计算结果。
若不合理，可重复执行S1-S3，直至验证合理。
或者，若三次以上均不合理，则关闭PE功能，并报故障码。
PE功能是无钥匙进入功能，可以理解为进入功能或解锁功能。
S4：智能钥匙以固定功率广播第二无线信号。
在基于BLE的车用三维蓝牙钥匙定位场景下，第二无线信号可为蓝牙信号。
在实际应用中，主节点广播第一无线信号时的功率与智能钥匙广播第二无线信号时的功率相同。
本领域技术人员可以灵活设计固定功率的取值(例如5毫瓦、10毫瓦等)。
第二固定功率与第一固定功率可相同，也可不同。
S5：各节点基于第二接收信号，并使用计算出的动态参数值计算第二RSSI值。
第二接收信号为第二无线信号传输至各基站后，被各基站接收到的信号。
在一个示例中，第二RSSI值通过如下方式计算得到：
在特定信道采集上述第二接收信号的N个第二原始RSSI值(场强值)，再对这N个第二原始RSSI值进行前述的混合滤波，可得到第二RSSI值。
以BLE4.0为例，其工作频率范围为2400-2480MHz，一共有40个信道(0-39)，每个信道带宽为2MHz。在广播时可使用37、38、39共3个信道。上述特定信道具体可包括37、38、39工作信道。
S6：各节点计算自身与智能钥匙之间的距离(可称为第二距离)。
可根据公式
Figure BDA0002341381440000111
计算基站与智能钥匙之间的第二距离(在本步骤中RSSI变量的取值为各节点的第二RSSI值)，由于是四个基站，其第二距离可分别记为d1,d2,d3,d4。
从节点在计算完第二距离之后，可将第二距离发送给主节点。
在本发明其他实施例中，也可由各从节点向主节点发送第二RSSI值，由主节点根据第二RSSI值计算各从节点与智能钥匙之间的距离。
为避免主节点漏收，从节点可通过LIN线向主节点重复三次发送第二RSSI值或第二距离。
S7：主节点根据各基站的位置以及所获取的各第二距离，建立表征智能钥匙的位置与各基站的位置、各第二距离之间关系的方程组，并对方程组进行求解计算。
方程组如下：
Figure BDA0002341381440000121
其中，智能钥匙的位置相对于坐标系的坐标为(x,y,z)，(x1,y1,z1)，(x2,y2,z2)，(x3,y3,z3)，(x4,y4,z4)分别为四个基站相对于坐标系的坐标。
在方程组中，智能钥匙的位置为待求解变量，各基站的位置和各第二距离为已知变量。
对上述方程组进行矩阵转化后得：
CY＝D
其中
Figure BDA0002341381440000122
Figure BDA0002341381440000123
利用高斯-约旦消元法可求解出(x,y,z)。
求解结果可能是无解，或者，得到多个解的集合(可称为位置集)。
对于上述提及的情况，在一个示例中，请参见图4可进行如下处理：
S41：若对方程组求解得到包含多个解的位置集且满足缩小条件，主节点确定每一基站对应的步长，并基于确定的步长执行至少一次距离缩小求解操作，直至满足预设条件；
具体的，缩小条件可包括：位置集中各个解所覆盖位置区域的尺寸大于尺寸阈值；而预设条件则包括：计算得到唯一解或计算得到的位置集所覆盖位置区域的尺寸小于等于上述尺寸阈值。
由于在计算中往往方程不能的出唯一的解，有时得到多个解的集合(位置集)，若位置集覆盖区域较大，则需要执行上述距离缩小求解操作。
在一个示例中，位置集所覆盖位置区域可为一个圆形区域，位置集中最远和最近的位置位于圆形区域的轮廓线上，其他的解位于圆形区域内。
可使用半径表示圆形区域的尺寸，在此情况下，尺寸阈值为半径阈值。本领域技术人员可灵活设计半径阈值的取值，例如，取值为5厘米。
在另一个示例中，可两两计算两个解之间的距离值，取其中的最大值表征位置集所覆盖位置区域的尺寸，在此情况下，尺寸阈值可为距离阈值。本领域技术人员可灵活设计距离阈值的取值，例如，取值为10厘米。其中，设计尺寸阈值时可参考钥匙定位精度需求。
