一種車輛定位系統(tǒng)及其定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及汽車定位技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種車輛定位系統(tǒng)及其定位方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著城市化的快速發(fā)展，近年來(lái)國(guó)內(nèi)的大中城市出現(xiàn)了大量的MALL(商業(yè)綜合 體），這些MALL-般都配備有大型的停車場(chǎng)，停車場(chǎng)可能會(huì)有多達(dá)上千個(gè)車位，有些還不止 一層。車主在停車場(chǎng)泊車完畢后，要找回時(shí)，有些人會(huì)忘了自己的車具體停在哪個(gè)位置。為 找回車子，車主往往會(huì)花費(fèi)大量的時(shí)間和精力。如果有一種便攜型、離線式的車輛定位系 統(tǒng)，能幫助車主準(zhǔn)確、快速地鎖定自己車輛的所在位置，并在找回的過(guò)程中給予導(dǎo)引，這必 將極大地提高找回車輛的效率，節(jié)省車主的時(shí)間和精力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是克服車主有時(shí)忘了車輛具體的停車位置后需要花費(fèi)大量時(shí)間才 能找到汽車，尤其是在大型停車場(chǎng)內(nèi)，需要花費(fèi)的時(shí)間和精力更多的技術(shù)問(wèn)題，提供了一種 車輛定位系統(tǒng)及其定位方法，其能夠幫助車主快速準(zhǔn)確的鎖定車輛的位置，并給予車主引 導(dǎo)，使車主能夠快速的找到自己的汽車，節(jié)省了車主的時(shí)間和精力。
[0004] 為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：
[0005] 本發(fā)明的一種車輛定位系統(tǒng)，包括設(shè)置在汽車上的定位裝置和用戶攜帶的指示裝 置，定位裝置包括底座以及可帶動(dòng)底座上下左右轉(zhuǎn)動(dòng)的電動(dòng)云臺(tái)，底座上設(shè)有升降器，升降 器的頂端設(shè)有可水平轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上設(shè)有可沿水平方向伸縮運(yùn)動(dòng)的第一伸縮 桿和第二伸縮桿，底座上設(shè)有中央處理單元、電子水平儀、第一無(wú)線通信模塊、第一電子羅 盤模塊和第一UWB定位傳感器，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上設(shè)有第二UWB定位傳感器，第一伸縮桿前端設(shè)有 第三UWB定位傳感器，第二伸縮桿前端設(shè)有第四UWB定位傳感器，第一UWB定位傳感器和第 二UWB定位傳感器的連線與底座垂直，第二UWB定位傳感器和第三UWB定位傳感器的連線 與底座平行，第二UWB定位傳感器和第四UWB定位傳感器的連線與底座平行，指示裝置包括 控制器、第二無(wú)線通信模塊、UWB定位標(biāo)簽、顯示屏、按鍵組和第二電子羅盤模塊，中央處理 單元分別與電動(dòng)云臺(tái)、升降器、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、第一伸縮桿、電子水平儀、第一無(wú)線通信模塊、第 一電子羅盤模塊、第一UWB定位傳感器、第二UWB定位傳感器、第三UWB定位傳感器、第二伸 縮桿和第四UWB定位傳感器電連接，控制器分別與第二無(wú)線通信模塊、UWB定位標(biāo)簽、顯示 屏、按鍵組和第二電子羅盤模塊電連接。
[0006] 在本技術(shù)方案中，第一伸縮桿和第二伸縮桿相垂直。當(dāng)用戶在大型停車場(chǎng)內(nèi)忘了 車輛具體的停車位置時(shí)，啟動(dòng)隨身攜帶的指示裝置工作，控制器通過(guò)第二無(wú)線通信模塊向 定位裝置發(fā)送定位指令。
