一种基于车路协同的场地端单车辆定位方法与定位系统与流程

1.本发明属于车辆探测和控制技术领域，具体涉及一种基于车路协同的场地端单车辆定位方法与定位系统


背景技术：

2.目前相关的车辆定位系统，一般利用民用gps或北斗导航系统，其为车辆导航提供位置信号支持，但其定位精度一般为米级，无法满足智能驾驶对于高精度定位的需求。但是对于gps信号弱或不可用场景(类似地下停车场)无法利用gps信号对车辆进行定位。
3.或者高级别智能停车场系统系统，需要对于停车场网络设计，停车场库位特征，停车场要素特征，大批的设备布置会增加对应停车场的硬件、设计、及其运营成本。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于，提供一种基于车路协同的场地端单车辆定位方法与定位系统，可在各种环境条件下，特别是无gps信号、高精地图系统情况下，基于车辆内部信息及少量场端设备完成车辆定位，保证了部分驾驶功能安全可用。
5.为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种基于车路协同的场地端单车辆定位方法,应用于一种基于车路协同的场地端单车辆定位系统，该系统包括无线通讯的场地端和车辆端，场地端包括场地端收发节点和存储有一种基于车路协同的场端单车辆定位方法的场地端中央处理器，场地端收发节点用于与车辆端通信以及作为场地内的基准位置用于定位；车辆端包括传感器组、控制器组、中央控制器和车载收发器；传感器组用于采集车辆信息及环境信息；控制器组用于将车辆信息及环境信息发送至中央控制器；中央控制器包括若干组算法模块和运算机构，用于统合和存储车辆信息及环境信息并根据场地端的请求输出相关信息至车载收发器；车载收发器用于与场地端通信；本方法包括以下步骤：
6.s1、根据车速和初始gps定位信号判断场地端单车辆定位功能是否处于待机或可开启状态，若是，则通过车载端搜索车辆当前位置附近是否存在场地端收发节点，当附近存在场地端收发节点时，判断场地端单车辆定位功能可用并开启场地端单车辆定位功能；当附近不存在场地端收发节点时，判断场地端单车辆定位功能不可用；
7.s2、当场地端单车辆定位功能开启后，中央控制器对传感器组采集的车辆信息及环境信息进行时间同步，并发送至算法模块和场地端；传感器组采集的车辆信息及环境信息至少包括车辆的gps定位信号、车辆位置定位的对应时间；
8.s3、场地端中央处理器对车辆端发送的信息进行高精定位计算得到高精定位信号；高精定位计算至少包括车辆位置计算、车辆位置定位的对应时间校对和真实位置校准；
9.s4、对高精定位信号和车辆的gps定位信号融合作为定位信息输出至车辆端；
10.s5、中央控制器将定位信息分析后输出至控制器组。
11.s3中高精定位计算具体为：用向量g＝(v，e)表示具备场地端单车辆定位功能的车辆与场地端收发节点之间的交互方案，其中，v为附近所有的车辆的特征集合集中，表示为v
＝{vi|i≤n-1，n∈n
*
}，vi为车辆，e为无线通信链路，表示为e＝{(i，j)|i≤n，j≤n，i，j∈n
*
}；t为真实时间，车辆系统根据t进行时间同步；i为车辆编号，n为支持的节点数，j为信号时间标号，(i，j)的集合用于区分不同车辆不同时间接收的通讯；
12.τi(t)＝αit+βi13.其中，τi(t)为时间同步校准函数，αi为本地时钟漂移；βi为本地时钟偏差；
14.以场地端收发节点为原点建立二维平面坐标系，车辆vi在场地端收发节点的覆盖范围内运动；
15.其中，设为车辆vi在τi(t)时刻的二维定位估计值，
16.τi(t
+
)-τi(t)＝100ms
17.t
+
为t的下一个信号周期，100ms为车速的更新间隔，即为车辆的can消息广播周期；考虑到车辆vi的车速vi(t)的更新间隔足够小，认为更新间隔内车辆vi(t)的车速vi(t)＝[v
ix
(t)，v
iy
(t)]
t
保持恒定；定义mi(τi(t
+
))为二维随机定位误差，则车辆vi的本地定位估计值表示为：
[0018][0019]
对车辆位置的计算：对在一定时间间隔内的车辆信息进行统一信息计算，场地端收发节点附近车辆vi位置的观测值为：
[0020][0021]
对车辆时间进行校对：通过场地端收发节点获得准确时间，同步汽车上时间为绝对时间，即τs(tk)＝tk；同步时间后简化计算：
[0022][0023]
车辆vi的本地定位估计值的简化表示为
[0024]
对车辆真实位置进行校准：场地端收发节点对车辆vi位置的观测值为真实地理位置改变值，车辆vi收到场地端收发节点对于车辆vi位置的观测值后，对本地定位估计值进行校准，得到本地定位校准值对于任意给定的ε＞0，在t＞0的条件下有：
[0025][0026]
将本地定位校准值作为高精定位信号进行输出。
[0027]
高精定位计算还包括对车辆位置进行收敛性判断及变化量估计，其具体步骤为：定义tk为首次场地端接收到车辆交互后第k个信号周期内车辆和场地端收发节点信息的交互节点，后续对车辆行驶方向进行定位估计，将(t