S42：若方程组无解，主节点确定每一基站对应的步长，并基于所确定的步长执行至少一次距离扩大求解操作，直至满足上述预设条件。
因此，最终得到的求解结果包括：求解得到的唯一解，或者，求解得到的各个解所覆盖位置区域的尺寸小于等于尺寸阈值的位置集(可将其称为最终位置集)。
本文后续还将详细介绍如何确定步长，距离缩小求解操作以及距离扩大求解操作。
S8：根据求解结果确定智能钥匙的位置。
具体的，若求解结果只包含唯一解，则使用该唯一解作为智能钥匙的位置。
而若求解结果包括最终位置集，则可有多种确定方式。
示例性的，确定方式之一包括：计算最终位置集所覆盖位置区域的中心，将中心坐标作为智能钥匙的位置。
确定方式之二包括：对最终位置集中的解求均值，将均值作为智能钥匙的位置。具体的，由于每一个解为三维坐标，可在每一维上求均值，将各维均值作为智能钥匙的位置。
可见，在本发明实施例中，连接智能钥匙后，先由三维智能钥匙定位系统中的主节点以固定频率向从节点发送第一无线信号，第一无线信号经车内外的反射、干扰和衰减到达从节点后成为第一接收信号被各从节点所接收，各从节点基于接收到的第一接收信号计算出第一RSSI值，主节点再基于各从节点的第一RSSI值计算当前的动态参数值(包括标定值A和环境衰减参数n)。由于第一RSSI值是基于经车内外的反射、干扰和衰减的第一无线信号计算得到的，而基于第一RSSI值、以及主节点与各从节点之间的第一距离又计算了当前的标定值A和环境衰减参数n，那么计算出的标定值A和环境衰减参数n，本身就综合反映了当前车内外的反射、干扰和衰减的影响。相当于基于当前车内外的反射、干扰和衰减的影响，对标定值A和环境衰减参数n进行了动态标定，使两参数的取值更为精确。
之后，智能钥匙以固定频率发送的第二无线信号经过车内外的反射、干扰和衰减等后成为第二接收信号并被主节点和从节点所接收，主节点和从节点基于第二接收信号计算出第二RSSI值，后续基于第二RSSI值和动态参数值计算得到各基站与智能钥匙之间的第二距离。由于标定值A和环境衰减参数n在之前已进行了校正，则基于第二RSSI值计算出的各节点与智能钥匙之间的第二距离也随之更为准确。最终，主节点根据各基站的位置及第二距离计算得到的智能钥匙的位置也更为精确，从而提高了定位精度。
在本发明其他实施例中，在步骤S8之后，还可包括如下步骤：
根据预先标定的坐标集及智能钥匙的位置，决定所采取的操作。
此外，在得到智能钥匙的位置后，主节点还可向Can总线发送智能钥匙的位置。
前述提及了可预先标定整车轮廓的相对坐标集，此外，还可标定启动相对坐标集Z'(表征启动区域)、解锁相对坐标集Z"(表征解锁区域)等。
可将智能钥匙的位置X与整车轮廓的相对坐标集Z进行比较，若X∈Z，钥匙位于车内，若
Figure BDA0002341381440000151
则钥匙位于车外。
若X∈Z，可进一步将位置X与启动相对坐标集Z'进行比较，若
Figure BDA0002341381440000152
表征钥匙位于车内，并且处于启动区域内，可控制令整车进入启动状态。当然，若
Figure BDA0002341381440000153
则保持现状。
在一个示例中，控制令整车进入启动状态可具体通过下述方式实现：
主基站向BCM(Body Control Module，车身控制器)发送表征可启动的信号，由BCM决策操作。
同理，若
Figure BDA0002341381440000154
可进一步将位置X与解锁相对坐标集Z"进行比较，若
Figure BDA0002341381440000155
表征钥匙位于车外并处于解锁区域内。
在一个示例中，若车门处于闭锁状态，则对其进行解锁操作，若车门处于解锁状态，则对其进行闭锁操作。当然，若
Figure BDA0002341381440000156
则保持现状。
