一种隧道内毫米波辅助导航定位方法及系统

1.本发明涉及一种隧道内毫米波辅助导航定位方法及系统，属于交通工程技术领域。


背景技术：

2.毫米波雷达指工作在毫米波频段的雷达，发射并接受毫米波段的有指向性的电磁波，通过测量tof(飞行时间)和发射波与接受波的对比，实现对目标距离和角度的测量。毫米波雷达技术已经实现在道路上的成熟应用，一般安装在横跨道路上方的信号灯或道路关口等位置。
3.毫米波雷达在道路上的主要应用场景为实时采集道路上车辆的位置和速度，毫米波雷达由于测量角度和角分辨率的要求，无法正确测量在极近和极远处目标的信息，所以需要布设多个毫米波雷达，实现对道路全体的监测。
4.测量位置时毫米波雷达只会返回距离和角度信息，因此安装时需要记录毫米波雷达本身的gps位置数据，以实现大地坐标系下对车辆的监测，通过道路上多个毫米波雷达的联合监测，可以实现对车辆的轨迹追踪。
5.使用毫米波雷达定位道路目标并进行坐标转换并不难实现，从毫米波雷达本体的gps数据出发，将以毫米波雷达为原点的坐标系配准到大地坐标系下，实现数据配准。但在隧道中的应用场景下，存在以下问题：隧道本身反射信号，影响毫米波雷达工作，而且遇到弯道时毫米波雷达工作方向被隧道遮掩。
6.因此，针对隧道内无gps信号，导致车辆无法定位的现象，如何在隧道内长距离追踪车辆目标是本领域技术人员面临的技术问题。


