專利名稱：Etc系統(tǒng)中車載單元的定位裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及智能交通領(lǐng)域，特別涉及ETC系統(tǒng)中車載單元的定位裝置和方法。
背景技術(shù)：
隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，城市車輛數(shù)量逐漸增多，道路交通量明顯增加，而高速公路收費站經(jīng)常會成為道路交通的堵點。目前，國內(nèi)采用的電子不停車收費系統(tǒng)(Electronic Toll Collection System，ETC系統(tǒng))能在一定程度上加快車輛通行速度，緩解交通壓力。 但該方案使用單車道通行，且設(shè)置車道欄桿，車輛的通行速度不高，由于仍然需要收費亭， 施工和占地成本較高。多車道自由流(Multi Lane Free Flow，簡稱MLFF)收費系統(tǒng)作為解決城市車輛擁堵的一種技術(shù)手段，已經(jīng)成功的在多個國家應(yīng)用。該系統(tǒng)采用開放式的收費匝道，不設(shè)置車道欄桿，不限制車道，不限制車輛通行速度，車輛可以在多條車道間自由行駛，其通行速度可以達(dá)到高速路的正常行車速度，這對于解決高速收費站擁堵更為有效，避免了出現(xiàn)以往收費站擁堵的情況。在MLFF系統(tǒng)中，要求對車載單元(On Board Unit,簡稱0BU)定位，配合車型識別和圖像抓拍系統(tǒng)，共同來完成車輛稽查和抓拍違規(guī)車輛車牌。目前，在MLFF系統(tǒng)中，普遍采用光學(xué)或毫米波雷達(dá)定位的方式，只能判斷車輛的位置，但無法感知OBU的精確位置?，F(xiàn)有技術(shù)中，通過分析多個接收天線接收到OBU信號功率的不同來計算OBU的位置信息，該方法受OBU發(fā)射天線方向性，以及受定位接收天線一致性和天線安裝角度的影響，定位誤差較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種ETC系統(tǒng)中車載單元的定位裝置和方法，能夠?qū)囕d單元進(jìn)行精確定位，并且不受車載單元發(fā)射天線方向性以及定位接收天線一致性的影響，同時降低了對定位裝置的調(diào)試及安裝要求。一種ETC系統(tǒng)中車載單元的定位裝置，包括至少兩個天線，用于分別接收車載單元發(fā)送的微波信號，并將接收的微波信號傳送給對應(yīng)連接的接收模塊；至少兩個接收模塊，其中每一個接收模塊對應(yīng)連接一個天線，根據(jù)與其對應(yīng)連接的天線接收的微波信號，確定所述車載單元的標(biāo)識以及對應(yīng)連接的天線接收到所述微波信號的起始時間，并將所述起始時間發(fā)送給數(shù)據(jù)處理模塊；數(shù)據(jù)處理模塊，和所有接收模塊連接，用于根據(jù)所有天線中的至少兩個天線接收到的微波信號的起始時間，以及該至少兩個天線的位置信息，確定所述車載單元的位置信肩、O一種ETC系統(tǒng)中車載單元的定位方法，包括
從至少兩個不同位置接收同一車載單元發(fā)送的微波信號；確定每個位置接收到所述微波信號的起始時間；根據(jù)至少兩個位置接收到所述微波信號的起始時間，及該至少兩個位置的位置信息，確定出該車載單元的位置信息。本發(fā)明實施例提供的ETC系統(tǒng)中車載單元的定位裝置，包括至少兩個天線、至少兩個接收模塊以及數(shù)據(jù)處理模塊，其中至少兩個天線能夠分別接收車載單元發(fā)送的微波信號，接收模塊能夠根據(jù)每一個天線接收的微波信號獲得微波信號的起始時間值，數(shù)據(jù)處理模塊能夠根據(jù)所有天線中至少兩個天線接收的微波信號的起始時間以及該至少兩個天線的位置信息，確定車載單元的位置。采用本發(fā)明實施例的定位裝置，能夠利用微波信號實現(xiàn)對車載單元的精確定位。