在另一个示例中，可具体通过下述方式实现解锁：
在钥匙位于车外解锁区域内并满足解锁条件时，主节点向BCM(Body ControlModule，车身控制器)发送表征可解锁的信号，由BCM决策操作。
解锁条件可灵活设计，例如，解锁条件可包括：使用者触碰车门把手上的电容。再例如，解锁条件可包括：使用者通过智能钥匙发送了用于解锁的遥控信号。
这种设计可实现：智能钥匙只有在车门边的解锁区域才能解锁，而不是感应到智能钥匙就解锁。
此外，由于一般车辆有两侧车门，因此，解锁相对坐标集Z"可进一步包括多个子集(也即包含多个解锁子区域)，不同的子集可对应不同的车门。在智能钥匙发出无线信号后，若智能钥匙位于左侧解锁子区，可只进行左侧车门解锁，可进一步增加安全性。
至于车门闭锁的实现，与上述介绍相类似，可在满足闭锁条件时，由主节点向BCM(Body Control Module，车身控制器)发送表征可闭锁的信号，由BCM决策操作。
闭锁条件可灵活设计，例如，闭锁条件可包括：智能钥匙在车外并离开解锁区。再例如，闭锁条件可包括：使用者通过智能钥匙发送了用于闭锁的遥控信号等。
下面以一个基站(可称为基站m)为例，介绍如何确定步长。
在确定步长时，可进行如下操作：
步骤A：确定基站m的权重值；
其中，权重值由基站m计算得到的第二RSSI值决定，权重值取值范围可在0至1之间，其大小与第二RSSI值的大小为正相关关系。
权重值可用于表征基站的可信度。
第二RSSI值大的基站，可信度相对较高，因此权重值相对更大。而第二RSSI值小的基站，相对不可信，因此权重值相对越小。
或者，权重值的大小可由基站m与智能钥匙之间的第二距离决定，第二距离越远，权重值越小。
类似的，第二距离越远，可信度越低，所以权重值越小。
步骤B：根据基站m的权重值，确定对应的步长。
在一个示例中，可确定基站m的权重值所属的权重区间；每一权重区间预先对应一个步长；将所属的权重区间所对应的步长确定为基站m对应的步长。
例如，可预先标定的权重区间包括：[0，0.5]、(0.5，0.9]和(0.9,1]，为称呼方便可称为第一区间、第二区间和第三区间，其中，第一区间对应的步长示例性的为2cm，第二区间对应的步长示例性的为1cm，第三区间对应的步长示例性的为0cm(也即不参与扩大或缩小)。
若基站m的权重值为0.6，则确定其步长为1cm。
在本发明其他实施例中，也可直接根据第二RSSI值确定步长。
具体的，可预先标定RSSI值区间，不同的RSSI值区间对应不同的步长。基站m计算得到的第二RSSI值属于哪个RSSI值区间，就使用哪个区间对应的步长。
同理，在本发明其他实施例中，也可直接根据基站与智能钥匙之间的第二距离确定步长。
具体的，可预先标定距离区间，不同的距离区间对应不同的步长。基站m与智能钥匙之间的第一距离属于哪个距离区间，就使用哪个区间对应的步长。
例如，在5-10米的范围内，步长是2cm，2-3米的范围内，步长是1cm。2米以内，步长为0。
在介绍完如何确定步长后，下面介绍距离扩大求解操作和距离缩小求解操作。
请参见图5，一次距离扩大求解操作可包括：
S51：使用各基站对应的步长对方程组中相应的各第二距离分别进行扩大，得到更新后的方程组。
以某基站举例，假定其对应的第二距离为30cm，步长为2cm，则将其对应的第二距离扩大为32cm，其他基站所对应的第二距离也做类似的扩大，均扩大后代入方程组。这样，方程组中的第二距离也分别进行了扩大。
S52：对更新后的方程组进行求解计算。
如何求解请参见前述步骤S7中的介绍，在此不作赘述。
S53：判断是否满足上述预设条件，若是，进入步骤S8，否则返回步骤S51。
同理，请参见图6，一次距离缩小求解操作可包括：
使用各基站对应的步长对方程组中相应的各第二距离分别进行缩小，得到更新后的方程组；
对更新后的方程组进行求解计算。
