定位天線、定位天線組件、路側單元和dsrc應用系統的製作方法
2023-07-08 16:34:01
定位天線、定位天線組件、路側單元和dsrc應用系統的製作方法
【專利摘要】本申請公開了一種定位天線、定位天線組件、路側單元和DSRC應用系統，定位天線包括至少三個接收天線，所述接收天線的等效相位中心都在一條直線上，且各接收天線的等效相位中心之間存在距離，其中至少一個所述距離d12Nλ。本申請的定位天線能夠利用其按照一定距離排布的至少三個接收天線接收來自OBU的微波信號，便於RSU對這些微波信號進行相應的處理後，利用相位差法計算OBU發送的微波信號所對應的方位角，根據該方位角即可計算OBU的精確的定位信息，用來判斷OBU是否位於本RSU的天線覆蓋區域內，從而有效解決鄰道幹擾和跟車幹擾問題。
【專利說明】定位天線、定位天線組件、路側單元和DSRC應用系統
【技術領域】
[0001]本申請涉及智能交通(ITS!Intelligent Transportation System)領域,尤其涉及一種定位天線、定位天線組件、路側單元和專用短程通信技術(DSRC dedicated ShortRange Communication)應用系統
【背景技術】
[0002]在電子不停車收費(ETC Electronic Toll Collection)系統，設置在道路上的路側單元(RSU:Road Side Unit)與安裝在車輛上的車載單元(0BU:0n_board Units)通過DSRC技術進行信息交互的過程中，RSU應當僅與本RSU天線覆蓋的車道區域內的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並不能確定和識別OBU是否是處於本RSU天線覆蓋的車道區域內，因此該RSU有可能與所有發出應答信號的OBU進行通信，例如有些其他車道區域內的OBU由於接收到了被反射的RSU信號而錯誤地向RSU發出了應答信號，就會繼續與該RSU進行通信。當RSU同時與多個OBU進行通信的過程中，很容易出現鄰道幹擾或跟車幹擾等問題，導致扣費錯誤，例如對有些車輛重複扣費，而對有些車輛沒有計費，因此影響了 ETC系統的正常運行。尤其是當ETC系統應用在多車道自由流(MLFFiMultilane free flow)模式下時，由於道路不分隔車道和設置欄杆，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OBU與多個RSU通信或同一個RSU與多個OBU通信的情形。
[0003]為了避免以上情況的出現，使RSU僅與RSU天線覆蓋的車道區域內的OBU通信，ETC系統引入了車輛定位技術，確保RSU僅對其天線覆蓋區域內的OBU通信，以確保正常的通信和扣費。一種現有的應用於ETC系統的車輛定位技術如申請日為2010年12月27日、申請號為201010608098.0、發明名稱為《一種ETC系統中車載單元的定位裝置和方法》的中國發明專利，其在RSU中設置多個位置不同的接收天線，分別用於接收OBU發送的微波信號，並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。
【發明內容】
[0004]本申請提供一種提高定位精度的定位天線、定位天線組件、路側單元和DSRC應用系統。
[0005]根據本申請的第一方面，本申請提供一種定位天線，包括至少三個接收天線，所述接收天線的等效相位中心都在一條直線上，且各接收天線的等效相位中心之間存在距離，其中至少一個所述距離d12〈A，至少一個所述距離d13>NA，λ為所述微波信號的波長，N > I。
[0006]一種實施例中，3≤N≤10。
[0007]一種實施例中，所述接收天線的相位中心方向相同。[0008]一種實施例中，所述接收天線採用相同類型的天線或者天線陣列。
[0009]一種實施例中，所述接收天線的極化方式是線極化、圓極化或橢圓極化的一種或多種。
[0010]一種實施例中，所述接收天線的天線方向圖的中心方向正對道路的來車方向。