k+1-tk)间隔内场地端收发节点对车辆vi位置的改变值记为将(t
k+1-tk)间隔内车辆vi位置改变趋势预估值记为
[0028]
则车辆的位置变化表示为：
[0029][0030]
对车辆真实位置进行估计后，其位置值为：
[0031][0032]
高精定位计算还包括对车辆真实位置的后补偿处理，其具体步骤为：场地端收发节点在收到车辆vi的车辆信息后，场地端持续记录车辆vi在初始时刻的位置，通过数组保存在场地端收发节点的储存单元中，并调节设置参数为ρ
η
进行低通滤波：
[0033][0034]
其中，为i号车辆编组在第k个信号周期内处于s位置的信号接收原始值；得到：
[0035][0036]
进一步转换得到：
[0037][0038][0039]
场地端后续持续补偿车辆vi位置改变值与其估计值以及发生相对漂移量的偏移量，第k+1次信号周期间隔相对漂移量补偿为第k+1次信号周期间隔偏移量补偿为ρc与ρo均为权重参数。
[0040]
高精定位计算还包括对场地端与车辆端之间得通信时延补偿，其具体步骤为：场地端收发节点在第k信号周期车辆的不确定的通信时延为d
is
(tk)，因一般通讯延迟真实情况服从正态分布，则表示为：
[0041][0042]
对k+1次信号时间间隔的由于车辆地理位置进行通讯调整补偿其值表示为：
[0043][0044]
为了通讯调整补偿，同步对场地端收发节点的车辆信息进行向量化处理，有漂移量的偏移量的向量表示法，表示为：
[0045]
[0046][0047]
令：
[0048][0049][0050][0051]
为原始通讯信号向量化后的表示函数；
[0052]
pc(k)为物理即位置漂移修正；h(k)为信号偏移修正，为方便后续计算漂移矫正pc(k)，偏移修正h(k)同样写作矩阵函数形式；
[0053]
将漂移量的偏移量的向量表示法代入到通讯调整补偿其值中，表示为：
[0054][0055]
通过计算模块持续对进行迭代的关系处理得到：
[0056][0057]
通过计算模块持续进行的敛散性处理得到：
[0058][0059]
当判断满足对于任一常数ε＞0时，有对进行收敛性判断，有：
[0060][0061]
计算模块收敛性判断的敛散性，计算其收敛的方案为
[0062][0063]
令其中g
ij
(k+1)为g(k+1)数据集中第k+1个信号周期内的一个信息要素；
[0064]
得到存在一个常数m＞0，对于所有的k＞0均有：
[0065][0066]
计算得到：
[0067][0068]
其中，为车辆的位置变化，为车辆真实位置估计值；
[0069]
场地端持续监测，若监测到车辆读取本地定位估计值时，不存在非对称随机通信时延：
[0070][0071]
其中，d
is
(tk)为通讯延迟数值，其表示第k个信号周期不等的通信时延；
[0072]
用方差来描述中间计算过程式的误差，有：
[0073][0074]
考虑到d
is
(tk)是服从正态分布的有界独立随机变量，则有当k
→
∞时，
[0075]
且其为一常数，故此时有：
[0076][0077]
|g
11
(k+1)+g
12
(k+1)-g
21
(k+1)-g
22
(k+1)|
→
∞
[0078]
考虑g
11
(k+1)为f(k+1)中的元素，将其两行作差，由得到，当k
→
∞时，有
[0079][0080]
即存在非对称随机通信时延时，判断一种基于车路协同的场地端单车辆定位方法无法完成对车辆的高精度定位；
[0081]
当k
→
∞时，即存在非对称随机通信时延时，一种基于车路协同的场地端单车辆定位方法无法完成对车辆的高精度定位。
[0082]
还提供一种基于车路协同的场地端单车辆定位系统，其特征在于，包括无线通讯的场地端和车辆端；其中，
[0083]
场地端包括场地端收发节点和存储有一种基于车路协同的场端单车辆定位方法的场地端中央处理器，场地端收发节点用于与车辆端通信以及作为场地内的基准位置用于定位；
[0084]
车辆端包括传感器组、控制器组、中央控制器和车载收发器；传感器组用于采集车辆信息及环境信息；控制器组用于将车辆信息及环境信息发送至中央控制器；中央控制器包括若干组算法模块和运算机构，用于统合和存储车辆信息及环境信息并根据场地端的请求输出相关信息至车载收发器；车载收发器用于与场地端通信；控制器组至少包括esc控制器、轮脉冲计数器、eps控制器、惯性测量单元和变速箱控制器；
[0085]
其中，
[0086]
中央控制器根据车速和初始gps定位信号判断场地端单车辆定位功能是否处于待机或可开启状态，若是，则通过车载端搜索车辆当前位置附近是否存在场地端收发节点，当附近存在场地端收发节点时，判断场地端单车辆定位功能可用并开启场地端单车辆定位功能；当附近不存在场地端收发节点时，判断场地端单车辆定位功能不可用；
[0087]
当场地端单车辆定位功能开启后，中央控制器对传感器组采集的车辆信息及环境信息进行时间同步，并发送至算法模块和场地端；传感器组采集的车辆信息及环境信息至
少包括车辆的gps定位信号、车辆位置定位的对应时间；
[0088]