S61：使用各基站对应的步长对方程组中相应的各第二距离分别进行缩小，得到更新后的方程组。
以某基站举例，假定其对应的第二距离为30cm，步长为1cm，则将其对应的第二距离缩小为29cm，其他基站所对应的第二距离也做类似的缩小，均缩小后代入方程组。这样，方程组中的第二距离也分别进行了缩小。
S62：对更新后的方程组进行求解计算。
如何求解请参见前述步骤S7中的介绍，在此不作赘述。
S63：判断是否满足上述预设条件，若是，进入步骤S8，否则返回步骤S51。
需要说明的是，蓝牙定位、DTOA的UWB定位、空间距离定位，都可能面临无解或位置集覆盖区域过大的问题，因此，均可采用确定步长、基于步长执行至少一次距离缩小求解操作或距离扩大求解操作(直至满足预设条件)的方式来得到合适的求解结果。
综上，本发明提供的方案可智能钥匙在汽车领域中的防盗定位问题，综合考虑了无线信号在车内外的反射、干扰和衰减等问题，大幅提高了定位精度，同时解决了求解结果覆盖区域过大和坐标无解的两种情况。
此外，还创新性的加入了混合滤波的方法解决了RSSI信号不稳以及在介质中损耗导致的信号强度不稳定问题，并且首先引入了车用动态参数估计算法得到了动态参数值，利用动态参数值可以使汽车无论在什么环境条件下都拥有较高的定位精度。
需要说明的是，在一些实施例中，也可以仅在方程组无解时执行距离扩大求解操作，而在其他情形下，将求解得到的位置或者位置平均值作为智能钥匙的位置。但实现本发明的过程中发现：同时设置距离缩小求解操作能够使得定位精度更高。在另一些实施例中，第一RSSI值和第二RSSI值也可以通过平均滤波和高斯滤波计算得到，甚至仅通过中值滤波、平均滤波或高斯滤波计算得到。但实现本发明的过程中发现：同时采用中值滤波、平均滤波和高斯滤波进行混合滤波处理能够得到的定位精度更高。
下面介绍作为主节点的基站，图7为一种示例性的结构，包括：
通信单元71，用于以固定功率发送第一无线信号；
通信单元71还用于Can总线通讯，以及接收从节点发送的数据。
第一计算单元72，用于：
使用各从节点计算得到的第一RSSI值以及主节点与各从节点之间的第一距离计算动态参数值；动态参数值包括标定值A和环境衰减参数n；标定值A表示发射节点在距离接收节点1m时接收节点所接收的RSSI值的绝对值；
第一RSSI值是各从节点基于第一接收信号计算得到。第一接收信号为第一无线信号传输至各从节点后被各从节点接收到的信号。
第二计算单元73，用于：
获取各基站(包括主节点和从节点)与智能钥匙之间的第二距离；其中，任一基站与智能钥匙之间的第二距离是根据计算出的动态参数值以及第二RSSI值计算得到；第二RSSI值是任一基站基于第二接收信号计算得到；第二接收信号为第二无线信号传输至各基站后被各基站接收到的信号，第二无线信号由智能钥匙以固定功率发送。
根据各基站的位置以及第二距离，建立表征智能钥匙的位置与各第二距离、各基站位置之间关系的方程组；其中，在方程组中，智能钥匙的位置为待求解变量，各基站的位置和第二距离为已知变量；
对方程组进行求解计算；
根据求解结果确定智能钥匙的位置。
其中，第一RSSI值可通过如下方式计算得到：
获取N个第一原始RSSI值；
对N个第一原始RSSI值进行混合滤波处理，得到第一RSSI值。
第二RSSI值可通过如下方式计算得到：
获取N个第二原始RSSI值；
对N个第二原始RSSI值进行混合滤波处理，得到第二RSSI值。
具体内容请参见本文前述记载，在此不作赘述。
在本发明其他实施例中，在根据求解结果确定智能钥匙的位置之前，上述所有实施例中的第二计算单元73还用于：
若对方程组求解计算得到包含多个解的位置集且满足缩小条件，确定每一基站对应的步长，并基于步长执行至少一次距离缩小求解操作，直至满足预设条件；
若方程组无解，确定每一基站对应的步长，并基于步长执行至少一次距离扩大求解操作，直至满足预设条件；
