CN219038027U - 一种适用于车辆的全场景定位装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种适用于车辆的全场景定位装置，包括：GPS/BD定位模块，用于卫星信号良好处的车辆定位；UWB通信模块，用于在卫星信号无法覆盖处，获取与布置在该场景中的UWB通信基站之间的测距数据，并将数据传输至控制模块；控制模块，包含UWB坐标解算引擎，根据UWB通信模块获取的测距数据对定位装置在该场景中的坐标进行解算，获得车辆精确定位数据，并通过外部接口模块传送至外部设备；电源模块，用于为各模块提供工作电源。本装置所使用的UWB定位技术，定位精度在20到30厘米，刷新频率达到15Hz，适用于具有速度快，体积大特点的车辆，提高了车辆在卫星信号无法覆盖处的定位准确性。

Description

一种适用于车辆的全场景定位装置

技术领域

本实用新型属于定位导航技术领域，特别是一种适用于车辆的全场景定位装置。

背景技术

5G建设正全面展开，智能网联和自动驾驶试点及应用项目不断落地，市场已出现很多基于GPS/BD的面向自动驾驶的定位产品，目前在卫星信号良好时，GPS/BD等定位技术可以有效地解决车辆定位需求。但在卫星信号无法覆盖处，如高架桥下、隧道等场景，当前产品无法实现车辆的精确定位。

随着各类定位技术的不断发展，目前UWB定位技术已广泛应用于室内人员定位，定位精度达到10厘米。但目前的UWB定位系统刷新率普遍较低，仅能达到1-2Hz，虽然能满足人员的定位需求，但无法满足高速移动的车辆定位需求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对车辆的定位需求，通过提高传统用于室内人员定位的UWB定位技术的系统刷新率，结合GPS/BD定位技术，提供一种适用于车辆的全场景定位装置。

实现本实用新型目的的技术解决方案为：一种适用于车辆的全场景定位装置，所述装置包括GPS/BD定位模块、UWB通信模块、控制模块、外部接口模块和电源模块；

所述GPS/BD定位模块，用于进行车辆定位；

所述UWB通信模块，用于在无卫星信号覆盖的场景中，获取定位装置与布置在该场景中的UWB通信基站之间的测距数据，并将该数据传输至控制模块；

所述控制模块，用于根据UWB通信模块获取的测距数据对定位装置在该场景中的坐标进行解算，获得车辆定位数据；

所述控制模块，用于将车辆定位数据通过所述外部接口模块传送至外部设备；

所述电源模块，用于为各模块提供工作电源。

进一步地，所述GPS/BD定位模块与UWB通信模块均包括通信天线，该通信天线连接所述GPS/BD定位模块与UWB通信模块的信号发射接收端。

进一步地，所述UWB通信模块需搭配特定场景中的UWB基站设备才能工作，构成UWB定位系统，该系统包括定位基站、定位标签与位置解算引擎，所述定位基站包括一个主基站与多个从基站，所述定位标签即为本全场景定位装置，所述位置解算引擎布置于所述控制模块中，用于实现所述根据UWB通信模块获取的测距数据对定位装置在该场景中的坐标进行解算，获得车辆定位数据。

进一步地，在同一UWB定位系统中，定位基站与定位标签均具备唯一ID用于区别其他设备。

进一步地，各从基站通过主基站利用无线同步的方式进行时间同步。

进一步地，所述外部接口模块通过USB接口与外部设备交互。

进一步地，所述电源模块包括锂电池与外部电源接口，外部电源接口与外部接口模块使用同一USB接口。

进一步地，所述UWB通信模块在定位装置未工作时处于休眠状态。

进一步地，所述控制模块还用于获取GPS/BD定位模块中GPS/BD信号强度，当该信号强度大于预设阈值时，控制模块将唤醒UWB通信模块。

本实用新型与现有技术相比，其显著优点为：

1)可在不同定位模式中无缝切换，实现车辆在全场景中的定位。

2)采用的UWB定位系统相较于现有室内UWB人员定位系统，系统刷新率提升到15Hz，以适应车辆运动速度块的特点，虽然定位精度由10厘米降低到30厘米，但由于车辆本身体积较大，本系统依然可以满足车辆定位需求。

下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述。

附图说明

图1为本实用新型定位装置的组成示意图。

图2为本实用新型采用的UWB定位系统的组成示意图。

图3为本实用新型定位装置的工作流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此附图中描述和示出的本实用新型的组件可以以不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型任何可能隐含的软件算法类的内容，均属于现有技术，没有做任何改进，也不进行任何保护。