场地端中央处理器对车辆端发送的信息进行高精定位计算得到高精定位信号；高精定位计算至少包括车辆位置计算、车辆位置定位的对应时间校对和真实位置校准；
[0089]
场地端中央处理器对高精定位信号和车辆的gps定位信号融合作为定位信息输出至车辆端；
[0090]
中央控制器将定位信息分析后输出至控制器组。
[0091]
高精定位计算具体为：s3中高精定位计算具体为：用向量g＝(v，e)表示具备场地端单车辆定位功能的车辆与场地端收发节点之间的交互方案，其中，v为附近所有的车辆的特征集合集中，表示为v＝{vi|i≤n-1，n∈n
*
}，vi为车辆，e为无线通信链路，表示为e＝{(i，j)|i≤n，j≤n，i，j∈n
*
}；t为真实时间，车辆系统根据t进行时间同步；i为车辆编号，n为支持的节点数，j为信号时间标号，(i，j)的集合用于区分不同车辆不同时间接收的通讯；
[0092]
τi(t)＝αit+βi[0093]
其中，τi(t)为时间同步校准函数，di为本地时钟漂移；βi为本地时钟偏差；
[0094]
以场地端收发节点为原点建立二维平面坐标系，车辆vi在场地端收发节点的覆盖范围内运动；
[0095]
其中，设为车辆vi在τi(t)时刻的二维定位估计值，
[0096]
τi(t
+
)-τi(t)＝100ms
[0097]
t
+
为t的下一个信号周期，100ms为车速的更新间隔，即为车辆的can消息广播周期；考虑到车辆vi的车速vi(t)的更新间隔足够小，认为更新间隔内车辆vi(t)的车速vi(t)＝[v
ix
(t)，v
iy
(t)]
t
保持恒定；定义mi(τi(t
+
))为二维随机定位误差，则车辆vi的本地定位估计值表示为：
[0098][0099]
对车辆位置的计算：对在一定时间间隔内的车辆信息进行统一信息计算，场地端收发节点附近车辆vi位置的观测值为：
[0100][0101]
对车辆时间进行校对：通过场地端收发节点获得准确时间，同步汽车上时间为绝对时间，即τs(tk)＝tk；同步时间后简化计算：
[0102][0103]
车辆vi的本地定位估计值的简化表示为
[0104]
对车辆真实位置进行校准：场地端收发节点对车辆vi位置的观测值为真实地理位置改变值，车辆vi收到场地端收发节点对于车辆vi位置的观测值后，对本地定位估计值进行校准，得到本地定位校准值对于任意给定的ε＞0，在t＞0的条件下有：
[0105][0106]
将本地定位校准值作为高精定位信号进行输出。
[0107]
高精定位计算还包括对车辆位置进行收敛性判断及变化量估计，其具体步骤为：定义tk为首次场地端接收到车辆交互后第k个信号周期内车辆和场地端收发节点信息的交互节点，后续对车辆行驶方向进行定位估计，将(t
k+1-tk)间隔内场地端收发节点对车辆vi位置的改变值记为将(t
k+1-tk)间隔内车辆vi位置改变趋势预估值记为
[0108]
则车辆的位置变化表示为：
[0109][0110]
对车辆真实位置进行估计后，其位置值为：
[0111][0112]
高精定位计算还包括对车辆真实位置的后补偿处理，其具体步骤为：场地端收发节点在收到车辆vi的车辆信息后，场地端持续记录车辆vi在初始时刻的位置，通过数组保存在场地端收发节点的储存单元中，并调节设置参数为ρ
η
进行低通滤波：
[0113][0114]
其中，为i号车辆编组在第k个信号周期内处于s位置的信号接收原始值；得到：
[0115][0116]
进一步转换得到：
[0117][0118][0119]
场地端后续持续补偿车辆vi位置改变值与其估计值以及发生相对漂移量的偏移量，第k+1次信号周期间隔相对漂移量补偿为第k+1次信号周期间隔偏移量补偿为ρc与ρo均为权重参数。
[0120]
高精定位计算还包括对场地端与车辆端之间得通信时延补偿，其具体步骤为：场地端收发节点在第k信号周期车辆的不确定的通信时延为d
is
(tk)，因一般通讯延迟真实情况服从正态分布，则表示为：
[0121][0122]
对k+1次信号时间间隔的由于车辆地理位置进行通讯调整补偿其值表示为：
[0123][0124]
为了通讯调整补偿，同步对场地端收发节点的车辆信息进行向量化处理，有：
[0125][0126][0127]
令：
[0128][0129][0130][0131]
为原始通讯信号向量化后的表示函数；
[0132]
pc(k)为物理即位置漂移修正；h(k)为信号偏移修正；
[0133]
将漂移量的偏移量的向量表示法代入到通讯调整补偿其值中，表示为：
[0134][0135]
通过计算模块持续对进行迭代的关系处理得到：
[0136][0137]
通过计算模块持续进行的敛散性处理得到：
[0138][0139]
当判断满足对于任一常数ε＞0时，有对进行收敛性判断，有：
[0140][0141]
计算模块收敛性判断的敛散性，计算其收敛的方案为
[0142][0143]
令其中g
ij
(k+1)为g(k+1)数据集中第k+1个信号周期内的一个信息要素；
[0144]
得到存在一个常数m＞0，对于所有的k＞0均有：
[0145][0146]
计算得到：
