具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由 本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的 实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例， 本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例， 都属于本发明保护的范围。

但是现有技术存在的问题在于，车辆进入室内停车场，无法接受GPS信 号，所以如何确定车辆的位置，如何确定系统分配的停车位，如何通过路径规 划导航到具体车位。

基于此，本申请提出了一种室内车辆定位系统，包括：

包括固定节点和车载节点；固定节点包括桥节点和锚节点。

车载节点，用于利用固定节点实现自身的位置定位；以及实现路径规划。

车载节点为无人驾驶车辆。

本申请研发了一套集超宽带(Ultra Wide Band,UWB)实时定位追踪、快速 自组织动态网络和正交频分复用/码分多址(OFDM/CDMA)多入多出(MIMO)、 音频视频和多传感器数据通信于一体的室内外一体化导航系统，包括桥节点、 锚节点和车载节点，能够实现导航及路径规划。如图1所示，本项目对无人 驾驶车辆的室内导航及路径规划意义重大。

定位导航系统包括桥节点、锚节点和车载节点等，各节点功能如图2所 示。其中，车载节点包括：UWB信号处理模块，用于负责UWB信号的调 制与解调；

系统数据处理、中心控制模块，用于负责动态三维立体定位数据处理和节 点之间实时定位数据和数据传输的同步；

快速动态自主组网模块，用于负责节点的搜索、自动初始定位和建网；

天线模块，用于负责UWB信号的发送与接收；由于车载节点有持续电 源供电，天线模块具备可调功放功能可扩大有效信号覆盖半径30-50米；

CDMA/OFDM MIMO模块，用于提供多信道通信功能，可根据音频、视 频、传感器数据对传输质量的要求选择相应的信道与带宽；

I/O输入输出模块，用于提供音频、视频、图像、传感器和外网链接端口， 可以结合电子地图显示定位信息，搭载不同功能的传感器和连接外网以便远程 指导和实时掌握现场的基本情况。

桥节点和锚节点主要适用于组网场景，可以高效准确地定位、采集现场视 频、音频、震动等传感器参数等信息。

主要包括：UWB信号处理模块；天线模块输出功率可调，有效信号覆盖 半径50-100米；CDMA/OFDM MIMO模块和I/O模块提供音频输入输出、 视频输入、图像输入、传感器数据输入输出功能。

便携式节点可用于矿井等工人日常工作携带的UWB标签，设计小巧， 方便佩戴，纽扣电池供电，平时处于休眠状态，发生险情时按下按钮，激活小 功率UWB收发模块，定位信号发射速率1-2次/秒，有效覆盖半径约为 50-100米，持续工作时间大于150小时，通过自组织网络定位，可以在车 载大功率节点的电子地图上精确显示人员的位置，从而方便快速精准定位。

基于UWB技术的实时精确定位追踪

在特定复杂恶劣环境中，卫星定位受到信号衰减和多径干扰等诸多因素的 影响，难以在室内或地下坑道使用；WiFi室内定位精度差且难以自动拓扑； 射频识别(RFID)定位技术要求预置射频传感单元和感应标签及相互联网， 无法适用于导航需求。本申请根据国际电信联盟于2005年定义的超宽带 (UWB)无线频段，UWB对人体和其他同频域设备无干扰，能提供厘米级 的高定位精度，具有抗多径衰落、穿透能力强等优点，在抢险救灾、医疗看护、 室内运动跟踪等领域有广阔的应用。

本申请使用国际电信联盟于2005年定义的UWB无线频段，设计中心 频率为25.625GHz、-10dB带宽为4GHz、信号脉宽<400ps，功率谱密度小于 41.3dBm/MHz。采用ARM处理器STM32F105，UWB收发模块DW1000。

(1)UWB定位算法TDOA。

基于UWB室内定位技术常用的方法有信号到达角度AOA，信号到达时 刻TOA，信号到达时差TDOA和信号强度RSSI。其中AOA和RSSI方法 单独使用时在复杂的室内环境无法有效的保证定位精度，一般作为TOA与 TDOA的辅助方法使用。而TDOA是在TOA基础上进行改进的方法，具 有定位精度高、抗多径衰落能力强等特点，无需基站和移动目标时间上的严格同步，实际应用中更易实现。因此，本申请采用了TDOA定位方法。

(2)移动自组织动态网络架构

本申请使用快速自组织动态网络架构，具有灵活性高、移动性好、可靠性 好等优点。网络利用通用多标签交换协议(Generalized Multiprotocol Label Switching,GMPLS)提供3D立体实时网络架构，并具备与输入场景地图数据相 融合，实现实时动态场景图示为覆盖范围内的机动车、人、特定目标提供实时 定位和追踪，如图4所示。超宽带超窄脉冲所具有的超强抗干扰、衰减小的特 点有效地增强UWB网络在复杂环境中的稳定性，尤其是超宽带信号对抗复杂 室内或地下坑道环境中复杂建筑结构、障碍物和曲折通道造成多径干扰具有特 效功能。

(3)移动自组织网络硬件设计电路方案

本申请从实际应用需求出发，基于STM32F105处理器，设计并实现 了一种嵌入式网络接入设备，特点是：独立于网络设备类型、硬件资源 和操作系统，提供多种与外界交互的数据接口，能够实现各种小型网络 节点如传感器节点或单节点的接入，解决各种节点的互联互通问题。

(4)移动网络软件设计方案

接入设备移植了VxWorks for ARM操作系统，在操作系统上进行驱动 程序的开发。

(5)基于CDMA/OFDM构成实时MIMO通信系统

紧急情况下，室内、密集建筑群、地铁隧道及矿井的环境包括复杂建筑结 构、障碍物和曲折通道造成多径干扰会导致信号延时抖动、数据丢失和失序。

本申请使用OFDM/CDMA(正交频分复用结合码分复用)制式构成 MIMO通信系统，实时解决自组织网络单元间的通信。

本系统集成了UWB实时定位追踪、移动快速自组织动态网络和 OFDM/CDMA MIMO无线通信系统，具有低功耗、连续工作时长，定位精确 度极高等特点。

核心技术的突破使得可以在室内搭建经济实惠而又可扩容增量的全无线 应用系统。已掌握高精度的UWB定位算法，多个参考点的UWB脉冲信号的 差分到达时间和到达角度相结合，应用扩展卡尔曼滤波模型评估，同步提供厘 米级目标定位和实时追踪精度。UWB信号的超宽带、窄脉冲、低功率谱密度 的特性，安全可靠抗干扰，适用于城区、室内、地下等恶各类复杂环境。

通过多种应用技术手段，实现了非可视条件下的定位服务技术来解决室内 环境复杂带来的视距障碍困扰。使得任何复杂室内环境下定位精度都可达到 10厘米。

摆脱了传统的室内定位方式，采用类似GPS系统的定位模型，完全摆脱 了容量的限制。如果被定位目标，仅为导航和定位使用，系统容量无限制。如 果需要双向传输数据，系统容量是普通局域网的10倍。同时，系统不存在延 时情况。

结合多种无线技术，包括WIFI、4G、5G和蓝牙等，可以提供完整的全 无线网络解决方案。

综合比较其他低成本解决方案，可提供高出10倍以上的精度；比较同等 精度解决方案，可节省75％的成本。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述， 但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是 显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均 属于本发明要求保护的范围。