圖1為本發(fā)明實施例提供的定位裝置結(jié)構(gòu)圖；圖2為圖1中接收模塊12的結(jié)構(gòu)框圖；圖3為定位裝置的天線覆蓋區(qū)域圖；圖4為本發(fā)明實施例提供的ETC系統(tǒng)的車載單元的定位方法流程圖；圖5為本發(fā)明實施例中天線與車載單元的相對位置示意圖；圖6為本發(fā)明實施例提供的ETC系統(tǒng)接收模塊獲取起始時間的方法流程圖；圖7為本發(fā)明實施例提供的詳細(xì)的ETC系統(tǒng)的車載單元的定位方法流程圖。
具體實施例方式本發(fā)明提供一種ETC系統(tǒng)中車載單元的定位裝置和方法，能夠?qū)囕d單元進(jìn)行精確定位，并且不受車載單元發(fā)射天線方向性以及定位接收天線一致性的影響，同時降低了對定位裝置的調(diào)試及安裝要求。本發(fā)明提供一種ETC系統(tǒng)中車載單元的定位裝置，包括至少兩個天線，用于分別接收車載單元發(fā)送的微波信號，并將接收的微波信號傳送給對應(yīng)連接的接收模塊；至少兩個接收模塊，其中每一個接收模塊對應(yīng)連接一個天線，接收與其對應(yīng)連接的天線傳送的微波信號，并確定攜帶的車載單元標(biāo)識以及對應(yīng)連接的天線接收到所述微波信號的起始時間，并將所述起始時間發(fā)送給數(shù)據(jù)處理模塊；數(shù)據(jù)處理模塊，和所有所述接收模塊連接，用于根據(jù)獲得的至少兩個天線接收到微波信號的對應(yīng)起始時間，以及該至少兩個天線的位置信息，確定所述車載單元的位置信肩、ο所述裝置，還包括時間同步模塊，與每一個接收模塊連接，用于同步每個接收模塊的內(nèi)部時基子模塊，使每個所述接收模塊基于同一時基確定出與其對應(yīng)連接的天線接收到的所述微波信號的起始時間。所述接收模塊，具體包括微波接收子模塊，連接天線，對接收的微波信號進(jìn)行射頻放大和解調(diào)，得到對應(yīng)微波信號解調(diào)后的基帶信號；解碼子模塊，連接所述微波接收子模塊，用于將所述基帶信號進(jìn)行解碼，形成串行數(shù)據(jù)幀發(fā)送給幀頭判斷子模塊；并獲得微波信號中攜帶的車載單元的標(biāo)識，發(fā)送給數(shù)據(jù)傳送子模塊；幀頭判斷子模塊，連接所述解碼子模塊，用于判斷并記錄所述串行數(shù)據(jù)幀中起始標(biāo)志位出現(xiàn)的時刻，將所述起始標(biāo)志位出現(xiàn)的時刻作為對應(yīng)天線接收到所述微波信號的起始時間，并發(fā)送給所述數(shù)據(jù)傳送子模塊；時基子模塊，連接所述時間同步模塊和所述幀頭判斷子模塊，用于為所述幀頭判斷子模塊提供時基；數(shù)據(jù)傳送子模塊，一端連接所述解碼子模塊以及所述幀頭判斷子模塊，一端連接所述數(shù)據(jù)處理模塊，用于將所述車載單元的標(biāo)識以及所述起始時間傳送給所述數(shù)據(jù)處理模塊。微波接收解調(diào)子模塊，與所述天線連接，對接收的微波信號進(jìn)行射頻放大和解調(diào)， 得到對應(yīng)微波信號解調(diào)后基帶信號；解碼子模塊，連接所述微波接收解調(diào)子模塊，用于將解調(diào)后的所述基帶信號進(jìn)行解碼，形成串行數(shù)據(jù)幀發(fā)送給幀頭判斷子模塊；并獲得微波信號中攜帶的車載單元標(biāo)識，發(fā)送給數(shù)據(jù)傳送子模塊；幀頭判斷子模塊，連接所述解碼子模塊，用于判斷并記錄所述串行數(shù)據(jù)幀中起始標(biāo)志位出現(xiàn)的時刻，將所述起始標(biāo)志位出現(xiàn)的時刻作為對應(yīng)天線接收到所述微波信號的起始時間，并發(fā)送給所述數(shù)據(jù)傳送子模塊；時基子模塊，連接所述時間同步模塊和所述幀頭判斷子模塊，用于為所述幀頭判斷子模塊提供時基；數(shù)據(jù)傳送子模塊，一端連接所述解碼子模塊以及所述幀頭判斷子模塊，一端連接所述數(shù)據(jù)處理模塊，用于將所述車載單元標(biāo)識以及所述起始時間傳送給所述數(shù)據(jù)處理模塊。