[0147][0148]
其中，为车辆的位置变化，为车辆真实位置估计值；
[0149]
场地端持续监测，若监测到车辆读取本地定位估计值时，不存在非对称随机通信时延：
[0150][0151]
其中，d
is
(tk)为通讯延迟数值，其表示第k个信号周期不等的通信时延；
[0152]
用方差来描述中间计算过程式的误差，有：
[0153][0154]
考虑到d
is
(tk)是服从正态分布的有界独立随机变量，则有当k
→
∞时，
[0155]
且其为一常数，故此时有：
[0156][0157]
|g
11
(k+1)+g
12
(k+1)-g
21
(k+1)-g
22
(k+1)|
→
∞
[0158]
考虑g
11
(k+1)为f(k+1)中的元素，将其两行作差，由得到，当k
→
∞时，有
[0159][0160]
即存在非对称随机通信时延时，判断一种基于车路协同的场地端单车辆定位方法无法完成对车辆的高精度定位；
[0161]
当k
→
∞时，即存在非对称随机通信时延时，一种基于车路协同的场地端单车辆定位方法无法完成对车辆的高精度定位。
[0162]
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
[0163]
安全效益：本发明可在各种环境条件下，特别是无gps信号、高精地图系统情况下，基于车辆内部信息、及少量场端设备完成车辆定位，保证了部分驾驶功能安全可用。
[0164]
经济效益：在不新增车辆其他设备的情况下，减少大量场端设备的情况下，完成部分场景下车辆精确定位功能的设计，节约成本。
附图说明
[0165]
图1为本发明实施例的方法流程示意图；
[0166]
图2为本发明实施例的系统结构示意图；
[0167]
图3为本发明实施例中场地端中央处理器的结构示意图；
[0168]
图4为本发明实施例中核心模块的分解图。
具体实施方式
[0169]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0170]
本发明技术方案的步骤为：
[0171]
步骤一：功能开启及可用性的判断
[0172]
系统通过车速初始gps信号车辆状态信息，确定功能处于待机或可开启状态。驾驶员可通过交互显示界面判断是否附近有场端s节点，将车辆当前位置或s节点位置设置为定位原点。
[0173]
步骤二：定位信号收集
[0174]
中央控制器控制收集各传感器信号，进行时间同步，并将信号流转至算法模块。
[0175]
步骤三：高精定位算法
[0176]
场端中央控制器控制控制通过各个，车辆位置计算，车辆时间校对，真实位置校准，收敛和变化量估计，真实位置和通讯补偿等最终计算出车辆位置。
[0177]
步骤四：高精定位信号的输出
[0178]
高精定位信号和普通定位进行融合输出
[0179]
步骤五：相关系统的高精度定位信息使用
[0180]
车载中央控制器将定位信息发给相关单元使用。
[0181]
实施例1：一种基于车路协同的场地端单车辆定位系统
[0182]
本方案由场地端s收发节点、车辆各类控制器(esc控制器、轮脉冲计数、eps控制器、imu)，中央控制器、场地端中央处理器、车载收发器等几个部分组成。
[0183]
所述场地端s收发节点自身作用：1、作为场地内唯一的基准位置，后期通过车辆和其的通讯和交互，确定车辆和其的相对位置来实施本发明中的核心定位功能；2、接收车辆发出的实施状态等参数信号，用于后期场地端中央处理器的处理和计算；3、向车辆传递处理后的定位信息。
[0184]
所述车辆各类控制器，其包含esc控制器、轮脉冲计数、eps控制器、imu等，为车辆上传统的各类ecu单元，其在本发明中无需额外开发，通过车载收发器保证本发明所需的必要参数向s节点传递
[0185]
其中轮脉冲计数(可内置于某个uec内)对轮速传感器轮齿脉冲进行统计，将脉冲信号转化为距离信息。
[0186]
所述esc控制器，具备自身车辆稳定及其防抱死等基础功能，另在泊车系统中执行对应的制动请求，控制车辆纵向运动；本发明特有作用为综合轮速传感器的信息，集中输出优化后稳定的车速信息，加速度等信息。
[0187]
所述eps控制器：车系统中执行对应的转向控制请求。本发明中主要传递精确的转角信息。
[0188]
所述imu(惯性测量单元)；提供车辆的横、纵向加速度及其横摆角速度信息。
[0189]
tcu档位：为变速箱控制器，本发明中向中央控制器提供档位信息，用于判断车辆前进(后退)方向进一步用于轨迹推算。
[0190]
所述中央控制器(基于车路协同的场端单车辆定位方法)用于1)本发明各算法模块的存储和运算机构(主要为关键信号的打包和储存)；2)融合接收车辆上其他传感器的信息；3)正常其他功能的算法程序储存。
[0191]
所述场地端中央处理器(基于车路协同的场端单车辆定位方法)用于承载本发明核心算法，推算车辆精确位置，并将位置信号传递至s收发节点系统。
[0192]
车载收发器用于向收发节点系统，传递必要参数信息及接收。
[0193]
实施例2：还提供一种基于车路协同的场地端单车辆定位方法