缩小条件包括：由位置集中的各个解所覆盖的位置区域的尺寸大于尺寸阈值；预设条件包括：计算得到唯一解或计算得到的位置集所对应的位置区域的尺寸小于等于尺寸阈值；
求解结果包括：求解得到的唯一解，或者，位置区域的尺寸小于等于尺寸阈值的位置集。
具体内容请参见本文前述记载，在此不作赘述。
任一基站可表示为基站m；在本发明其他实施例中，在确定每一基站对应的步长方面，上述所有实施例中的第二计算单元73可具体用于：
确定基站m的权重值；权重值由基站m计算得到的第二RSSI值决定；
根据基站m的权重值，确定对应的步长。
在距离扩大求解操作的方面，上述所有实施例中的第二计算单元73可具体用于：
使用各基站对应的步长对方程组中相应的各第二距离分别进行扩大，得到更新后的方程组；
对更新后的方程组进行求解计算。
相应的，在距离缩小求解操作的方面，上述所有实施例中的第二计算单元73可具体用于：
使用各基站对应的步长对方程组中相应的各第二距离分别进行缩小，得到更新后的方程组；
对更新后的方程组进行求解计算。
在本发明其他实施例中，在根据每一基站的权重值，确定对应的步长的方面，上述所有实施例中的第二计算单元73可具体用于：
确定基站m的权重值所属的权重区间；每一权重区间预先对应一个步长；
将所属的权重区间所对应的步长确定为基站m对应的步长。
上述从节点的个数为3个；各从节点计算得到的第一RSSI值分别表示为RSSI1至RSSI3；各从节点与主节点之间的第二距离分别表示为D1-D3；
在本发明其他实施例中，在使用第一RSSI值计算当前的动态参数值的方面，上述所有实施例中的第一计算单元72可具体用于：
将RSSI1至RSSI3作为计算公式A-10(lgd)n＝RSSI中变量RSSI的取值，将D1-D3作为计算公式中变量d的取值，求解计算公式中未知变量A和n的取值。
图8示出了作为从节点的基站一种示例性结构，包括：
通信模块81，用于：
接收三维智能钥匙定位系统中的主节点以固定频率发送的第一接收信号；以及，
接收智能钥匙以固定频率发送的第二接收信号；
通信模块81还用于向主节点发送的数据。
其中，第一接收信号为三维智能钥匙定位系统中的主节点以固定频率发送的第一无线信号传输至基站后被基站接收到的信号；
第二接收信号为智能钥匙以固定频率发送的第二无线信号传输至基站后被基站接收到的信号。
计算模块82，用于：
基于第一接收信号计算得到第一RSSI值；
以及，
基于第二接收信号以及主节点计算得到的动态参数值，计算得到第二RSSI值；
其中，动态参数值使用第一RSSI计算得到，动态参数值包括标定值A和环境衰减参数n；标定值A表示发射节点在距离接收节点1m时接收节点所接收的RSSI值的绝对值。
在本发明其他实施例中，第一RSSI值可通过如下方式计算得到：
获取N个第一原始RSSI值；
对N个第一原始RSSI值进行混合滤波处理，得到第一RSSI值。
第二RSSI值可通过如下方式计算得到：
获取得到N个第二原始RSSI值；
对N个第二原始RSSI值进行混合滤波处理，得到第二RSSI值。
具体的，对N个第一原始RSSI值进行混合滤波处理可包括：
对N个第一原始RSSI值进行中值滤波，得到中值滤波结果RSSIZ；N大于1；
对N个第一原始RSSI值进行平均滤波，得到平均滤波结果RSSIp；
对N个第一原始RSSI值进行高斯滤波，以去除波峰值及波谷值，得到m个第一原始RSSI值；
计算m个第一原始RSSI值的平均值RSSIg；
计算RSSIZ、RSSIp和RSSIg的平均值；平均值为第一RSSI值。
第二RSSI值的混合滤波处理与第一RSSI值的混合滤波处理相类似，在此不作赘述。