所述時間同步模塊與每個所述接收模塊中的時基子模塊連接，用于對所述接收模塊中的時基子模塊進(jìn)行校準(zhǔn)。所述數(shù)據(jù)處理模塊，具體用于根據(jù)至少兩個天線接收微波信號的起始時間得到的時間間隔，以及接收對應(yīng)微波信號的至少兩個天線與車載單元的距離；確定車載單元的位置信息。所述數(shù)據(jù)處理模塊，具體用于將獲得的多組位置天線的位置信息代入各位置與同一車載單元的距離關(guān)系的函數(shù)方程組；利用最小二乘法或牛頓迭代法求解方程組求解出接收微波信號的位置。本發(fā)明還提供一種ETC系統(tǒng)中車載單元的定位方法，包括從至少兩個不同位置接收同一車載單元發(fā)送的微波信號；確定每個位置接收到所述微波信號的起始時間；根據(jù)至少兩個位置接收到所述微波信號的起始時間，及該至少兩個位置的位置信息，確定出該車載單元的位置信息。所述確定每個位置接收到所述微波信號的起始時間，具體包括
對接收的微波信號進(jìn)行射頻放大和解調(diào)，得到解調(diào)后基帶信號；將解調(diào)后的所述基帶信號進(jìn)行解碼形成串行數(shù)據(jù)幀；獲得串行數(shù)據(jù)幀中起始標(biāo)志位出現(xiàn)的時刻，將所述起始標(biāo)志位出現(xiàn)的時刻作為對應(yīng)每個位置接收微波信號的起始時間。所述根據(jù)至少兩個位置接收到所述微波信號的起始時間，及該至少兩個位置的位置信息，確定出該車載單元的位置信息，具體為根據(jù)至少兩個位置接收的微波信號的起始時間，得到所述至少兩個位置接收天線接收所述微波信號的起始時間差，以及通過該至少兩個位置的位置信息，獲得所述該至少兩個位置與同一車載單元的距離，確定出車載單元的位置信息。所述通過該至少兩個位置的位置信息，獲得所述該至少兩個位置與同一車載單元的距離，確定出車載單元的位置信息，具體為將獲得的多組位置的位置信息代入各位置與同一車載單元的距離關(guān)系的函數(shù)方程組；利用最小二乘法或牛頓迭代法求解方程組求解出接收微波信號的位置。下面結(jié)合具體實施方式
及附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。如圖1所示，為本發(fā)明實施例提供的定位裝置結(jié)構(gòu)圖，該裝置具體包括N個天線11，用于分別接收車載單元發(fā)送的微波信號，并將接收的所述微波信號傳送給對應(yīng)連接的接收模塊12 ；N個接收模塊12，其中每一個接收模塊12對應(yīng)連接一個天線11 ；并接收與其對應(yīng)連接的天線11傳送的微波信號并確定攜帶的車載單元標(biāo)識，以及對應(yīng)連接的天線11接收到所述微波信號的起始時間，并將所述起始時間發(fā)送給數(shù)據(jù)處理模塊13 ；數(shù)據(jù)處理模塊13，和所有接收模塊12連接，用于根據(jù)獲得的至少兩個天線接收到微波信號的對應(yīng)起始時間，以及該至少兩個天線的位置信息，確定所述車載單元的位置信息；時間同步模塊14，與每一個接收模塊12連接，用于同步每個接收模塊12的內(nèi)部時基子模塊，使每個接收模塊12基于同一時基確定出對應(yīng)連接的天線接收到所述微波信號的起始時間。如圖2所示，為本發(fā)明中接收模塊的結(jié)構(gòu)框圖，接收模塊具體包括微波接收解調(diào)子模塊21，與天線11 (見圖1所示)連接，用于接收天線11接收的微波信號，對該微波信號進(jìn)行射頻放大和解調(diào)，得到對應(yīng)微波信號解調(diào)后基帶信號；解碼子模塊22，連接微波接收解調(diào)子模塊21，用于將解調(diào)后的所述基帶信號進(jìn)行解碼并形成串行數(shù)據(jù)幀發(fā)送給幀頭判斷子模塊23，獲得微波信號中攜帶的車載單元標(biāo)識， 并發(fā)送給數(shù)據(jù)傳送子模塊25 ；幀頭判斷子模塊23，連接解碼子模塊22，用于判斷并記錄出所述串行數(shù)據(jù)幀中起始標(biāo)志位出現(xiàn)的時刻；時基子模塊M，連接所述幀頭判斷子模塊23，用于為幀頭判斷子模塊23提供時間基準(zhǔn)。