[0194]
实施例2：一种基于车路协同的场地端单车辆定位方法，具体本发明核心算法如下：
[0195]
具体方案如下，用向量g＝(v，e)表示具备功能的车辆与设备节点之间的交互方案，其中v＝{vi|i≤n-1，n∈n
*
}附近所有的车辆的特征集合集中e＝{(i，j)|i≤n，j≤n，i，j∈n
*
}表示无线通信链路。定义t为真实时间，车辆系统中用本时间进行时间同步。
[0196]
τi(t)＝αit+βi[0197]
其中：di为本地时钟漂移；βi为本地时钟偏差。
[0198]
以源节点s为原点建立二维平面坐标系，车辆vi在节点覆盖范围内运动，
[0199]
其中设：为车辆vi在τi(t)时刻的二维(x，y轴分量)定位估计值，
[0200]
τi(t
+
)-τi(t)＝100ms
[0201]
表示车速的更新间隔，即为车辆的can消息广播周期。考虑到车辆vi的车速vi(t)的更新间隔足够小，可认为更新间隔内车辆vi(t)的车速vi(t)＝[v
ix
(t)，v
iy
(t)]
t
保持恒定。定义mi(τi(t
+
))为二维随机定位误差，则车辆vi的本地定位估计值可以表示为：
[0202][0203]
具体步骤一，对车辆位置的计算：对在一定时间间隔内的车辆情况进行统一信息计算，源节点s附近车辆vi位置的观测值为：
[0204][0205]
步骤二，对车辆时间进行校对：由源节点s引出获得准确时间，同步汽车上时间为绝对时间，即τs(tk)＝tk。同步时间后可以简化计算：
[0206][0207]
步骤三，对车辆真实位置进行校准：源节点s对车辆vi位置的观测值为真实地理位置改变值，车辆vi收到源节点s对于车辆vi位置的观测值后，对本地车辆定位估计值进行校准，得到对于任意给定的ε＞0，在t＞0的条件下有：
[0208][0209]
可判断完成了对车辆vi的高精度定位。
[0210]
步骤四，对车辆真实位置进行收敛性判断及变化量估计：
[0211]
本发明定义tk为首次后第k个信号周期绝时间内车辆和s节点信息交互节点，后续对车辆行驶方向x轴方向进行后续发明算法的定位估计，将(t
k+1-tk)间隔内s节点对车辆vi位置改变值记为其为s节点对车辆改变值的测量，将(t
k+1-tk)间隔内车辆vi地位置改变趋势预估记为
[0212]
则车辆的位置变化可以表示为：
[0213][0214]
对车辆真实位置进行估计后其位置值为：
[0215][0216]
步骤五，车辆真实位置的后补偿处理：
[0217]
s节点在收到车辆vi的车辆信息，s节点系统持续记录车辆在初始时刻vi的位置，通过数组保存在s节点储存单元中，并可以调节设置参数为ρ
η
进行低通滤波。
[0218][0219]
可得：
[0220][0221]
进一步
[0222][0223][0224]
系统后续持续补偿车辆vi位置改变值与其估计值，发生相对漂移量的偏移量，第k+1次信号周期间隔相对漂移量补偿为第k+1次信号周期间隔偏移量补偿为ρc与ρo为权重参数。
[0225]
步骤六，通信时延补偿：
[0226]
s节点在第k轮信息交互中若存在发送给车辆的非对称随机通信时延为d
is
(tk)，一般通讯延迟真实情况服从正态分布，则可以表示为：
[0227][0228]
对k+1次信号时间间隔的由于车辆地理位置进行通讯调整补偿其值表示为：
[0229][0230]
为了通讯调整补偿，需要同步对源节点信息进行向量化处理：
[0231]
[0232][0233]
同时令：
[0234][0235][0236][0237]
将漂移量的偏移量的向量表示法代入到式通讯调整补偿其值中：
[0238][0239]
计算模块持续对进行迭代关系处理：
[0240][0241]
计算模块持续进行的敛散性处理：
[0242][0243]
在本发明中针判断满足对于任一常数ε＞0时，有则可以对其进行收敛性判断：
[0244][0245]
计算模块收敛性判断的敛散性，计算其收敛的方案为
[0246]
[0247]
之后令其中g
ij
(k+1)为g(k+1)数据集中第k+1个信号周期内的一个信息要素，可得存在一个常数m》0，对于所有的k》0均有
[0248][0249]
计算出:
[0250][0251]
后续系统持续监测，若监测到车辆读取本地定位估计值时不存在非对称随机通信时延:
[0252][0253]
用方差来描述其误差，有
[0254][0255]
考虑到d
is
(tk)是服从正态分布的有界独立随机变量，可得当k
→
∞时，
[0256][0257]
且为一常数，故此时
[0258][0259]
|g
11
(k+1)+g
12
(k+1)-g
21
(k+1)-g
22
(k+1)|
→
∞
[0260]
考虑g
11
(k+1)为f(k+1)中的元素，将其两行作差，可得，当k
→
∞时，有
[0261][0262]
即存在非对称随机通信时延时，该算法无法完成对车辆的高精度定位。
[0263]
当k
→
∞时，即存在非对称随机通信时延时，该算法无法完成对车辆的高精度定位。
[0264]
