本发明涉及自动驾驶车辆定位，尤其涉及隧道环境下使用长期演进接收信号强度指示符的定位方法。
背景技术：
1、自动驾驶是人工智能领域的一种主流应用，也是最具前景的技术之一。自动驾驶可以避免大量交通事故，提升城市交通运行效率，从而带来大量经济效益；同时由于实现自主车辆的最佳方式是电气化，自动驾驶能够间接改善环境和空气质量；此外，自动驾驶技术具有节约时间、方便特殊人群和改善城市停车问题等优势。因此，自动驾驶技术越来越受到重视。
2、车辆定位对自动驾驶安全有效运行至关重要，车辆的精准定位是自动驾驶的关键技术和功能之一，同时也是实现避障泊车等高阶功能的基础传统定位技术主要依赖全球卫星导航系统(global navigation satellite system,gnss)，尤其是基于载波相位差分技术的rtk(real-time kinematic)，可在信号稳定且连续时提供厘米级定位精度。在全球范围内，已经有美国的gps，中国的北斗卫星导航系统，欧盟的伽利略卫星导航系统等。但因卫星与终端设备连通性差等问题，在城市峡谷、楼群及室内环境下易受阻塞和多径效应影响，导致输出不稳定的定位结果。尤其是在隧道环境下，gnss信号被完全遮挡从而不可用，无法通过gnss信号在隧道内完成车辆定位。
3、目前已有许多研究估计无gps信号的室内的移动终端的位置。然而，将现有的室内定位技术应用于隧道环境并不容易。大多数现有的室内定位技术利用已经安装的密集基础设施。例如，wi-fi、蓝牙、超宽带(ultra wide band，uwb)、发光二极管和射频识别(radio-frequency identification rfid)等来估计目标的当前位置。由于上述技术没有广泛的发射机覆盖范围，因此必须密集安装基础设施。在隧道中安装新的基础设施不仅需要巨大的成本，而且难以稳定地管理。
4、长期演进(long-term evolution，lte)信号可在隧道环境下使用手机测量，长期演进信号的优点是天线网络已经安装在隧道中，隧道中没有阴影区；而且长期演进由电信服务提供商管理，信号稳定且质量较高。由于天线沿隧道纵向分布，因此，长期演进信号的接收信号强度指示符(received signal strength indicator，rssi)在隧道中形成具有若干峰值的唯一模式，这为使用长期演进信号的接收信号强度指示符进行车辆定位提供了基础。
5、因此需要一种能够在长隧道环境中利用非gnss信号进行车辆精准定位的技术，使用接收长期演进信号强度指示符估计隧道中的车辆位置。
技术实现思路
1、针对上述现有技术存在的不足，本发明提供一种隧道环境下使用长期演进接收信号强度指示符的定位方法，使用长期演进信号的接收信号强度指示符替代gnss信号。测量隧道的长期演进信号的接收信号强度指示符数据库，并且在车辆行进过程中不断测量接收长期演进信号的接收信号强度指示符，形成用户数据，将数据库与用户数据比较，同时设计了接收长期演进信号强度指示符的匹配算法，使两种数据差异最小时完成数据库与用户数据匹配，并将数据库中产生该匹配的位置视为车辆位置，完成隧道环境下使用长期演进接收信号强度指示符的定位方法，以解决长隧道环境下gnss信号被遮挡甚至不可用的问题。
2、本发明的技术方案为：
3、隧道环境下使用长期演进接收信号强度指示符的定位方法，包括以下步骤：
4、步骤1构建长期演进信号的接收信号强度指示符数据库并对该数据库中的长期演进信号的接收信号强度指示符数据进行预处理，得到数据库向量；
5、步骤1.1将隧道按x米间隔划分参考点，得到n个参考点；
6、参考点的数量n为：
7、
8、其中，ltunnel为隧道的长度；x为参考点的间隔；n为参考点的数量；
9、步骤1.2在参考点处接收隧道中分布的k个路边单元发出的长期演进信号，测量隧道中参考点处的长期演进信号的接收信号强度指示符的值并求均值，得到长期演进信号对每个参考点的平均接收信号强度指示符值；
10、第n个参考点接收的第k个路边单元发送的长期演进信号的平均接收信号强度指示符值为：
11、
12、其中，φn,k表示第n个参考点接收的第k个路边单元发送的长期演进信号的平均接收信号强度指示符值，n为参考点的序号，k为路边单元的序号；φn,k,i表示第n个参考点接收第k个路边单元发送的第i次长期演进信号的接收信号强度指示符的测量值，i为路边单元发送长期演进信号的序号；g为路边单元发送长期演进信号的次数。
13、步骤1.3将长期演进信号对每个参考点的平均接收信号强度指示符值归一化并将归一化后的平均接收信号强度指示符值与其对应的参考点坐标合并为矩阵形式，得到长隧道长期演进信号的接收信号强度指示符的数据库；
14、平均接收信号强度指示符值归一化的方法为：
15、
16、其中，μk和σk分别是第k个路边单元平均接收信号强度指示符值的均值和方差；为第n个参考点接收的第k个路边单元发送的长期演进信号的归一化后的平均接收信号强度指示符值。
17、所述长隧道长期演进信号的接收信号强度指示符的数据库为：
18、
