一种基于相关接收的车辆无线测距方法

摘要

本发明属于无线测距、定位技术领域，具体是一种基于相关接收的车辆无线测距方法。主要分为四个步骤：A.对IEEE802.11p协议接收信号进行相关计算并归一化处理；B.对统计结果进行分组求和，得到时延估计序列；C.从时延估计序列中找到信号传播时延；D.根据传播时延计算得到距离。本发明首次将相关求和用于IEEE802.11p协议的无线定位中，具有定位精度高、稳定性好的优点，在多径、非直视、高多普勒频移环境下可以提高车辆测距的精度。

权利要求

1.一种基于相关接收的车辆无线测距方法，其特征在于包括以下步骤：A.对接收信号进行相关计算并归一化处理：在IEEE802.11p协议中，以短训练序列的共轭值为模板信号与接收信号进行相关计算，并将其结果P(d)再除以信号能量R(d)，得到结果为M(d)，具体计算方法为：

其中，*表示复数的共轭运算，r(d+m)为IEEE802.11p协议的接收信号，t(1+m)为IEEE802.11p协议的短训练序列，L＝16为一个短训练符号的长度；

B.对统计结果进行分组求和：对M(d)以间隔为L＝16的9个样本为一组，分别进行求和得到时延估计序列G(t)，t为信号传播时间，具体计算方法为：

C.从时延估计序列中找到信号传播时延：从时延估计序列G(t)中找到最大样本对应的下标，该下标值减去 再乘以信号采样间隔Ts，其结果即为信号的传播时延 Ts的取值为1微秒，具体计算方法为：

D.根据传播时延计算得到距离：传播时延 乘以电磁波的传播速率C，结果即为车辆之间的距离 具体计算方法为：

说明书

一种基于相关接收的车辆无线测距方法

技术领域

[0001] 本发明属于无线测距、定位技术领域，可用于车联网中使用IEEE802.11p协议的车辆的高精度无线定位，具体是一种基于相关接收的车辆无线测距方法。

背景技术

[0002] “交通运输安全与应急保障”是《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020)》交通运输业的六大重点领域及其优先主题之一，同时也是《交通运输“十二五”发展规划》中的五个重大科技研发专项、六大科技成果推广应用重点领域之一，通过这些ITS(Intelligent Transport System，智能交通系统)的研究和应用，将强化交通事故及事件预防，为车辆出行创造更加安全舒适的交通运行环境。

[0003] 目前国内外道路交通安全的研究成果大都集中在相邻车辆的距离测量，此时离异常车最近的后方车辆可以探测到前车的异常，但是由于信号的阻挡再后方的车辆几乎不可能探测到反射信息从而无法及时获知潜在危险的存在。研究表明后车驾驶员只要在与前车发生危险碰撞前0.5秒收到预警信号，就可以避免大约60％交通事故的发生。如果只能获得相邻车辆的距离则是无法彻底解决车辆连环碰撞的，只有获得了远距离多辆车的精确距离信息，并根据相对车速、加速度、距离等进行联合判断才有可能实现多车辆连环碰撞的预警，从而降低车祸尤其是连环追尾碰撞事故的发生率。如何获得非相邻车辆的精确距离信息是避免车辆连环碰撞亟待解决的关键问题。

[0004] IEEE802.11p标准是2010年由IEEE组织提出的，专门对IEEE802.11标准的修正，以便在车联网环境下提供无线接入能力来支持在智能交通系统中的应用。原始的IEEE802.11标准主要用于局域网，因此它在高多普勒频移、多径、快速衰落的车载环境下并不适用。在IEEE802.11p的物理层和介质访问控制层中专门为车联网环境进行了系列修改,例如：增加符号的持续时间，保护间隔等。IEEE802.11p采用OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用)的调制技术，其中前导码(Preamble)包括10个短训练序列(short preamble)和两个长训练序列(long preamble)。

[0005] 本发明专利正是在IEEE802.11p标准的基础上提出的采用10个短训练序列基于相关接收技术进行的时间同步方法，从而根据该时延乘以电磁波的速率即可得到车辆之间的距离信息。该方法可以实现多径、非直视、高多普勒频移环境下的高精度测距，从而为车辆连环碰撞预警提供重要的距离参数。

发明内容

[0006] 本发明的目的是提供一种基于相关接收技术的车辆无线测距方法，以克服现有车辆测距只能实现相邻车辆测距无法进行多车辆连环碰撞预警的问题。特别是在多径、非直视、高多普勒频移环境下可以提高车辆测距的精度。

[0007] 一种基于相关接收的车辆无线测距方法主要包括以下四个步骤：

[0008] A.对接收信号进行相关计算并归一化处理：在IEEE802.11p协议中以短训练序列的共轭值为模板信号与接收信号进行相关计算，并将其结果P(d)再除以信号能量R(d)从而进行归一化处理，处理结果为M(d)，具体计算方法为：

[0009]

[0010]

[0011]

[0012] 其中，*表示复数的共轭运算，r(d+m)为IEEE802.11p的接收信号，t(1+m)为IEEE802.11p的短训练序列，L＝16为一个短训练符号的长度。

[0013] B.对统计结果进行分组求和：对M(d)以间隔为L＝16的9个样本为一组，分别进行求和得到时延估计序列G(t)，t为信号传播时间，具体计算方法为：

[0014]

[0015] C.从时延估计序列中找到信号传播时延：从时延估计序列G(t)中找到最大样本对应的下标，该下标值减去 再乘以信号采样间隔Ts，其结果即为信号的传播时延在IEEE802.11p标准中Ts的取值为1微秒，具体计算方法为：

[0016]

[0017] D.根据传播时延计算得到距离：传播时延 乘以电磁波的传播速率C，结果即为车辆之间的估计距离 具体计算方法为：

[0018]

[0019] 本发明对比已有技术具有以下显著优点：

[0020] 1.实现了通过信号相关进行车辆距离测量的方法，从而可以实现多车辆之间的协同预警。

[0021] 2.在多径、高多普勒频移等环境下，该方法测距精度优于其他常用的方法。

附图说明

[0022] 图1是本发明的总体流程图。

[0023] 图2是接收信号相关计算并归一化。

[0024] 图3是时延估计序列波形图。

具体实施方式

[0025] 下面结合附图，说明本发明的实施方式。实施例中假定信号的传播时延为191个采样点，此时分组求和最大值的下标理论上应该是191+9＝200。

[0026] 图1是本发明的基于相关接收的车辆无线测距方法的总体流程图，测距方法具体实现方式为：

[0027] A.对接收信号进行相关计算并归一化处理：在IEEE802.11p协议中以短训练序列的160个样本的共轭值为模板信号与接收信号进行相关计算，并将其结果P(d)再除以信号能量R(d)从而进行归一化处理，处理结果为M(d)，具体计算方法为：

[0028]

[0029]

[0030]

[0031] 当比特信噪比为30分贝时，其仿真结果如图2所示。

[0032] B.对统计结果进行分组求和：对M(d)以间隔为16的9个样本为一组，分别进行求和得到时延估计序列G(t)，具体计算方法为：

[0033]

[0034] 当比特信噪比为30分贝时，其仿真结果如图3所示。

[0035] C.从时延估计序列中找到信号传播时延：从图3中可以看出时延估计序列G(t)中最大值对应的下标为200， 再乘以信号的采样间隔1微秒，其结果即为信号的传播时延191微秒。

[0036] D.根据传播时延计算得到距离：传播时延191微秒乘以电磁波的传播速率3×108，结果即为车辆之间的距离。