技术实现要素：

7.针对现有技术的不足，本发明提供一种隧道内毫米波辅助导航定位方法及系统，解决了隧道内车辆无法定位的问题，提高了车辆定位的精度，且安装、拆卸和移动方便。
8.本发明的技术方案如下：
9.一种隧道内毫米波辅助导航定位方法，步骤如下：
10.(1)将毫米波雷达布设在隧道道路上方中央，采集距离和角度信息；
11.(2)在相邻2个毫米波雷达的重复工作范围内设置反射器；
12.(3)分析在两毫米波雷达重复工作范围内的反射器对于前一毫米波雷达和后一毫米波雷达的距离和角度信息，得到后一毫米波雷达对于前一毫米波雷达的位置，以此类推，求得隧道中所有毫米波雷达的位置；
13.(4)以毫米波雷达为原点，计算目标车辆位置；
14.(5)以在隧道口的毫米波雷达为原点建立笛卡尔坐标系，计算隧道口毫米波雷达范围内的车辆位置；
15.(6)以隧道口的毫米波雷达的gps定位和步骤(3)求得的毫米波雷达的位置为准，
将各个毫米波雷达收集到的距离和角度数据转换到同一坐标系下，并配准到大地坐标系，得到隧道内毫米波辅助导航定位。
16.根据本发明优选的，步骤(2)中，反射器包括三脚架和角反射器，三脚架固定在相邻2个毫米波雷达的重复工作范围内，三角架上安装角反射器，高度可调。
17.根据本发明优选的，步骤(3)中，具体的，已知前一毫米波雷达位置(x1，y1)，前一毫米波雷达接收到反射器位置信息为(d1，α1)，后一毫米波雷达接收到反射器位置信息为(d2，α2)，则后一毫米波雷达位置(x2，y2)中，x2＝x1+d1cosα1-d2cosα2，y2＝y1+d1sinα1-d2sinα2，以此类推，求得隧道中所有毫米波雷达的位置。
18.根据本发明优选的，步骤(4)中，具体的，毫米波雷达与目标车辆的距离d＝tc/2，其中,t为从发送信号到接收到反射信号经过的时间，c为光速；
19.目标车辆的方位角其中，d为两根接收天线之间的距离，b为两根天线接收到反射信号间的相位差；
20.综合距离与方向，以毫米波雷达为原点，目标车辆的位置为(dcosα，dsinα)。
21.根据本发明优选的，步骤(5)中，具体的，隧道口毫米波雷达的位置为(x0，y0)(由gps定位确定)，该毫米波雷达工作范围内车辆位置为(x0+dcosα，y0+dsinα)。
22.根据本发明优选的，步骤(6)中，具体的，隧道内第n个毫米波雷达(xn，yn)工作范围内的车辆位置为(xn+dcosα，yn+dsinα)。
23.一种隧道内毫米波辅助导航定位系统，包括：
24.信息采集模块，用于采集毫米波雷达信息和反射器信息；
25.隧道内雷达位置确定模块，用于分析在两毫米波雷达重复工作范围内的反射器对于前一毫米波雷达和后一毫米波雷达的距离和角度信息，得到后一毫米波雷达对于前一毫米波雷达的位置，以此类推，求得隧道中所有毫米波雷达的位置；
26.隧道口车辆位置计算模块，用于计算隧道口毫米波雷达范围内的车辆位置；
27.隧道内车辆位置计算模块，用于计算隧道内毫米波雷达范围内的车辆位置。
28.一种计算机可存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以上所述隧道内毫米波辅助导航定位方法的步骤。
29.本发明的有益效果在于：
30.本发明通过反射器在两个毫米波雷达的位置信息对比，进行两毫米波雷达之间的坐标转化，实现隧道内车辆的全程定位，多毫米波雷达坐标系融合解决了隧道内车辆无法定位、无法获取其在隧道内全程信息的相关问题；此外，该装置方便移动、拆卸方便。
附图说明
31.图1为本发明的隧道布设毫米波雷达的示意图；
32.图2为本发明的单个毫米波雷达在隧道内实际工作范围示意图；
33.图3为本发明的隧道内毫米波雷达与反射器布设示意图；
34.图4为本发明的隧道内毫米波雷达采集反射器数据示意图；
35.图5为本发明的隧道内毫米波坐标转换示意图；
36.图6为本发明的毫米波雷达在隧道内采集车辆全程数据示意图。
具体实施方式
37.下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。
38.实施例1：
39.本实施例公开了一种隧道内毫米波辅助导航定位方法，步骤如下：
40.(1)将毫米波雷达布设在隧道道路上方中央，采集距离和角度信息；
41.(2)设置反射器，反射器包括三脚架和角反射器，三脚架固定在相邻2个毫米波雷达的重复工作范围内，三角架上安装角反射器，高度可调；
42.(3)分析在两毫米波雷达重复工作范围内的反射器对于前一毫米波雷达和后一毫米波雷达的距离和角度信息，得到后一毫米波雷达对于前一毫米波雷达的位置；
43.已知前一毫米波雷达位置(x1，y1)，前一毫米波雷达接收到反射器位置信息为(d1，α1)，后一毫米波雷达接收到反射器位置信息为(d2，α2)，则后一毫米波雷达位置(x2，y2)中，x2＝x1+d1cosα1-d2cosα2，y2＝y1+d1sinα1-d2sinα2，以此类推，求得隧道中所有毫米波雷达的位置。
44.(4)以毫米波雷达为原点，计算目标车辆位置；
45.毫米波雷达与目标车辆的距离d＝tc/2，其中,t为从发送信号到接收到反射信号经过的时间，c为光速；
46.目标车辆的方位角其中，d为两根接收天线之间的距离，b为两根天线接收到反射信号间的相位差；
47.综合距离与方向，以毫米波雷达为原点，目标车辆的位置为(dcosα，dsinα)。
48.(5)以在隧道口的毫米波雷达为原点建立笛卡尔坐标系，计算隧道口毫米波雷达范围内的车辆位置；
49.隧道口毫米波雷达的位置为(x0，y0)(由gps定位确定)，该毫米波雷达工作范围内车辆位置为(x0+dcosα，y0+dsinα)。
50.(6)以隧道口的毫米波雷达的gps定位和步骤(3)求得的隧道内毫米波雷达的位置为准，将各个毫米波雷达收集到的距离和角度数据转换到同一坐标系下，并配准到大地坐标系，得到隧道内毫米波辅助导航定位。
51.具体的，隧道内第n个毫米波雷达(xn，yn)工作范围内的车辆位置为(xn+dcosα，yn+dsinα)。
52.实施例2：
53.一种应用于实施例1的隧道内毫米波辅助导航定位系统，包括：
54.信息采集模块，用于采集毫米波雷达信息和反射器信息；
55.隧道内雷达位置确定模块，用于分析在两毫米波雷达重复工作范围内的反射器对于前一毫米波雷达和后一毫米波雷达的距离和角度信息，得到后一毫米波雷达对于前一毫米波雷达的位置，以此类推，求得隧道中所有毫米波雷达的位置；
56.隧道口车辆位置计算模块，用于计算隧道口毫米波雷达范围内的车辆位置；
57.隧道内车辆位置计算模块，用于计算隧道内毫米波雷达范围内的车辆位置。
58.实施例3：
59.一种应用于实施例1的计算机可存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程
序被处理器执行时实现实施例1所述隧道内毫米波辅助导航定位方法的步骤。
60.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。
61.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。