19、其中，d为长隧道长期演进信号的接收信号强度指示符的数据库；r是数据库中参考点的坐标向量，其中的rn为第n个参考点的坐标；φ为归一化的平均接收信号强度指示符矩阵，其中的每个元素为第n个参考点接收的第k个路边单元发送的长期演进信号的归一化后的平均接收信号强度指示符值；
20、步骤1.4将长隧道长期演进信号的接收信号强度指示符的数据库划分为不同参考点对应的数据库向量；
21、由于共有n个参考点，每个参考点包含对k个路边单元归一化的平均接收信号强度指示符测量值，即步骤1.3中归一化的平均接收信号强度指示符矩阵维度为n×k，将该矩阵划分为n个列向量，第n个列向量为φn，表示第n个参考点对应的k个路边单元归一化的平均接收信号强度指示符测量值，因此长度为k，第n个数据库向量为φn具体为：
22、
23、其中，φn为第n个数据库向量，对应的参考点坐标为rn；
24、步骤2当用户驾驶车辆在隧道中行进时，测量隧道中当前时刻车辆所处位置的长期演进信号的接收信号强度指示符并构建用户数据向量；
25、步骤2.1在当前时刻车辆所处位置处多次测量路边单元所发送的长期演进信号的接收信号强度指示符测量值，并保存为用户数据矩阵；
26、所述用户数据矩阵可表示为：
27、
28、其中，b为用户数据矩阵；ξi,k表示从第k个路边单元得到的第i次接收信号强度指示符测量值，nb表示用户数据的长度，即从路边单元得到的接收信号强度指示符测量值的总次数；
29、步骤2.2对用户数据矩阵中接收信号强度指示符测量值进行归一化处理并求平均值，得到用户数据向量；
30、所述对用户数据矩阵中接收信号强度指示符测量值进行归一化的方法为：
31、
32、其中，μ’k和σ’k分别是第k个路边单元发出的接收信号强度指示符值的均值和方差；为用户从第k个路边单元得到的第i次归一化的接收信号强度指示符测量值；
33、再将用户从第k个路边单元得到的nb个归一化的接收信号强度指示符测量值求均值：
34、
35、其中，为用户从第k个路边单元得到的归一化的接收信号强度指示符测量值的平均值；
36、所述用户数据向量为：
37、
38、其中，bz表示用户数据向量；
39、步骤3使用欧氏距离遍历比较数据库向量和用户数据向量之间的差异，将欧氏距离最小值所对应的参考点坐标作为车辆位置；
40、步骤3.1将此时的用户数据向量遍历n个数据库向量，使用欧氏距离衡量数据库向量和用户数据向量之间的差异得到欧式距离向量，并将欧式距离向量中最小欧氏距离值min(dt,n)所对应的参考点坐标rt作为此时车辆位置；
41、对于数据库向量和在隧道中当前时刻所处位置处的用户数据向量采用欧式距离比较两向量之间的差异：
42、
43、其中dn(φn，bz)表示用户数据向量bz和数据库向量φn之间的欧式距离；
44、当有定位需求时，将此时t时刻的用户数据向量遍历n个数据库向量，求得n个欧氏距离，得到欧式距离向量：
45、dt＝[dt,1 dt,2 k dt,n] (11)
46、其中，dt表示t时刻的欧式距离向量，dt,n表示t时刻用户数据向量与第n个数据库向量之间的欧式距离；
47、步骤3.2按照步骤2中的方法获取下一时刻t+1的用户数据向量，并将下一时刻t+1的用户数据向量遍历步骤3.1中定位的参考点坐标rt之后的n-nt个数据库向量，将最小欧氏距离值所对应的参考点坐标作为下一时刻车辆位置，nt为参考点坐标rt在参考点的坐标向量r中的序号；
48、将下一时刻t+1需要定位的用户数据向量遍历剩余n-nt个数据库向量，仍然采用步骤3.1中的方法求得n-nt个欧氏距离，得到下一时刻的欧式距离向量：
49、
50、其中，dt+1表示t+1时刻用户数据对应的欧式距离向量，dt+1,n表示t+1时刻用户数据向量与第n个数据库向之间的欧式距离，并将最小欧氏距离值min(dt+1,n)所对应的参考点坐标rt+1作为此时车辆位置。
51、本发明提出的隧道环境下使用长期演进接收信号强度指示符的定位方法，与现有技术相比较具有如下有益效果：
52、考虑到gnss在长隧道环境下信号被遮挡甚至中断，导致定位结果不准确，本发明采用长期演进信号的接收信号强度指示符替代gnss信号，将长隧道环境下的长期演进信号的接收信号强度指示符数据库向量与用户数据向量比较，将差距最小的用户数据视为最佳匹配，产生此用户数据的位置即为估计的车辆位置。本发明提出的定位方法克服了长隧道环境下gnss信号被遮挡甚至中断的缺点，可根据长期演进接收信号强度指示符估计出车辆在长隧道中的位置。
1.一种隧道环境下使用长期演进接收信号强度指示符的定位方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的隧道环境下使用长期演进接收信号强度指示符的定位方法，其特征在于，所述步骤1具体包括：
3.根据权利要求1所述的隧道环境下使用长期演进接收信号强度指示符的定位方法，其特征在于，所述步骤2具体包括：
4.根据权利要求1所述的隧道环境下使用长期演进接收信号强度指示符的定位方法，其特征在于，所述步骤3具体包括：