在一个实施例中，结合图1，提供了一种适用于车辆的全场景定位装置，所述装置包括GPS/BD定位模块、UWB通信模块、控制模块、外部接口模块和电源模块；GPS/BD定位模块与UWB通信模块用于不同场景中的定位，控制模块用于定位装置整体控制与UWB定位模式下的定位装置坐标解算，外部接口模块用于与外部设备进行数据交互，电源模块用于为其他功能模块提供电源，具体如下：

所述GPS/BD定位模块，用于进行车辆定位；

所述UWB通信模块，用于在无卫星信号覆盖的场景中，获取定位装置与布置在该场景中的UWB通信基站之间的测距数据，并将该数据传输至控制模块；

该UWB通信模块平时处于休眠状态以降低功耗，所述控制模块可进行GPS/BD信号强度检测，当检测到GPS/BD信号强度减弱到一定程度时，控制模块将唤醒UWB通信模块，开启UWB定位模式，对外发射UWB信号；

所述UWB通信模块用于在高架桥下、隧道及其他卫星信号无法覆盖处，获取与布置在该场景中的UWB定位基站之间的测距数据，并将数据传输至控制模块。在该场景中，所述UWB定位基站分为主基站与从基站，每个基站都具有自身在系统中的唯一ID，系统中各定位基站通过主基站利用无线同步的方式进行时间同步，各从基站每隔一段时间与主基站进行信号交互，调整自身时间与主基站保持一致。区域内的数个UWB定位基站收到来自定位装置UWB通信模块的信号后，记录下收到信号的时间点，并将信息回传给定位装置UWB通信模块。为防止UWB信号传输过程中发生冲突，UWB定位基站在对定位装置进行回复时，均进行一定时间的延迟，延迟时间可由基站ID决定；

为适应高架桥下等情景下的定位需求，本定位装置需要实现三维定位，因此需要的最小定位基站数量为4个。当定位装置收到的定位基站信号数量大于4时，可利用冗余的数据与定位算法减小坐标解算结果误差；定位装置收到的基站信号越多，坐标解算结果误差越小。

UWB通信模块受限于UWB机制本身的不足，无法支持组网，因此在拟制通信机制时，需要考虑信号冲突问题。由于需要保证定位系统的刷新率，而UWB定位又涉及到比较多的运算，所以在UWB定位系统中需要尽可能减少设备间的通信次数，降低定位在通信过程中花费的时间。本定位系统中，定位装置与定位基站之间只进行1次通信，可有效减少坐标解算的时间，提高系统刷新率；同时由于不需要检测信号传输的时间，因此定位装置与定位基站之间不用进行时间同步。

所述控制模块，用于收到UWB通信模块传输的与各UWB定位基站之间的测距数据后，进行定位装置在该场景中的坐标进行解算，并将车辆定位数据通过所述外部接口模块传送至外部设备；

所述电源模块，用于为各模块提供工作电源。

进一步地，在其中一个实施例中，本定位装置采用的UWB定位系统的组成如图2所示，由定位基站、定位标签与位置解算引擎组成，其中定位基站分为主基站与从基站，定位标签即为本定位装置，位置解算引擎布置于定位装置控制模块中。在同一系统中，定位基站与定位标签均具备唯一ID用于区别其他设备。

各所述从基站通过主基站利用无线同步的方式进行时间同步；各从基站每隔一段时间与主基站进行信号交互，调整自身时间与主基站保持一致。

所述定位标签工作时对外发出UWB信号，区域内的数个定位基站都会收到该信号，定位基站收到来自定位标签的信号后，记录下收到信号的时间点，并将信息回传给定位标签。

为防止UWB信号传输过程中发生冲突，定位基站在对标签进行回复时，均进行一定时间的延迟，延迟时间可由基站ID决定。

所述位置解算引擎，布置于定位标签，在定位标签完成所有基站信号的接收，或超过一定时间且已经收到的数据足以用于进行坐标解算时，通过信号到达各定位基站的时间差进行坐标解算。

进一步地，在其中一个实施例中，所述外部接口模块通过USB接口与外部设备交互。

进一步地，在其中一个实施例中，所述电源模块包括锂电池与外部电源接口，当定位装置通过USB接口与外部设备连接时，通过外部电源供电同时对锂电池进行充电，当外部电源断开时，使用锂电池供电。

