專利名稱：基于dsrc的車輛定位裝置和dsrc應用系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本申請涉及智能交通(ITS!Intelligent Transportation System)領域,尤其涉及一種基于專用短程通信(DSRC !Dedicated Short Range Communication)的車輛定位裝置和DSRC應用系統(tǒng)。
背景技術：
在電子不停車收費(ETC Electronic Toll Collection)系統(tǒng)，設置在道路上的路側(cè)單元(RSU :RSU :Road Side Unit)與安裝在車輛上的車載單元(0BU On-board Units)通過DSRC技術進行信息交互的過程中，RSU應當僅與本RSU天線覆蓋的車道區(qū)域內(nèi)的OBU通信，以保持通信和收費的準確性和可靠性。然而有時候，RSU并不能確定和識別OBU是否是處于本RSU天線覆蓋的車道區(qū)域內(nèi)，因此該RSU有可能與所有發(fā)出應答信號的OBU進行·通信，例如有些其他車道區(qū)域內(nèi)的OBU由于接收到了被反射的RSU信號而錯誤地向RSU發(fā)出了應答信號，就會繼續(xù)與該RSU進行通信。當RSU同時與多個OBU進行通信的過程中，很容易出現(xiàn)鄰道干擾或跟車干擾等問題，導致扣費錯誤，例如對有些車輛重復扣費，而對有些車輛沒有計費，因此影響了 ETC系統(tǒng)的正常運行。尤其是當ETC系統(tǒng)應用在多車道自由流(MLFFiMultilane free flow)模式下時，由于道路不分隔車道和設置欄桿，車輛在不限定車道的情況下允許高速通行，因此很容易出現(xiàn)OBU與多個RSU通信或同一個RSU與多個OBU通信的情形。為了避免以上情況的出現(xiàn)，使RSU僅與RSU天線覆蓋的車道區(qū)域內(nèi)的OBU通信，ETC系統(tǒng)引入了車輛定位技術，確保RSU僅對其天線覆蓋區(qū)域內(nèi)的OBU通信，以確保正常的通信和扣費。一種現(xiàn)有的應用于ETC系統(tǒng)的車輛定位技術如申請日為2010年12月27日、申請?zhí)枮?01010608098. O、發(fā)明名稱為《一種ETC系統(tǒng)中車載單元的定位裝置和方法》的中國發(fā)明專利，其在RSU中設置多個位置不同的接收天線，分別用于接收OBU發(fā)送的微波信號，并通過比較不同接收天線所接收的微波信號的場強強度大小、結合不同接收天線的位置對OBU進行定位，該方法容易受到信號反射和多徑衰落的影響，使到接收到的微波信號的場強波動變化較大，容易造成定位錯誤，因此定位精度相對較低。
發(fā)明內(nèi)容本申請?zhí)峁┮环N提高定位精度的車輛定位裝置和DSRC應用系統(tǒng)。根據(jù)本申請的第一方面，本申請?zhí)峁┮环N車輛定位裝置，包括定位天線,包括至少三個在同一直線上排布的接收天線,所述接收天線用于接收同一 OBU發(fā)送的微波信號；信號接收機，與所述接收天線連接，用于接收所述微波信號后輸入數(shù)字化處理器；數(shù)字化處理器，與所述信號接收機連接，用于對所述微波信號進行數(shù)字化處理；數(shù)字波束成形器，與所述數(shù)字化處理器連接，對所述數(shù)字化處理后的信號進行加權求和處理后形成波束信號，并確定最大信噪比的波束信號所對應的方位角。一種實施例中，還包括與所述信號接收機連接的幅相校準器。一種實施例中，還包括與所述數(shù)字波束成形器連接的波束控制器。一種實施例中，相鄰兩個接收天線的等效相位中心之間的間距相等。一種實施例中，相鄰兩個接收天線的等效相位中心之間的間距為所述微波信號的波長的一半。一種實施例中，還包括依次連接的收發(fā)天線、調(diào)制/解調(diào)器、編碼/解碼器和核心處理器，所述數(shù)字波束成形器與所述核心處理器連接。一種實施例中，所述定位天線具有兩組，且兩組所述定位天線中接收天線的排布方向相互垂直。根據(jù)本申請的第二方面，本申請?zhí)峁┝艘环NDSRC應用系統(tǒng)，包括以上所述的定位