技术特征：
1.一种隧道内毫米波辅助导航定位方法，其特征在于，步骤如下：(1)将毫米波雷达布设在隧道道路上方中央，采集距离和角度信息；(2)在相邻2个毫米波雷达的重复工作范围内设置反射器；(3)分析在两毫米波雷达重复工作范围内的反射器对于前一毫米波雷达和后一毫米波雷达的距离和角度信息，得到后一毫米波雷达对于前一毫米波雷达的位置，以此类推，求得隧道中所有毫米波雷达的位置；(4)以毫米波雷达为原点，计算目标车辆位置；(5)以在隧道口的毫米波雷达为原点建立笛卡尔坐标系，计算隧道口毫米波雷达范围内的车辆位置；(6)以隧道口的毫米波雷达的gps定位和步骤(3)求得的毫米波雷达的位置为准，将各个毫米波雷达收集到的距离和角度数据转换到同一坐标系下，并配准到大地坐标系，得到隧道内毫米波辅助导航定位。2.如权利要求1所述的隧道内毫米波辅助导航定位方法，其特征在于，步骤(2)中，反射器包括三脚架和角反射器，三脚架固定在相邻2个毫米波雷达的重复工作范围内，三角架上安装角反射器，高度可调。3.如权利要求1所述的隧道内毫米波辅助导航定位方法，其特征在于，步骤(3)中，具体的，已知前一毫米波雷达位置(x1，y1)，前一毫米波雷达接收到反射器位置信息为(d1，α1)，后一毫米波雷达接收到反射器位置信息为(d2，α2)，则后一毫米波雷达位置(x2，y2)中，x2＝x1+d1cosα1-d2cosα2，y2＝y1+d1sinα1-d2sinα2，以此类推，求得隧道中所有毫米波雷达的位置。4.如权利要求3所述的隧道内毫米波辅助导航定位方法，其特征在于，步骤(4)中，具体的，毫米波雷达与目标车辆的距离d＝tc/2，其中,t为从发送信号到接收到反射信号经过的时间，c为光速；目标车辆的方位角其中，d为两根接收天线之间的距离，b为两根天线接收到反射信号间的相位差；以毫米波雷达为原点，目标车辆的位置为(dcosα，dsinα)。5.如权利要求4所述的隧道内毫米波辅助导航定位方法，其特征在于，步骤(5)中，具体的，隧道口毫米波雷达的位置为(x0，y0)，该毫米波雷达工作范围内车辆位置为(x0+dcosα，y0+dsinα)。6.如权利要求5所述的隧道内毫米波辅助导航定位方法，其特征在于，步骤(6)中，具体的，隧道内第n个毫米波雷达(xn，yn)工作范围内的车辆位置为(xn+dcosα，yn+dsinα)。7.一种隧道内毫米波辅助导航定位系统，其特征在于，包括：信息采集模块，用于采集毫米波雷达信息和反射器信息；隧道内雷达位置确定模块，用于分析在两毫米波雷达重复工作范围内的反射器对于前一毫米波雷达和后一毫米波雷达的距离和角度信息，得到后一毫米波雷达对于前一毫米波雷达的位置，以此类推，求得隧道中所有毫米波雷达的位置；隧道口车辆位置计算模块，用于计算隧道口毫米波雷达范围内的车辆位置；隧道内车辆位置计算模块，用于计算隧道内毫米波雷达范围内的车辆位置。
8.一种计算机可存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-6任一项所述隧道内毫米波辅助导航定位方法的步骤。

技术总结
本发明涉及一种隧道内毫米波辅助导航定位方法及系统，属于交通工程技术领域。方法步骤如下：(1)将毫米波雷达布设在隧道道路上方中央，采集距离和角度信息；(2)在相邻2个毫米波雷达的重复工作范围内设置反射器；(3)求得隧道中所有毫米波雷达的位置；(4)以毫米波雷达为原点，计算目标车辆位置；(5)计算隧道口毫米波雷达范围内的车辆位置；(6)计算隧道内毫米波辅助导航定位。本发明解决了隧道内车辆无法定位的问题，提高了车辆定位的精度，且安装、拆卸和移动方便。拆卸和移动方便。拆卸和移动方便。


技术研发人员：宁亚飞 胡浩宇 杜玉鑫 张金豪 杨传法 束建磊
受保护的技术使用者：山东大学深圳研究院
技术研发日：2023.06.26
技术公布日：2023/9/20