CN211505884U

CN211505884U - 一种基于超高频rfid及毫米波雷达的车辆定位装置

Info

Publication number: CN211505884U
Application number: CN202020004235.9U
Authority: CN
Inventors: 宗毅; 陈鹏飞; 杨阳; 臧振宇; 廖明鉴; 段志超; 黄善琦
Original assignee: Beijing Sanyuanju Technology Co ltd; Beijing Qixin Smart Technology Co ltd
Current assignee: Beijing Qixin Smart Technology Co ltd; Beijing Sanyuanju Technology Co ltd; Zhengzhou Bike Intelligent Technology Co ltd
Priority date: 2020-01-02
Filing date: 2020-01-02
Publication date: 2020-09-15
Anticipated expiration: 2030-01-02

Abstract

本实用新型提出一种基于超高频RFID及毫米波雷达的车辆定位装置，属于自动驾驶领域。本实用新型包括：安装在自动驾驶车辆上的毫米波雷达发射接收器和超高频RFID阅读器，以及安装在道路两侧的路桩，路桩上安装有超高频RFID标签和角反射器；毫米波雷达发射接收器和超高频RFID阅读器固定在车辆前保险杠区域上；超高频RFID阅读器的天线为相控阵天线结构；角反射器为毫米波雷达角反射器。本实用新型的定位装置实现成本低，定位精度高，适用于在非固定道路实施，也易于在城市道路实施，适用范围较为广泛。

Description

一种基于超高频RFID及毫米波雷达的车辆定位装置

技术领域

本实用新型属于自动驾驶技术领域，具体涉及一种基于超高频RFID(射频识别)及毫米波雷达的车辆定位装置。

背景技术

定位与导航是自动驾驶系统的基础功能。车辆行驶过程中涉及一个连续的定位、路径规划和决策引导过程，定位是车辆导航的第一步，定位的目的是让行驶中的自动驾驶汽车在任意时刻找到自身准确的位置。自动驾驶系统只有实现了对运动物体的精确定位，才可能根据预先规划的路线，将车辆安全、准确的导航到目的地。因此，在自动驾驶领域，导航成功与否关键是定位的精度。

常用的定位导航技术分为雷达定位、卫星定位导航、惯性导航、地图匹配等。雷达定位是利用电磁波探测目标并定位的设备，它对目标发射电磁波并接收其回波，由此获得目标到雷达的距离、径向速度、方位和高度等信息。利用雷达对地面或海上目标定位时，是测定目标相对于雷达的距离和方位，对空中目标进行定位时，须同时测定距离、方位和高度，这种雷达称为三坐标雷达。商业化的卫星导航系统包括美国的GPS(全球定位系统)、中国的北斗系统、欧洲伽利略和俄罗斯的GLONASS系统。卫星导航系统在日常生活中很常见，我们经常使用百度、高德或其他电子地图系统来确定自己的位置，其实质就是使用了卫星导航技术。卫星导航系统是使用手机终端接收卫星导航电文进行解算，计算出当前的位置。卫星导航定位精度误差相对较大，城市道路误差可达10米，如果驾驶的周围环境复杂，如遇到高楼、山脉，会产生多径效应。车辆经过隧道完全接收不了导航信号，导航的误差会更大，定位精度不能满足自动驾驶的需求。惯性导航系统(简称INS)的特点是不依赖于任何外部信息，靠自身的惯性敏感器件(陀螺仪和加速度计)测量导航参数，它不受天然的或人为的干扰，具有良好的隐蔽性，是一种完全自主式的导航系统。地图匹配(简称MM)是将激光雷达(LiDAR)和其它传感器测得的车辆位置或行驶轨迹，与车载的高精地图的道路数据相比较、匹配，找到车辆所在的道路，计算出车辆在道路上的位置，进而还可以通过这种方法来校正其它定位方法的误差，如INS的累积误差、GPS的随机误差。地图匹配利用数字化高精地图使得定位系统更加可靠、准确。

在上述几种定位导航技术中，卫星定位+惯性导航是自动驾驶上普遍使用的方法，但在矿山、隧道、桥梁等卫星信号收到干扰或灵敏度较低的情况下，卫星定位+惯导组合经常失效；地图匹配方法涉及复杂昂贵的地图数据采集设备、制作高精地图需要投入大量人力以及地图维护的高成本。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术存在的定位精度低或建设、维护成本高的问题，提供了一种基于超高频RFID及毫米波雷达的车辆定位导航装置，将该装置用于卫星定位+惯性导航组合的定位中，可以获得较高的车辆定位精度。