本发明实施例还要求保护一种三维智能钥匙定位系统，包括多个基站，其中一个基站为主节点，其他基站为从节点，用于执行上述的定位方法。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，之处参见方法部分说明即可。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及模型步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或模型的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、WD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种三维智能钥匙定位方法，其特征在于，应用于三维智能钥匙定位系统，所述三维智能钥匙定位系统包括多个基站，其中一个基站为主节点，其他基站为从节点；
所述方法包括：
在连接后，所述主节点以固定功率发送第一无线信号；
所述主节点使用各从节点计算得到的第一射频信号强度指数RSSI值、以及所述主节点与所述各从节点之间的第一距离计算动态参数值；所述第一RSSI值是所述各从节点基于所述第一接收信号计算得到；所述动态参数值包括标定值A和环境衰减参数n；所述标定值A表示发射节点在距离接收节点1m时接收节点所接收的RSSI值的绝对值；所述第一接收信号为所述第一无线信号传输至所述各从节点后被所述各从节点接收到的信号；
所述主节点获取各基站与智能钥匙之间的第二距离；其中，任一基站与所述智能钥匙之间的第二距离是根据所述动态参数值以及第二RSSI值计算得到；所述第二RSSI值是任一基站基于第二接收信号计算得到；所述第二接收信号为第二无线信号传输至各基站后被各基站接收到的信号；所述第二无线信号由所述智能钥匙以所述固定功率发送；
所述主节点根据各基站的位置以及所获取的各第二距离，建立表征所述智能钥匙的位置与各基站的位置、各第二距离之间关系的方程组；其中，在所述方程组中，所述智能钥匙的位置为待求解变量，各基站的位置和各第二距离为已知变量；
所述主节点对所述方程组进行求解计算；
所述主节点根据求解结果确定所述智能钥匙的位置。
2.如权利要求1的方法，其特征在于，在根据求解结果确定所述智能钥匙的位置之前，还包括：
若对所述方程组求解得到包含多个解的位置集且满足缩小条件，所述主节点确定每一基站对应的步长，并基于所确定的步长执行至少一次距离缩小求解操作，直至满足预设条件；
若所述方程组无解，所述主节点确定每一基站对应的步长，并基于所确定的步长执行至少一次距离扩大求解操作，直至满足所述预设条件；
其中，所述缩小条件包括：所述位置集中各个解所覆盖位置区域的尺寸大于尺寸阈值；所述预设条件包括：计算得到唯一解或计算得到的位置集中各个解所覆盖位置区域的尺寸小于等于所述尺寸阈值；
所述求解结果包括：求解得到的唯一解，或者，求解得到的各个解所覆盖位置区域的尺寸小于等于所述尺寸阈值的位置集。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，
任一基站表示为基站m；
所述主节点确定每一基站对应的步长包括：
所述主节点确定所述基站m的权重值；所述权重值由所述基站m计算得到的第二RSSI值决定；
所述主节点根据所述基站m的权重值，确定对应的步长；
所述距离扩大求解操作包括：
所述主节点使用各基站对应的步长对所述方程组中相应的各第二距离分别进行扩大，得到更新后的方程组；
所述主节点对更新后的方程组进行求解计算；
所述距离缩小求解操作包括：
所述主节点使用各基站对应的步长对所述方程组中相应的各第二距离分别进行缩小，得到更新后的方程组；
所述主节点对更新后的方程组进行求解计算。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述主节点根据所述基站m的权重值，确定对应的步长包括：
所述主节点确定所述基站m的权重值所属的权重区间；每一权重区间预先对应一个步长；