为了进一步理解本实用新型定位装置，对本装置的工作流程进行详细说明，如图3所示：

步骤S1：定位装置安装于车辆中，通过USB接口与车辆连接，数据交互与定位装置的供电均通过USB接口完成，定制装置中安装有锂电池，以应对USB接口供电故障的情况；

步骤S2：卫星信号良好处，定位装置使用GPS/BD定位模块进行定位，并将数据传送至控制模块，控制模块将数据处理后通过外部接口模块传送至车辆；

步骤S3：控制模块对GPS/BD信号强度进行检测，当检测到GPS/BD信号强度减弱到一定程度时，唤醒休眠中的UWB通信模块，开启UWB定位模式，对外发射UWB信号；

步骤S4：若车辆处于安装有UWB定位基站的场景，场景中的定位基站收到定位装置发出的信号后，经过一定时间延迟，会向定位装置回复一个数据包，时间延迟由定位基站自身ID确定。数据包中包含该场景中定位基站数量，定位基站自身ID，定位基站自身三维坐标信息，以及收到待测目标广播数据包的时间点信息；

步骤S5：定位装置UWB通信模块收到定位基站回复的数据后，将数据传送至控制模块，控制模块收到系统中所有定位基站回复的数据，或超过一定时间且已经收到至少4个定位基站回复的数据后，根据数据得到各个定位基站接收到待测目标广播数据包的时间点得到UWB信号到达各个定位基站的时间差，然后使用TDOA定位算法进行坐标解算，否则放弃本次坐标解算。当收到大于4个定位基站回复的数据时，利用冗余的数据与定位算法减小坐标解算结果误差；

步骤S6：若车辆离开或未处于安装有UWB定位基站的场景，没有定位基站与定位装置进行通信，控制模块将UWB定位模式关闭；

步骤S7：车辆回到卫星信号良好的场景，定位装置使用GPS/BD定位模块进行定位。

本装置所使用的UWB定位技术，定位精度在20到30厘米，刷新频率达到15Hz，适用于具有速度快，体积大特点的车辆，提高了车辆在卫星信号无法覆盖处的定位准确性。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (9)

1.一种适用于车辆的全场景定位装置，其特征在于，所述装置包括GPS/BD定位模块、UWB通信模块、控制模块、外部接口模块和电源模块；

所述GPS/BD定位模块，用于进行车辆定位；

所述UWB通信模块，用于在无卫星信号覆盖的场景中，获取定位装置与布置在该场景中的UWB通信基站之间的测距数据，并将该数据传输至控制模块；

所述控制模块，用于根据UWB通信模块获取的测距数据对定位装置在该场景中的坐标进行解算，获得车辆定位数据；

所述控制模块，用于将车辆定位数据通过所述外部接口模块传送至外部设备；

所述电源模块，用于为各模块提供工作电源。

2.根据权利要求1所述的适用于车辆的全场景定位装置，其特征在于，所述GPS/BD定位模块与UWB通信模块均包括通信天线，该通信天线连接所述GPS/BD定位模块与UWB通信模块的信号发射接收端。

3.根据权利要求1所述的适用于车辆的全场景定位装置，其特征在于，所述UWB通信模块需搭配场景中的UWB基站设备才能工作，构成UWB定位系统，该系统包括定位基站、定位标签与位置解算引擎，所述定位基站包括一个主基站与多个从基站，所述定位标签即为本全场景定位装置，所述位置解算引擎布置于所述控制模块中，用于实现所述根据UWB通信模块获取的测距数据对定位装置在该场景中的坐标进行解算，获得车辆定位数据。

4.根据权利要求3所述的适用于车辆的全场景定位装置，其特征在于，在同一UWB定位系统中，定位基站与定位标签均具备唯一ID。

5.根据权利要求3所述的适用于车辆的全场景定位装置，其特征在于，各从基站通过主基站利用无线同步的方式进行时间同步。

6.根据权利要求1所述的适用于车辆的全场景定位装置，其特征在于，所述外部接口模块通过USB接口与外部设备交互。

7.根据权利要求1所述的适用于车辆的全场景定位装置，其特征在于，所述电源模块包括锂电池与外部电源接口，外部电源接口与外部接口模块使用同一USB接口。

8.根据权利要求1所述的适用于车辆的全场景定位装置，其特征在于，所述UWB通信模块在定位装置未工作时处于休眠状态。

9.根据权利要求8所述的适用于车辆的全场景定位装置，其特征在于，所述控制

模块还用于获取GPS/BD定位模块中GPS/BD信号强度，当该信号强度大于预设阈值时，

控制模块将唤醒UWB通信模块。

Images