本实用新型提供的一种基于超高频RFID及毫米波雷达的车辆定位导航装置，包括：安装在自动驾驶车辆上的毫米波雷达发射接收器和超高频RFID阅读器，以及安装在道路两侧的路桩，路桩上安装有超高频RFID标签和角反射器；超高频RFID阅读器的天线为相控阵天线结构；角反射器为毫米波雷达角反射器。

所述的毫米波雷达发射接收器的射频频率为24GHz、77GHz或79GHz。

所述的超高频RFID阅读器和超高频RFID标签的射频频率设置为920～925MHz(中国标准)或915MHz(ISO18000-6C标准)。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优势：

(1)通过在道路上设置安装有超高频RFID标签的路桩，可以使得自动驾驶车辆通过超高频RFID阅读器来识别路桩，进而能根据预存的坐标来获得路桩位置，用于车辆定位中。

(2)路桩内安装的超高频RFID芯片具有全球唯一的编码ID，RFID芯片ID可在芯片产品周期内被无限次数读取，因此RFID芯片ID很适合作为一个表示路桩安装位置坐标的索引，自动驾驶车辆感知并读取索引，从而获知路桩坐标。

(3)路桩具有角反射器结构，自动驾驶车辆上的毫米波雷达在行驶中连续发射电磁波，当雷达电磁波扫描到角反射器，电磁波会在金属角上产生折射放大，产生很强的回波信号，因此自动驾驶车辆上的毫米波雷达接收器能更容易检测到目标。

(4)车辆的前保险杠区域同时安装了毫米波雷达发射接收器和超高频RFID阅读器，毫米波雷达发射接收器能够识别带有角反射器的路桩，超高频RFID阅读器能够返回识读区域内的RFID芯片ID，通过这样的结构设计为实现车辆厘米级的定位提供了双重保障，比单独使用毫米波雷达或单独使用超高频RFID的定位精度高。

(5)超高频RFID阅读器的天线采用相控阵天线结构设计，使得无线射频天线小型化，较容易在车辆保险杠区域安装，并且能够使电磁波发射接收时间与角度可控，从而使定位应用设计更为灵活。

附图说明

图1是本实用新型的车辆定位导航装置包含的车辆模块与路桩的结构示意图；

图2是本实用新型的路桩模块的结构示意图；

图3是采用本实用新型的定位导航装置对车辆进行定位的示意图；

图4是本实用新型的角反射器和超高频RFID标签安装示意图；a为超高频RFID标签与雷达角反射器以任意方向角组合，以及组合位于路桩任意位置；b为三角形、方形和圆弧形的单个角反射器。

图中：

1-车辆；101-毫米波雷达发射接收器；102-超高频RFID阅读器；

2-路桩；201-超高频RFID标签；202-角反射器。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本实用新型，下面结合附图对本实用新型作进一步的详细和深入描述。

如图1所示，本实用新型提供的一种基于超高频RFID及毫米波雷达的车辆定位导航装置，包括：安装在自动驾驶车辆1上的毫米波雷达发射接收器101和超高频RFID阅读器102，以及安装在道路两侧的路桩2，在路桩2上安装有超高频RFID标签201和角反射器202。其中，毫米波雷达发射接收器101与超高频RFID阅读器102固定在车辆1前保险杠区域上；路桩2上部区域从上至下安装超高频RFID标签201和角反射器202。毫米波雷达发射接收器101能够识别带有角反射器的路桩2，超高频RFID阅读器102能够返回识读区域内的RFID芯片ID。

毫米波雷达发射接收器101具有发射毫米波的发射器以及接收目标发射信号的接收器。本实用新型中可设置毫米波雷达的射频频率为24GHz、77GHz或79GHz。

角反射器202采用毫米波雷达角反射器，采用铝板、铜板、铝合金板或不锈钢等金属板材制成，其工作原理是能够将电磁波按入射方向的反方向反射回去。本实用新型采用的角反射器202的反射平面的数量从3个直至48个。

路桩2具有毫米波雷达角反射器结构，在车辆行驶过程中，当毫米波雷达发射接收器101发射的电磁波扫描到角反射器202后，电磁波会在金属角上产生折射放大，产生很强的回波信号，因此自动驾驶车辆上的毫米波雷达发射接收器101能更容易检测到目标。

超高频RFID阅读器102的天线采用相控阵天线结构设计。相控阵天线结构的设计能够使无线射频天线小型化，较容易在车辆保险杠区域安装。同时，相控阵天线结构设计也能够使电磁波发射接收时间与角度可控，从而使定位应用设计更为灵活。超高频RFID的射频频率可设置为920～925MHz(中国标准)或915MHz(ISO18000-6C标准)。