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本技术实施例的实施过程构成任何限定。
[0265]
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于车路协同的场地端单车辆定位方法,其特征在于，应用于一种基于车路协同的场地端单车辆定位系统，该系统包括无线通讯的场地端和车辆端，场地端包括场地端收发节点和存储有一种基于车路协同的场端单车辆定位方法的场地端中央处理器，场地端收发节点用于与车辆端通信以及作为场地内的基准位置用于定位；车辆端包括传感器组、控制器组、中央控制器和车载收发器；传感器组用于采集车辆信息及环境信息；控制器组用于将车辆信息及环境信息发送至中央控制器；中央控制器包括若干组算法模块和运算机构，用于统合和存储车辆信息及环境信息并根据场地端的请求输出相关信息至车载收发器；车载收发器用于与场地端通信；本方法包括以下步骤：s1、根据车速和初始gps定位信号判断场地端单车辆定位功能是否处于待机或可开启状态，若是，则通过车载端搜索车辆当前位置附近是否存在场地端收发节点，当附近存在场地端收发节点时，判断场地端单车辆定位功能可用并开启场地端单车辆定位功能；当附近不存在场地端收发节点时，判断场地端单车辆定位功能不可用；s2、当场地端单车辆定位功能开启后，中央控制器对传感器组采集的车辆信息及环境信息进行时间同步，并发送至算法模块和场地端；传感器组采集的车辆信息及环境信息至少包括车辆的gps定位信号、车辆位置定位的对应时间；s3、场地端中央处理器对车辆端发送的信息进行高精定位计算得到高精定位信号；高精定位计算至少包括车辆位置计算、车辆位置定位的对应时间校对和真实位置校准；s4、对高精定位信号和车辆的gps定位信号融合作为定位信息输出至车辆端；s5、中央控制器将定位信息分析后输出至控制器组。2.根据权利要求1所述的一种基于车路协同的场地端单车辆定位方法,其特征在于，s3中高精定位计算具体为：用向量g＝(v,e)表示具备场地端单车辆定位功能的车辆与场地端收发节点之间的交互方案，其中，v为附近所有的车辆的特征集合集中，表示为v＝{v
i
|i≤n-1，n∈n
*
}，v
i
为车辆，e为无线通信链路，表示为e＝{(i，j)|i≤n，j≤n，i，j∈n
*
}；t为真实时间，车辆系统根据t进行时间同步；i为车辆编号，n为支持的节点数，j为信号时间标号，(i，j)的集合用于区分不同车辆不同时间接收的通讯；τ
i
(t)＝α
i
t+β
i
其中，τ
i
(t)为时间同步校准函数，d
i
为本地时钟漂移；β
i
为本地时钟偏差；以场地端收发节点为原点建立二维平面坐标系，车辆v
i
在场地端收发节点的覆盖范围内运动；其中，设为车辆v
i
在τ
i
(t)时刻的二维定位估计值，τ
i
(t
+
)-τ
i
(t)＝100mst
+
为t的下一个信号周期，100ms为车速的更新间隔，即为车辆的can消息广播周期；考虑到车辆v
i
的车速v
i
(t)的更新间隔足够小，认为更新间隔内车辆v
i
(t)的车速v
i
(t)＝[v
ix
(t)，v
iy
(t)]
t
保持恒定；定义m
i
(τ
i
(t
+
))为二维随机定位误差，则车辆v
i
的本地定位估计值表示为：对车辆位置的计算：对在一定时间间隔内的车辆信息进行统一信息计算，场地端收发
节点附近车辆v
i
位置的观测值为：对车辆时间进行校对：通过场地端收发节点获得准确时间，同步汽车上时间为绝对时间，即τ
s
(t
k
)＝t
k
；同步时间后简化计算：车辆v
i
的本地定位估计值的简化表示为对车辆真实位置进行校准：场地端收发节点对车辆v
i
位置的观测值为真实地理位置改变值，车辆v
i
收到场地端收发节点对于车辆v
i
位置的观测值后，对本地定位估计值进行校准，得到本地定位校准值对于任意给定的ε＞0，在t＞0的条件下有：将本地定位校准值作为高精定位信号进行输出。3.根据权利要求2所述的一种基于车路协同的场地端单车辆定位方法，其特征在于，高精定位计算还包括对车辆位置进行收敛性判断及变化量估计，其具体步骤为：定义t
k
为首次场地端接收到车辆交互后第k个信号周期内车辆和场地端收发节点信息的交互节点，后续对车辆行驶方向进行定位估计，将(t
k+1-t
k
)间隔内场地端收发节点对车辆vi位置的改变值记为将(t
k+1-t
k
)间隔内车辆v
i
位置改变趋势预估值记为则车辆的位置变化表示为：对车辆真实位置进行估计后，其位置值为：4.根据权利要求3所述的一种基于车路协同的场地端单车辆定位方法，其特征在于，高精定位计算还包括对车辆真实位置的后补偿处理，其具体步骤为：场地端收发节点在收到车辆v
i
的车辆信息后，场地端持续记录车辆v
i
在初始时刻的位置，通过数组保存在场地端收发节点的储存单元中，并调节设置参数为ρ
η
进行低通滤波：其中，为i号车辆编组在第k个信号周期内处于s位置的信号接收原始值；得到：
进一步转换得到：进一步转换得到：场地端后续持续补偿车辆v
i