[0011]根據本申請的第二方面，本申請提供一種定位天線組件，包括兩組以上所述的定位天線，分別為第一定位天線和第二定位天線，所述第一定位天線中接收天線的排布方向垂直於所述第二定位天線中接收天線的排布方向。
[0012]根據本申請的第三方面，本申請提供一種RSU，包括以上所述的定位天線。
[0013]根據本申請的第四方面，本申請提供一種DSRC應用系統，包括以上所述的RSU。
[0014]一種實施例中，所述專用短程通信應用系統為單車道帶欄杆機ETC系統、單車道帶欄杆機ETC系統、單車道自由流系統或多車道自由流系統，所述定位天線設置在所述單車道帶欄杆機ETC系統、單車道帶欄杆機ETC系統或單車道自由流系統的對應車道上，或設置在多車道自由流系統中的至少一個自由流斷面上。
[0015]本申請的有益效果是:本申請的定位天線能夠利用其按照一定距離排布的至少三個接收天線接收來自OBU的微波信號，便於RSU對這些微波信號進行相應的處理後，利用相位差法計算OBU發送的微波信號所對應的方位角，根據該方位角即可計算OBU的定位信息，所用到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，有利於RSU準確判斷發送微波信號的OBU是否是處於本RSU天線覆蓋的車道區域內，如果在本RSU天線覆蓋的車道區域內則RSU與之通信，否則不與之通信，能夠RSU有效解決鄰道幹擾和跟車幹擾問題，避免ETC系統扣費錯誤，確保其正常運行，或者為其他各類DSRC應用系統提供定位信息，確保其對車輛進行準確的實時監控或管理。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1為本申請一種實施例的RSU中定位天線的布局示意圖；
[0017]圖2為本申請一種實施例的RSU結構框圖。
具體實施例
[0018]下面通過具體實施例結合附圖對本發明作進一步詳細說明。
[0019]在本申請實施例中，定位天線包括至少三個接收天線,用於接收同一 OBU發送的微波信號，同一定位天線中所有接收天線的等效相位中心之間存在一定距離，以滿足本申請採用的定位方法的使用條件，便於RSU利用該定位方法計算微波信號所對應的方位角，並根據該方位角計算OBU的定位信息。
[0020]實施例一:
[0021]本實施例基於RSU與OBU之間的信息交互實現了車輛定位。其中，RSU包括室外單元和室內單元，RSU室外單元具有收發天線，用於向OBU發送微波信號並接收來自OBU的微波信號，RSU室外單元通常安裝在道路上方或道路側部，RSU室內單元用於對RSU室外單元進行控制並對RSU室外單元接收和發送的信息進行處理；0BU也具有天線，用於向RSU發送微波信號並接收來自RSU的微波信號，OBU通常安裝在車輛內，例如固定在車輛的前擋風玻璃上。[0022]如圖1和圖2所示，本實施例的定位天線11設置在RSU室外單元，包括至少三個接收天線，這些接收天線都排布在同一直線上，接收天線排布在同一直線上是指這些接收天線的等效相位中心位於同一直線上，各個接收天線的等效相位中心之間存在一定距離，其中至少一個距離d12〈A，至少一個距離d13>NA，λ為微波信號的波長，NS I。
[0023]例如本實施例選取定位天線11中三個接收天線1、接收天線2和接收天線3形成一個天線組，這三個接收天線依次排列，接收天線2位於接收天線I和接收天線3之間,或者三各接收天線還可按照其他順序排列，接收天線I與接收天線2之間的距離d12〈 λ，接收天線I與接收天線3之間的距離(113>Νλ。
[0024]每個接收天線都對應於一個信號接收通路，其包括一個信號接收機12和一個鑑相模塊13，信號接收機12用於對接收天線接收的信號進行預處理後輸入相應的鑑相模塊13，鑑相模塊13用於獲取各接收天線接收的微波信號對應的數位化相位信息，並將其輸入數字處理模塊14進行處理。信號接收機12、鑑相模塊13和數字處理模塊14都設置在RSU的室內單元。
