基于UWB的地下车库智慧导航系统设计

来源:用户上传      作者:王晨源 杨惠茹

　　摘 要：为解决目前国内地下车库导航信号差、停车难、找车难的问题，实现车库管理的智能化和高效化，设计了基于UWB的高精度室内智能导航系统。本系统利用UWB高精度室内定位技术，收集精度极高且准确的定位数据，提供预约车位服务，并智能导航指引用户驱车前往空车位，同时给车主提供一条最佳取车路线，方便车主反向寻车。
　　关键词：UWB;智能导航;智慧车库;TOF算法
　　中图分类号：N945.23 文献标志码：A 文章编号：1003-5168（2022）2-0006-04
　　DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.02.001
　　Design of Intelligent Navigation System for Underground Garage Based on UWB
　　WANG Chenyuan YANG Huiru
　　（Henan University，Kaifeng 475001，China）
　　Abstract： In order to solve the problems of poor navigation signal， difficult parking， and difficult car finding in domestic underground garages， and realize the intelligent and efficient garage management， a high-precision indoor intelligent navigation system based on uwb is designed. This system uses UWB （Ultra-Wideband） high-precision indoor positioning technology to collect extremely accurate and accurate positioning data， provide reserved parking spaces， and intelligent navigation guides users to drive to empty parking spaces， while providing car owners with an optimal pick-up route. It is convenient for car owners to find the car in reverse.
　　Keywords： UWB;intelligent navigation;smart garage;TOF algorithm
　　1 需求分析
　　目前室然肪橙找娓丛樱单一的定位系统已经不能满足人们对定位准确的需求。由于GPS信号在室内环境中衰减得很严重，甚至有时候会出现搜索不到信号的情况，导致室内定位不能直接采用室外定位的方法。常见的室内定位技术有蓝牙定位技术、WIFI定位技术和超声波定位技术，这三种技术存在不同程度的缺点，这些定位技术的比较如表1所示[1-2]。如何结合以上定位技术的优点，做到定位精确、功耗低和信号强，对室内导航技术的发展有深远意义[3]。随着科技的快速发展，家庭私有车辆数目不断增加，高交互性的车库系统逐渐融入人们的生活中，使停车、取车更加方便快捷。而现有的车库车位识别装置大多采用IC卡的方式对车位进行管理，车主通过刷卡的方式进行车位使用，后台系统根据刷卡结果仅能反映车位数量的使用情况，却无法指示具体的空余车位位置，管理不便。再者，现有的车库均需要车主自主寻找空余车位、记忆车辆所停位置，时常发生车主忘记给停车标示码拍照而不能快速找到自家车所在位置的问题[4]。
　　2 概要设计
　　基于超宽带通信技术（UWB）高精度地下车库导航系统是一套完整的智能导航系统。本系统根据UWB技术，获取标签相对精确的位置信息，并能实时把定位到的坐标值通过无线数传模块传送到计算机上，然后在上位机软件中对标签进行实时定位和轨迹绘制，通过观察PC端就能准确知道标签在什么位置。该系统包括UWB基站和贴有UWB定位标签的车辆入场卡，用户进入停车场后通过用户端APP可以查看车辆相关信息，如入场时间、当前位置、空余车位数量及位置，用户可在APP中选择空闲车位并在导航指引下前往，UWB基站设置在车库的停车区内。通过智能路径规划算法，系统不仅可以为用户提供可选择的空余车位导航，还能在用户端APP实时显示车辆所在位置，便于用户停车后查看车辆位置。
　　3 详细设计
　　3.1 UWB室内精确定位
　　在定位技术方面，本系统选用的是UWB高精度室内定位技术。UWB是一种以低功率在短距离内高速传输数据的无线技术，原本专属于美国军方，2002年2月美国联邦通信委员会（FCC）才正式批准民用，UWB自可民用以来便备受关注，因其具有一系列优良的技术特性，成为极具竞争力的短距高速无线传输技术，在众多领域发挥出巨大作用。
　　3.1.1 UWB通信技术的优点。第一，UWB的精确度极高。UWB是一种无线载波通信技术，它不采用常见的正弦载波，而是利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，利用在短时间内产生脉冲序列，使得脉冲开始和结束的时间更容易被测量，通过使用两个无线电设备通信所花费的时间来计算出两个设备之间的距离，所以它比WIFI和蓝牙定位技术通过信号强度来估算距离更加精确。
　　第二，UWB的发射功率低，更容易做低功耗的设备。因为UWB不采用载波形式，仅在发射窄脉冲的时候产生一定的能量，因此节省了在连续发射载波时的大量能耗，使得UWB的带宽高，但是功耗并不增加。

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