位置改变值与其估计值以及发生相对漂移量的偏移量，第k+1次信号周期间隔相对漂移量补偿为第k+1次信号周期间隔偏移量补偿为ρ
c
与ρ
o
均为权重参数。5.根据权利要求4所述的一种基于车路协同的场地端单车辆定位方法，其特征在于，高精定位计算还包括对场地端与车辆端之间得通信时延补偿，其具体步骤为：场地端收发节点在第k信号周期车辆的不确定的通信时延为d
is
(t
k
)，因一般通讯延迟真实情况服从正态分布，则表示为：对k+1次信号时间间隔的由于车辆地理位置进行通讯调整补偿其值表示为：为了通讯调整补偿，同步对场地端收发节点的车辆信息进行向量化处理，有漂移量的偏移量的向量表示法，表示为：偏移量的向量表示法，表示为：令：令：令：式中，为原始通讯信号向量化后的表示函数；p
c
(k)为物理即位置漂移修正；h(k)为信号偏移修正；
将漂移量的偏移量的向量表示法代入到通讯调整补偿其值中，表示为：通过计算模块持续对进行迭代的关系处理得到：通过计算模块持续进行的敛散性处理得到：当判断满足对于任一常数ε＞0时，有对进行收敛性判断，有：计算模块收敛性判断的敛散性，计算其收敛的方案为令其中g
ij
(k+1)为g(k+1)数据集中第k+1个信号周期内的一个信息要素；得到存在一个常数m＞0，对于所有的k＞0均有：计算得到：
其中，为车辆的位置变化，为车辆真实位置估计值；场地端持续监测，若监测到车辆读取本地定位估计值时，不存在非对称随机通信时延：其中，d
is
(t
k
)为通讯延迟数值，其表示第k个信号周期不等的通信时延；用方差来描述中间计算过程式的误差，有：考虑到d
is
(t
k
)是服从正态分布的有界独立随机变量，则有当k
→
∞时，且其为一常数，故此时有：|g
11
(k+1)+g
12
(k+1)-g
21
(k+1)-g
22
(k+1)|
→
∞考虑g
11
(k+1)为f(k+1)中的元素，将其两行作差，由得到，当k
→
∞时，有即存在非对称随机通信时延时，判断一种基于车路协同的场地端单车辆定位方法无法完成对车辆的高精度定位；当k
→
∞时，即存在非对称随机通信时延时，一种基于车路协同的场地端单车辆定位方法无法完成对车辆的高精度定位。
6.一种使用如权利要求1所述的一种基于车路协同的场地端单车辆定位方法的基于车路协同的场地端单车辆定位系统，其特征在于，包括无线通讯的场地端和车辆端；其中，场地端包括场地端收发节点和存储有一种基于车路协同的场端单车辆定位方法的场地端中央处理器，场地端收发节点用于与车辆端通信以及作为场地内的基准位置用于定位；车辆端包括传感器组、控制器组、中央控制器和车载收发器；传感器组用于采集车辆信息及环境信息；控制器组用于将车辆信息及环境信息发送至中央控制器；中央控制器包括若干组算法模块和运算机构，用于统合和存储车辆信息及环境信息并根据场地端的请求输出相关信息至车载收发器；车载收发器用于与场地端通信；控制器组至少包括esc控制器、轮脉冲计数器、eps控制器、惯性测量单元和变速箱控制器；其中，中央控制器根据车速和初始gps定位信号判断场地端单车辆定位功能是否处于待机或可开启状态，若是，则通过车载端搜索车辆当前位置附近是否存在场地端收发节点，当附近存在场地端收发节点时，判断场地端单车辆定位功能可用并开启场地端单车辆定位功能；当附近不存在场地端收发节点时，判断场地端单车辆定位功能不可用；当场地端单车辆定位功能开启后，中央控制器对传感器组采集的车辆信息及环境信息进行时间同步，并发送至算法模块和场地端；传感器组采集的车辆信息及环境信息至少包括车辆的gps定位信号、车辆位置定位的对应时间；场地端中央处理器对车辆端发送的信息进行高精定位计算得到高精定位信号；高精定位计算至少包括车辆位置计算、车辆位置定位的对应时间校对和真实位置校准；场地端中央处理器对高精定位信号和车辆的gps定位信号融合作为定位信息输出至车辆端；中央控制器将定位信息分析后输出至控制器组。7.根据权利要求6所述的基于车路协同的场地端单车辆定位系统，其特征在于，高精定位计算具体为：s3中高精定位计算具体为：用向量g＝(v，e)表示具备场地端单车辆定位功能的车辆与场地端收发节点之间的交互方案，其中，v为附近所有的车辆的特征集合集中，表示为v＝{v
i
|i≤n-1，n∈n
*
}，v
i
为车辆，e为无线通信链路，表示为e＝{(i，j)|i≤n，j≤n，i，j∈n
*
}；t为真实时间，车辆系统根据t进行时间同步；i为车辆编号，n为支持的节点数，j为信号时间标号，(i，j)的集合用于区分不同车辆不同时间接收的通讯；τ
i
(t)＝α
i
t+β
i
其中，τ
i
(t)为时间同步校准函数，α
i
为本地时钟漂移；β
i
为本地时钟偏差；以场地端收发节点为原点建立二维平面坐标系，车辆v
i
在场地端收发节点的覆盖范围内运动；其中，设为车辆v
i
在τ
i
(t)时刻的二维定位估计值，τ
i
(t
+
)-τ
i
(t)＝100mst
+
为t的下一个信号周期，100ms为车速的更新间隔，即为车辆的can消息广播周期；考虑到车辆v
i
的车速v
i
(t)的更新间隔足够小，认为更新间隔内车辆v
i
(t)的车速v
i