>J-U ρ α裝直。一種實施例中，所述DSRC應用系統(tǒng)為單車道帶欄桿機電子不停車收費系統(tǒng)、單車道自由流系統(tǒng)或多車道自由流系統(tǒng)，所述定位天線設置在所述單車道帶欄桿機電子ETC系統(tǒng)或單車道自由流系統(tǒng)的對應車道上，或設置在多車道自由流系統(tǒng)中的至少一個自由流斷面上。。本申請的有益效果是本申請基于波束成形技術對道路上的車輛所安裝的OBU進行準確定位，能夠得到成形的波束所對應的方位角，該方位角即為OBU發(fā)送的微波信號所對應的方位角，根據(jù)該方位角即可計算OBU的位置信息。本申請的定位方法不易受到信號反射和多徑衰落的影響，精度較高，有利于RSU準確判斷發(fā)送微波信號的OBU是否是處于本RSU天線覆蓋的車道區(qū)域內(nèi)，如果在本RSU天線覆蓋的車道區(qū)域內(nèi)則RSU與之通信，否則不與之通信，能夠有效解決鄰道干擾和跟車干擾問題，避免ETC系統(tǒng)扣費錯誤，確保其正常運行，或者為其他各類DSRC應用系統(tǒng)提供定位信息，確保其對車輛進行準確的實時監(jiān)控或管理。

圖I為本申請一種實施例的RSU中定位天線的布局示意圖；圖2為本申請一種實施例的定位裝置結構框圖；圖3為本申請一種實施例的RSU結構框圖；圖4為本申請一種實施例的車輛定位方法流程圖；圖5為本申請一種實施例的RSU與OBU進行信息交互的流程圖。
具體實施方式
下面通過具體實施方式
結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。在本申請實施例中，利用多個接收天線接收同一 OBU發(fā)送的微波信號，將這些微波信號進行A/D轉(zhuǎn)換后，傳輸至數(shù)字波束成形器進行波束成形，最后通過空域濾波技術獲得成形的波束所對應的方位角，從而確定OBU的位置信息。實施例一本申請的車輛定位方法基于RSU與OBU之間的信息交互。其中，RSU包括室外單元和室內(nèi)單元，RSU室外單元具有收發(fā)天線，用于向OBU發(fā)送微波信號并接收來自OBU的微波信號，RSU室外單元通常安裝在道路上方或道路側(cè)部，RSU室內(nèi)單元用于對RSU室外單元進行控制并對RSU室外單元接收和發(fā)送的信息進行處理；0BU也具有天線，用于向RSU發(fā)送微波信號并接收來自RSU的微波信號，OBU通常安裝在車輛內(nèi)，例如固定在車輛的前擋風玻3 上ο請參考圖I或圖2，本實施例公開了一種車輛定位裝置，該車輛定位裝置設置在ETC系統(tǒng)的RSU中，主要包括定位天線，該定位天線設置在RSU室外單元中，由至少三個在同一直線上排布的接收天線11形成天線陣列，各接收天線11用于接收同一 OBU發(fā)送的微波信號，一個接收天線11作為一個陣元，例如本實施方式中，接收天線11具有N個(N為大于3的自然數(shù))，為了提高定位的準確性，可設置相鄰兩個接收天線11的等效相位中心之間的間距d相等，該間距d優(yōu)選取OBU發(fā)送的微波信號的波長λ的一半。考慮到計算速度、復雜度以及波束方向圖的大小，以及室外單元的體積大小一種實施例可將接收天線11設置為8個。本領域技 術人員能夠理解，接收天線11排布在同一直線上是指這些接收天線11的等效相位中心位于同一直線上，為了避免各接收天線11對應的信號接收通路的幅相不一致而對測量精度產(chǎn)生影響，盡量選擇相同的接收天線，例如都選用圓極化喇叭天線，由于采用了增益(一般增益大于12dBi)較高的喇叭天線作為接收天線11，所以其方向性較強，對干擾信號有很好的抑制，可以達到比普通天線更高的定位精度。本實施例中，OBU發(fā)送的用于定位的微波信號可以是其與OBU通信過程中任何一個微波信號。信號接收機12，具有多個，與定位天線中的各個接收天線11 一對一地連接，用于接收來自各接收天線11的微波信號，并通變頻轉(zhuǎn)換將高頻的微波信號轉(zhuǎn)換成低頻信號，并對其進行放大和濾波，使信號符合A/D轉(zhuǎn)換的要求，最后將微波信號輸入數(shù)字化處理器。處理后各信號的增益、相位等指標參數(shù)應當保持一致，保證各個信號接收通路相互之間的幅相測量誤差最小，以提高定位精度。數(shù)字化處理器，包括A/D單元13，與信號接收機12連接，用于對信號接收機12輸出的微波信號進行A/D轉(zhuǎn)換后的得到數(shù)字化信號，再進行數(shù)字化信號的變頻處理和數(shù)字濾波后，得到正交的I、Q兩路信號，最后將其輸入數(shù)字波束成形器14。