[0007] 定位裝置接收到定位指令后，中央處理單元先通過(guò)電子水平儀檢測(cè)底座是否水 平，如果底座不水平，則中央處理單元控制電動(dòng)云臺(tái)將底座轉(zhuǎn)動(dòng)到水平位置。接著，中央處 理單元通過(guò)第一電子羅盤模塊獲取地磁正北的方向，以第一UWB定位傳感器為原點(diǎn)，以地 磁正北方向?yàn)閅軸正方向，以Y軸在水平面順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)90度后的指向?yàn)閄軸正方向，以豎 直向上方向?yàn)棣S正方向，建立ΧΥΖ三維直角坐標(biāo)系，第一UWB定位傳感器和第二UWB定位 傳感器的連線與Ζ軸重合。然后，中央處理單元控制升降器將旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)升到設(shè)定的高度，使 得第二UWB定位傳感器、第三UWB定位傳感器和第四UWB定位傳感器的Ζ軸坐標(biāo)都為zl， 接著控制旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)將第一伸縮桿轉(zhuǎn)動(dòng)到指向地磁正北的方向，控制第一伸縮桿和第二伸縮 桿伸長(zhǎng)設(shè)定的長(zhǎng)度，使得第三UWB定位傳感器的Y軸坐標(biāo)為y2,第一伸縮桿和第二伸縮桿 始終保持相互垂直，第四UWB定位傳感器的X軸坐標(biāo)為x3,此時(shí)，第一UWB定位傳感器的坐 標(biāo)為（〇,〇,〇)，第二UWB定位傳感器的坐標(biāo)為（0,0，zl)，第三UWB定位傳感器的坐標(biāo)為（0， y2,zl)，第四UWB定位傳感器的坐標(biāo)為（x3,0,zl)，第一UWB定位傳感器檢測(cè)到其與UWB定 位標(biāo)簽之間的距離為R。，第二UWB定位傳感器檢測(cè)到其與UWB定位標(biāo)簽之間的距離為札，第 三UWB定位傳感器檢測(cè)到其與UWB定位標(biāo)簽之間的距離為R2，第四UWB定位傳感器檢測(cè)到 其與UWB定位標(biāo)簽之間的距離為R3，假設(shè)UWB定位標(biāo)簽的坐標(biāo)為（X，y，ζ)，建立方程組，計(jì) 算出X，y，ζ的值，得到UWB定位標(biāo)簽的坐標(biāo)值。
[0008] 中央處理單元根據(jù)X，y的值計(jì)算出UWB定位標(biāo)簽在X軸和Y軸所在的平面上的投 影指向第一UWB定位傳感器的方向與Y軸正方向（即地磁正北方向）之間的角度值α，將 該角度值α和UWB定位標(biāo)簽的坐標(biāo)值發(fā)送到指示裝置。控制器通過(guò)第二電子羅盤模塊獲取 地磁正北的方向，根據(jù)地磁正北的方向和接收到的角度值α確定顯示屏上顯示的指針的 指向，顯示屏顯示出指針，以地磁正北方向?yàn)槠鹗?，逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)為角度增大方向，該指針的 指向與地磁正北之間的角度值始終為α。控制器根據(jù)ζ的值確定UWB定位標(biāo)簽與第一UWB 定位傳感器在豎直方向上的距離，以UWB定位標(biāo)簽為原點(diǎn)，豎直向上為距離正方向，顯示屏 顯示該距離D，該距離D= -ζ，距離D為正數(shù)表示汽車在車主上方，距離D為負(fù)數(shù)表示汽車 在車主下方。定位裝置實(shí)時(shí)檢測(cè)角度值α和UWB定位標(biāo)簽的坐標(biāo)值，并發(fā)送到指示裝置， 指示裝置實(shí)時(shí)調(diào)整指針?lè)较颉?br>[0009] 作為優(yōu)選，指示裝置還包括紅外測(cè)距儀，所述紅外測(cè)距儀與控制器電連接。車主可 通過(guò)指示裝置上的紅外測(cè)距儀檢測(cè)停車場(chǎng)一層的高度，控制器根據(jù)距離D估算出汽車與車 主之間相隔的樓層數(shù)，供車主參考。
[0010] 作為優(yōu)選，所述定位裝置設(shè)置在汽車頂部。
[0011] 作為優(yōu)選，所述第一伸縮桿和第二伸縮桿之間的夾角為45-135度。
[0012] 本發(fā)明的一種車輛定位系統(tǒng)的定位方法，包括以下步驟：