(t)＝[v
ix
(t)，v
iy
(t)]
t
保持恒定；定义m
i
(τ
i
(t
+
))为二维随机定位误差，则车辆v
i
的本地定位估计值
表示为：对车辆位置的计算：对在一定时间间隔内的车辆信息进行统一信息计算，场地端收发节点附近车辆v
i
位置的观测值为：对车辆时间进行校对：通过场地端收发节点获得准确时间，同步汽车上时间为绝对时间，即τ
s
(t
k
)＝t
k
；同步时间后简化计算：车辆v
i
的本地定位估计值的简化表示为对车辆真实位置进行校准：场地端收发节点对车辆v
i
位置的观测值为真实地理位置改变值，车辆v
i
收到场地端收发节点对于车辆v
i
位置的观测值后，对本地定位估计值进行校准，得到本地定位校准值对于任意给定的ε＞0，在t＞0的条件下有：将本地定位校准值作为高精定位信号进行输出。8.根据权利要求7所述的基于车路协同的场地端单车辆定位系统，其特征在于，高精定位计算还包括对车辆位置进行收敛性判断及变化量估计，其具体步骤为：定义t
k
为首次场地端接收到车辆交互后第k个信号周期内车辆和场地端收发节点信息的交互节点，后续对车辆行驶方向进行定位估计，将(t
k+1-t
k
)间隔内场地端收发节点对车辆v
i
位置的改变值记为将(t
k+1-t
k
)间隔内车辆v
i
位置改变趋势预估值记为则车辆的位置变化表示为：对车辆真实位置进行估计后，其位置值为：9.根据权利要求8所述的基于车路协同的场地端单车辆定位系统，其特征在于，高精定位计算还包括对车辆真实位置的后补偿处理，其具体步骤为：场地端收发节点在收到车辆v
i
的车辆信息后，场地端持续记录车辆v
i
在初始时刻的位置，通过数组保存在场地端收发节点的储存单元中，并调节设置参数为ρ
η
进行低通滤波：
其中，为i号车辆编组在第k个信号周期内处于s位置的信号接收原始值；得到：进一步转换得到：进一步转换得到：场地端后续持续补偿车辆v
i
位置改变值与其估计值以及发生相对漂移量的偏移量，第k+1次信号周期间隔相对漂移量补偿为第k+1次信号周期间隔偏移量补偿为ρ
c
与ρ
o
均为权重参数。10.根据权利要求9所述的基于车路协同的场地端单车辆定位系统，其特征在于，高精定位计算还包括对场地端与车辆端之间得通信时延补偿，其具体步骤为：场地端收发节点在第k信号周期车辆的不确定的通信时延为d
is
(t
k
)，因一般通讯延迟真实情况服从正态分布，则表示为：对k+1次信号时间间隔的由于车辆地理位置进行通讯调整补偿其值表示为：为了通讯调整补偿，同步对场地端收发节点的车辆信息进行向量化处理，有：为了通讯调整补偿，同步对场地端收发节点的车辆信息进行向量化处理，有：令：令：令：
为原始通讯信号向量化后的表示函数；p
c
(k)为物理即位置漂移修正；h(k)为信号偏移修正；将漂移量的偏移量的向量表示法代入到通讯调整补偿其值中，表示为：通过计算模块持续对进行迭代的关系处理得到：通过计算模块持续进行的敛散性处理得到：当判断满足对于任一常数ε＞0时，有对进行收敛性判断，有：计算模块收敛性判断的敛散性，计算其收敛的方案为令其中g
ij
(k+1)为g(k+1)数据集中第k+1个信号周期内的一个信息要素；得到存在一个常数m＞0，对于所有的k＞0均有：计算得到：
其中，为车辆的位置变化，为车辆真实位置估计值；场地端持续监测，若监测到车辆读取本地定位估计值时，不存在非对称随机通信时延：其中，d
is
(t
k
)为通讯延迟数值，其表示第k个信号周期不等的通信时延；用方差来描述中间计算过程式的误差，有：考虑到d
is
(t
k
)是服从正态分布的有界独立随机变量，则有当k
→
∞时，且其为一常数，故此时有：|g
11
(k+1)+g
12
(k+1)-g
21
(k+1)-g
22
(k+1)|
→
∞考虑g
11
(k+1)为f(k+1)中的元素，将其两行作差，由得到，当k
→
∞时，有即存在非对称随机通信时延时，判断一种基于车路协同的场地端单车辆定位方法无法完成对车辆的高精度定位；当k
→
∞时，即存在非对称随机通信时延时，一种基于车路协同的场地端单车辆定位方法无法完成对车辆的高精度定位。

技术总结
本发明公开了一种基于车路协同的场地端单车辆定位方法，包括：当附近存在场地端收发节点时，判断场地端单车辆定位功能可用并开启场地端单车辆定位功能；当场地端单车辆定位功能开启后，中央控制器对传感器组采集的车辆信息及环境信息进行时间同步，并发送至算法模块和场地端；传感器组采集的车辆信息及环境信息至少包括车辆的GPS定位信号、车辆位置定位的对应时间；场地端中央处理器对车辆端发送的信息进行高精定位计算得到高精定位信号；对高精定位信号和车辆的GPS定位信号融合作为定位信息输出至车辆端；中央控制器将定位信息分析后输出至控制器组。本发明在各种环境条件下基于车辆内部信息及少量场端设备完成车辆定位，保证了驾驶功能安全可用。证了驾驶功能安全可用。证了驾驶功能安全可用。


技术研发人员：文翊 李红林 杜绍宣 张焕期 张睿源
受保护的技术使用者：东风汽车集团股份有限公司
技术研发日：2023.06.05
技术公布日：2023/9/9