數(shù)字波束成形器(DBF) 14，與數(shù)字化處理器信號連接，用于對數(shù)字化處理后的信號進行信號疊加和波束成形，并通過空域濾波確定成形的波束所對應的方位角，該方位角即OBU發(fā)送的微波信號的方位角，或者說微波信號與天線陣列法線之間的夾角。數(shù)字波束成型器14采用現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA Field 一 Programmable Gate Array)和數(shù)字信號處理(DSP Digital Signal Processing)技術,對來各路陣元信號進行快速的并行數(shù)學運算處理，并根據(jù)自適應濾波算法優(yōu)化的最大信噪比算法原則，對各陣元信號進行加權求和處理，最后形成波束信號，最后確定具有最大信噪比的波束信號所對應的方位角，即來自OBU的微波信號與天線陣列法線之間的夾角，得到該夾角后，數(shù)字波束成形器(DBF) 14將該夾角的數(shù)值輸入核心處理器，以便其結合接收天線11的安裝高度和角度，計算出OBU在RSU天線垂直投影點前方覆蓋區(qū)域的具體坐標。具體地，如圖I所示，當定位天線中，假設各接收天線11之間的間距為d，微波信號的入射方向(即與天線線陣法線之間的夾角)為Θ，如果設圖I中標號為I的接收天線11為時間參考天線，則來自OBU的微波信號到達相鄰接收天線11的波程差為dsin Θ，到達相鄰接收天線11的時間差為
權利要求1.一種車輛定位裝置，其特征在于，包括 定位天線，包括至少三個在同一直線上排布的接收天線，所述接收天線用于接收同一車載單元發(fā)送的微波信號； 信號接收機，與所述接收天線連接，用于接收所述微波信號后輸入數(shù)字化處理器； 數(shù)字化處理器，與所述信號接收機連接，用于對所述微波信號進行數(shù)字化處理； 數(shù)字波束成形器，與所述數(shù)字化處理器連接，對所述數(shù)字化處理后的信號進行加權求和處理后形成波束信號，并確定最大信噪比的波束信號所對應的方位角。
2.如權利要求I所述的裝置，其特征在于，相鄰兩個接收天線的等效相位中心之間的間距相等。
3.如權利要求2所述的裝置，其特征在于，相鄰兩個接收天線的等效相位中心之間的間距為所述微波信號的波長的一半。
4.如權利要求I所述的裝置，其特征在于，還包括與所述信號接收機連接的幅相校準器。
5.如權利要求I所述的裝置，其特征在于，還包括與所述數(shù)字波束成形器連接的波束控制器。
6.如權利要求I所述的裝置，其特征在于，還包括依次連接的收發(fā)天線、調(diào)制/解調(diào)器、編碼/解碼器和核心處理器，所述數(shù)字波束成形器與所述核心處理器連接。
7.如權利要求I至6中任一項所述的裝置，其特征在于，所述定位天線具有兩組，且兩組所述定位天線中接收天線的排布方向相互垂直。
8.一種專用短程通信應用系統(tǒng)，其特征在于，包括權利要求7所述的車輛定位裝置。
9.如權利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述專用短程通信應用系統(tǒng)為單、多車道帶欄桿機電子不停車收費系統(tǒng)、單車道自由流系統(tǒng)或多車道自由流系統(tǒng)，所述定位天線設置在所述單車道帶欄桿機電子不停車收費系統(tǒng)或單車道自由流系統(tǒng)的對應車道上，或設置在多車道自由流系統(tǒng)中的至少一個自由流斷面上。
專利摘要本申請公開了一種車輛定位裝置和DSRC應用系統(tǒng)，包括定位天線，包括至少三個在同一直線上排布的接收天線，接收天線用于接收同一OBU發(fā)送的微波信號；信號接收機，與定位天線連接，用于接收微波信號后輸入數(shù)字化處理器；數(shù)字化處理器，與信號接收機連接，用于對微波信號進行數(shù)字化處理；數(shù)字波束成形器，與數(shù)字化處理器連接，對所述數(shù)字化處理后的信號進行加權求和處理后形成波束信號，并確定最大信噪比的波束信號所對應的方位角，得到所述OBU的位置信息。本申請定位過程不易受到信號反射和多徑衰落的影響，因此精度較高，有利于RSU準確判斷判斷發(fā)送微波信號的OBU是否是處于本RSU天線覆蓋的車道區(qū)域內(nèi)，確保DSRC應用的正常運行。
文檔編號G01S5/02GK202748846SQ20122028434
公開日2013年2月20日 申請日期2012年6月15日 優(yōu)先權日2012年6月15日
發(fā)明者徐根華, 李興銳, 林樹亮 申請人:深圳市金溢科技有限公司