每个超高频RFID标签201具有全球唯一的编码ID，标签内的RFID芯片具有96比特存储空间，标签201芯片的ID以只读模式存储在其中，不可擦写，可在RFID芯片产品周期内被无限次数读取。

路桩2具有超高频RFID标签201，在车辆行驶过程中，当路桩2出现在车辆的超高频RFID阅读器102的识读区域内时，将读取路桩2的标签201的芯片ID。在车辆存储自动驾驶系统的硬件智能芯片中还存储有一个关于超高频RFID标签201的芯片ID的数据库，该数据库中将每个超高频RFID标签201的芯片ID作为一个索引，记录每个索引对应标签201所在路桩的实际安装位置坐标。当车辆读取到超高频RFID标签201时，根据芯片ID能够获得路桩的位置坐标，进而能够用于车辆的精确定位与导航中。

路桩2埋设于道路两侧，本实用新型中设置相邻两个路桩2的间隔距离5-10米，实际安装间隔按照工程建设规范来实施。

如图3所示，本实用新型应用在自动驾驶车辆上用于环境感知，车辆在行驶过程中，车载毫米波雷达发射接收器101和超高频RFID阅读器102处于工作状态。毫米波雷达发射接收器101实时发射电磁波，进行雷达探测，可探测到路桩及其他障碍物。超高频RFID阅读器102能检测到识读区域内的路桩2上的超高频RFID标签201。车辆的自动驾驶系统根据超高频RFID阅读器102识别的芯片ID，能识别出对应路桩2的位置，根据毫米波雷达发射接收器101的探测结果，能识别出车辆距离路桩2的距离，进而能对车辆进行准确定位。本实用新型中车辆的自动驾驶系统为目前已有的常用系统，不同之处在于，预先存储了关于超高频RFID标签201的芯片ID的数据库，能根据RFID芯片ID来获得对应路桩的位置。通过毫米波雷达来获取目标的距离也是采用目前成熟的技术来实现，此处不再赘述。

本实用新型还包括但不限于如图4中的(a)所示的路桩2的角反射器202和超高频RFID标签201的组合方式，即超高频RFID标签201与角反射器202在路桩2上的相对位置可以根据实际情况来调整。同时，本实用新型包括但不限于如图4中的(b)所示的多种形状的单个角反射器202的结构设计。即只要超高频RFID与毫米波雷达技术联合使用以提高定位精度的装置即是本实用新型的保护范围。

将本实用新型的定位装置与高精地图、低频RFID定位装置、车路协同C-V2X路侧单元(RSU)进行实验对比，得到如表1所示结果。

表1本实用新型装置与现有技术对比结果

通过对比，可得到如下结论：

(1)采用本实用新型的定位装置，自动驾驶车辆能够感知10-20米的安装有超高频RFID标签和角反射器的路桩路标，虽然感知距离不如激光雷达的远，但能够满足时速60公里/小时的市区中速行驶的车辆定位需求。

(2)本实用新型的定位装置可达到与激光雷达、低频RFID系统所能达到的厘米级定位精度。

(3)本实用新型的车上设备建设成本远低于车路协同C-V2X RSU技术，也比激光雷达的成本低。

(4)为了实现向自动驾驶的车辆提供定位功能，需要在道路两侧安装本实用新型的路桩，但本实用新型路桩上的超高频RFID标签采用无源设计方案，即无需电子电路系统和额外电源供电，成本远低于需要外部电源的车路协同C-V2X RSU。

(5)本实用新型不仅可以在矿区、港口、园区等非固定道路实施，也易于在城市道路实施，适用范围较为广泛。

Claims

1.一种基于超高频RFID及毫米波雷达的车辆定位装置，其特征在于，包括：安装在自动驾驶车辆上的毫米波雷达发射接收器和超高频RFID阅读器，以及安装在道路两侧的路桩，路桩上安装有超高频RFID标签和角反射器；毫米波雷达发射接收器和超高频RFID阅读器固定在车辆前保险杠区域上；超高频RFID阅读器的天线为相控阵天线结构；角反射器为毫米波雷达角反射器。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的毫米波雷达发射接收器的射频频率为24GHz、77GHz或79GHz。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的超高频RFID阅读器和超高频RFID标签的射频频率为920～925MHz。

4.根据权利要求1或3所述的装置，其特征在于，超高频RFID标签为无源超高频RFID标签。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的角反射器的反射平面的数量3～48个。