[0025]例如對於接收天線11，其接收來自OBU的微波信號後，輸入到對應的信號接收機12的輸入口，此時各信號接收機12的射頻開關21連到天線口上，能夠將微波信號輸入低噪聲放大單元22進行低噪聲放大，放大後的信號輸入混頻器23與本振28 (各信號接收機採用同一本振28，該本振28提供的本振信號輸入所有信號接收機中的混頻器23輸入口，輸入功率和相位一致)混頻變成一個中頻信號，中頻信號經過一次中放模塊24進行第一次放大後進入濾波器25進行中頻濾波，濾掉幹擾信號，再進入二次中放模塊26進行第二次放大，最後將中頻信號輸入鑑相模塊13，為確保輸出的中頻信號幅度穩定，還增加自動增益控制模塊27進行控制。鑑相模塊13利用A/D轉換模塊31對中頻模擬信號轉換成數位訊號後輸入現場可編程門陣列(FPGA:Field 一 Programmable Gate Array)模塊32, FPGA模塊32從數位訊號中採集接收天線I所接收的微波信號對應的數位化相位信息，最後輸入數字處理模塊14進行處理。
[0026]數字處理模塊14是RSU實現定位功能的核心計算模塊，用於根據鑑相模塊14得到的數位化相位信息，通過比較算法進行相位比較後獲取接收天線2相對於接收天線I的相位差的以及接收天線3相對於接收天線I的相位差外，，以及根據獲取的相位差識12和爐13、結合距離J1和d13，計算出微波信號的方位角Θ，即微波信號與天線陣列法線之間的夾角。最後根據方位角Θ計算OBU的定位信息，具體地，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域的具體坐標。
[0027]微波信號的方位角Θ的具體計算過程推導如下:
[0028]當OBU沿圖示方向向定位天線11發送一個微波信號時，微波信號的來波方向與天線陣列法線之間的夾角為Θ，即微波信號的方位角。微波信號分別到達三個接收天線時，由於微波信號與接收天線之間距離比較遠，屬於接收天線遠場區域，因此相當於微波信號平行到達各個接收天線，接收天線2接收的微波信號比接收天線I接收的微波信號的相位滯後釣2，即接收天線2相對於接收天線I的相位差為約2，接收天線3接收的微波信號比接收天線I接收的微波信號的相位滯後爐13，即接收天線3相對於接收天線I的相位差為爐13。
[0029]本實施例中，由於d12〈 λ，
【權利要求】
1.一種定位天線，其特徵在於，包括至少三個接收天線，所述接收天線的等效相位中心都在一條直線上，且各接收天線的等效相位中心之間存在距離，其中至少一個所述距離d12〈 λ ,至少一個所述距離(113>Νλ，λ為所述微波信號的波長，N^l0
2.如權利要求1所述的天線，其特徵在於:3< N < 10。
3.如權利要求1所述的天線，其特徵在於:所述接收天線的相位中心方向相同。
4.如權利要求1所述的天線，其特徵在於:所述接收天線採用相同類型的天線或者天線陣列。
5.如權利要求1所述的天線，其特徵在於:所述接收天線的極化方式是線極化、圓極化或橢圓極化的一種或多種。
6.一種定位天線組件，其特徵在於，包括至少兩組如權利要求1至6中任一項所述的定位天線，分別為第一定位天線和第二定位天線，所述第一定位天線中接收天線的排布方向垂直於所述第二定位天線中接收天線的排布方向。
7.一種路側單元，其特徵在於，包括權利要求1至6中任一項所述的定位天線。
8.一種專用短程通信應用系統，其特徵在於，包括權利要求7所述的路側單元。
9.如權利要求8所述的系統，其特徵在於，所述專用短程通信應用系統為單車道帶欄杆機電子不停車收費系統、單車道帶欄杆機電子不停車收費系統、單車道自由流系統或多車道自由流系統，所述定位天線設置在所述單車道帶欄杆機電子不停車收費系統、單車道帶欄杆機電子不停車收費系統或單車道自由流系統的對應車道上，或設置在多車道自由流系統中的至少一個自由流斷面上。`
10.如權利要求8所述的系統，其特徵在於，所述專用短程通信應用系統包括車輛檢測系統、車輛測速系統、車型識別系統、圖像識別系統、圖像抓拍系統中的至少一個。
【文檔編號】G01S5/02GK103514636SQ201210198999
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2012年6月15日 優先權日:2012年6月15日
【發明者】李興銳, 楊成, 徐根華 申請人:深圳市金溢科技有限公司