所述主节点将所属的权重区间所对应的步长确定为所述基站m对应的步长。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在计算动态参数值后，还包括：
所述主节点确定计算出的标定值A和环境衰减参数n是否在标定范围内；
是，所述主节点执行下一步骤；
否，所述主节点再次执行所述主节点以固定功率发送第一无线信号以及使用各从节点计算得到的第一RSSI值计算动态参数值步骤，直至计算出的标定值A和环境衰减参数n在标定范围内，或者，计算出的标定值A和环境衰减参数n未在标定范围内的次数超过次数阈值。
6.如权利要求1的方法，其特征在于，
所述第一RSSI值由所述各从节点通过如下方式计算得到：
获取N个第一原始RSSI值；N大于1；
对所述N个第一原始RSSI值进行混合滤波处理，得到所述第一RSSI值；
所述第二RSSI值由任一基站通过如下方式计算得到：
获取N个第二原始RSSI值；
对所述N个第二原始RSSI值进行混合滤波处理，得到所述第二RSSI值。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，N为奇数，所述对所述N个第一原始RSSI值进行混合滤波处理，得到所述第一RSSI值包括：
对所述N个第一原始RSSI值进行中值滤波，得到中值滤波结果RSSIZ；
对所述N个第一原始RSSI值进行平均滤波，得到平均滤波结果RSSIp；
对所述N个第一原始RSSI值进行高斯滤波，以去除波峰值及波谷值，得到m个第一原始RSSI值；
计算所述m个第一原始RSSI值的平均值RSSIg；
计算RSSIZ、RSSIp和RSSIg的平均值；所述平均值为所述第一RSSI值。
8.一种基站，其特征在于，作为三维智能钥匙定位系统中的主节点；
作为所述主节点的基站包括：
通信单元，用于以固定功率发送第一无线信号；
第一计算单元，用于：
使用各从节点计算得到的第一射频信号强度指数RSSI值以及所述主节点与所述各从节点之间的第一距离计算动态参数值；所述第一RSSI值是所述各从节点基于第一接收信号计算得到；所述动态参数值包括标定值A和环境衰减参数n；所述标定值A表示发射节点在距离接收节点1m时接收节点所接收的RSSI值的绝对值；所述第一接收信号为所述第一无线信号传输至所述各从节点后被所述各从节点接收到的信号；
第二计算单元，用于：
获取各基站与智能钥匙之间的第二距离；其中，任一基站与所述智能钥匙之间的第二距离是根据所述动态参数值以及第二RSSI值计算得到；所述第二RSSI值是任一基站基于第二接收信号计算得到；所述第二接收信号为第二无线信号传输至各基站后被各基站接收到的信号；所述第二无线信号由所述智能钥匙以所述固定功率发送；各基站包括：所述主节点和所述各从节点；
根据各基站的位置以及所获取的各第二距离，建立表征所述智能钥匙的位置与各基站的位置、各第二距离之间关系的方程组；其中，在所述方程组中，所述智能钥匙的位置为待求解变量，所述各基站的位置和各第二距离为已知变量；
对所述方程组进行求解计算；
根据求解结果确定所述智能钥匙的位置。
9.一种基站，其特征在于，作为三维智能钥匙定位系统中的从节点；
所述基站包括：
通信模块，用于：
接收第一接收信号；所述第一接收信号为三维智能钥匙定位系统中的主节点以固定频率发送的第一无线信号传输至所述基站后被所述基站接收到的信号；以及，
接收第二接收信号；所述第二接收信号为智能钥匙以所述固定频率发送的第二无线信号传输至所述基站后被所述基站接收到的信号；
计算模块，用于：
基于所述第一接收信号计算得到第一RSSI值；
以及，
基于所述第二接收信号计算得到第二RSSI值。
10.一种三维智能钥匙定位系统，其特征在于，包括多个基站，其中一个基站为主节点，其他基站为从节点；用于执行如权利要求1至7中任一项所述的三维智能钥匙定位方法。
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