[0013] S1 :啟動(dòng)指示裝置工作，控制器通過(guò)第二無(wú)線通信模塊向定位裝置發(fā)送定位指 令；
[0014] S2 :定位裝置接收到定位指令后，中央處理單元通過(guò)電子水平儀檢測(cè)底座是否水 平，如果底座不水平，則中央處理單元控制電動(dòng)云臺(tái)將底座轉(zhuǎn)動(dòng)到水平位置；
[0015] S3 :中央處理單元通過(guò)第一電子羅盤模塊獲取地磁正北的方向，以第一UWB定位 傳感器為原點(diǎn)，以地磁正北方向?yàn)棣摧S正方向，以Υ軸在水平面順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)90度后的指向 為X軸正方向，以第一UWB定位傳感器指向第二UWB定位傳感器的方向?yàn)棣S正方向，建立 ΧΥΖ三維直角坐標(biāo)系；
[0016] S4 :中央處理單元控制升降器將旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)升到設(shè)定的高度，使得第二UWB定位傳 感器、第三UWB定位傳感器、第四UWB定位傳感器的Ζ軸坐標(biāo)都為zl，接著控制旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)將 第一伸縮桿轉(zhuǎn)動(dòng)到指向地磁正北的方向，控制第一伸縮桿和第二伸縮桿伸長(zhǎng)設(shè)定的長(zhǎng)度， 使得第三UWB定位傳感器的Y軸坐標(biāo)為y2,第四UWB定位傳感器的X軸坐標(biāo)為x3,Y軸坐 標(biāo)為y3,此時(shí)，第一UWB定位傳感器的坐標(biāo)為（0,0,0)，第二UWB定位傳感器的坐標(biāo)為（0， 0,zl)，第三UWB定位傳感器的坐標(biāo)為（0,y2,zl)，第四UWB定位傳感器的坐標(biāo)為（x3,y3， zl)，第一UWB定位傳感器檢測(cè)到其與UWB定位標(biāo)簽之間的距離為R。，第二UWB定位傳感器 檢測(cè)到其與UWB定位標(biāo)簽之間的距離為&，第三UWB定位傳感器檢測(cè)到其與UWB定位標(biāo)簽 之間的距離為R2，第四UWB定位傳感器檢測(cè)到其與UWB定位標(biāo)簽之間的距離為R3，假設(shè)UWB 定位標(biāo)簽的坐標(biāo)為（X，y，z)，得到方程組：
[0017]
[0018] 采用基于泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)的最小二乘法進(jìn)行迭代求解，求出X，y，z的值，得到UWB定 位標(biāo)簽的坐標(biāo)值；
[0019] S5 :中央處理單元根據(jù)UWB定位標(biāo)簽的坐標(biāo)值，以Y軸正方向?yàn)槠鹗?，逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) 為角度增大方向，計(jì)算出Y軸正方向與第一UWB定位傳感器指向UWB定位標(biāo)簽在X軸和Y 軸所在的平面上的投影的方向之間的角度值Θ，從而計(jì)算出UWB定位標(biāo)簽在X軸和Y軸所 在的平面上的投影指向第一UWB定位傳感器的方向與Y軸正方向之間的角度值α，定位裝 置將計(jì)算出的角度值α以及UWB定位標(biāo)簽的坐標(biāo)值發(fā)送到指示裝置；
[0020] S6 :控制器通過(guò)第二電子羅盤模塊獲取地磁正北的方向，以地磁正北方向?yàn)槠鹗迹?逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)為角度增大方向，根據(jù)接收到的角度值α確定顯示屏上顯示的指針的指向，顯 示屏顯示出指針，該指針的指向與地磁正北之間的角度值始終為α。
[0021] 作為優(yōu)選，所述步驟S6還包括以下步驟：控制器根據(jù)UWB定位標(biāo)簽的坐標(biāo)值確定 UWB定位標(biāo)簽與第一UWB定位傳感器在豎直方向上的距離，以UWB定位標(biāo)簽為原點(diǎn)，豎直向 上為距離正方向，顯示屏顯示該距離。使得用戶了解汽車與用戶之間的在豎直方向上的位 置關(guān)系，汽車與