數(shù)據(jù)傳送子模塊25，一端連接解碼子模塊22以及幀頭判斷子模塊對，一端連接數(shù)據(jù)處理模塊13，用于將所述車載單元標(biāo)識以及所述起始標(biāo)志位出現(xiàn)的時刻傳送給數(shù)據(jù)處理模塊13。如圖3所示，在車道上方的龍門架上安裝多個天線(具體數(shù)量可根據(jù)車道數(shù)和定位精度要求來確定)，每個天線主瓣覆蓋一定區(qū)域，在車道橫向形成一個條帶并覆蓋整個車道。當(dāng)OBU進(jìn)入天線覆蓋區(qū)域，OBU所發(fā)射的微波信號同時被多個天線接收。由于OBU與各個天線的直線距離不同，每個天線接收到OBU信號的時間也有先后，接收天線將接收到的OBU信號直接送給接收模塊。本發(fā)明實施例還提供一種ETC系統(tǒng)中車載單元的定位方法，如圖4所示，包括S41 從至少兩個不同位置接收同一車載單元發(fā)送的微波信號；S42 確定每個位置接收到所述微波信號的起始時間；較佳的，如圖6所示，為步驟S42的具體方法，包括S61 對接收的微波信號進(jìn)行射頻放大和解調(diào)，得到解調(diào)后基帶信號；S62 將解調(diào)后的所述基帶信號進(jìn)行解碼形成串行數(shù)據(jù)幀；S63:獲得串行數(shù)據(jù)幀中起始標(biāo)志位出現(xiàn)的時刻，將所述起始標(biāo)志位出現(xiàn)的時刻作為對應(yīng)每個位置天線接收微波信號的起始時間。通過上述步驟，將得到的接收微波信號的起始時間發(fā)送給數(shù)據(jù)處理模塊。S43:根據(jù)至少兩個位置接收到所述微波信號的起始時間，及該至少兩個位置的位置信息，確定出該車載單元的位置信息。較佳地，接收的微波信號還攜帶車載單元標(biāo)識，則在步驟S43中，所述數(shù)據(jù)處理模塊根據(jù)接收到的所有位置中至少兩個位置接收的微波信號的起始時間及該至少兩個天線的位置的位置信息，確定該車載單元標(biāo)識對應(yīng)的車載單元的位置信息。當(dāng)該接收微波信號的位置在車道的橫向方向間隔設(shè)定的距離d均勻分布時，根據(jù)至少兩個位置接收微波信號的起始時間和該至少兩個位置的位置信息，確定車載單元的位置信息。具體為采用N個接收單元，以1號天線為原點建立直角坐標(biāo)系，接收單元均勻分布在χ軸上，車載單元OBU的坐標(biāo)為(X，y)，各天線間距離為d。由圖5可以推導(dǎo)出以下結(jié)果第N個天線位置到車載單元OBU的距離
權(quán)利要求
1.一種ETC系統(tǒng)中車載單元的定位裝置，其特征在于，包括至少兩個天線，用于分別接收車載單元發(fā)送的微波信號，并將接收的微波信號傳送給對應(yīng)連接的接收模塊；至少兩個接收模塊，其中每一個接收模塊對應(yīng)連接一個天線，根據(jù)與其對應(yīng)連接的天線接收的微波信號，確定所述車載單元的標(biāo)識以及對應(yīng)連接的天線接收到所述微波信號的起始時間，并將所述起始時間發(fā)送給數(shù)據(jù)處理模塊；數(shù)據(jù)處理模塊，和所有接收模塊連接，用于根據(jù)所有天線中的至少兩個天線接收到的微波信號的起始時間，以及該至少兩個天線的位置信息，確定所述車載單元的位置信息。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括時間同步模塊，與每一個接收模塊連接，用于同步每個接收模塊的內(nèi)部時基子模塊，使每個接收模塊基于同一時基確定出與其對應(yīng)連接的天線接收到的微波信號的起始時間。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述接收模塊，具體包括微波接收子模塊，連接天線，對接收的微波信號進(jìn)行射頻放大和解調(diào)，得到對應(yīng)微波信號解調(diào)后的基帶信號；解碼子模塊，連接所述微波接收子模塊，用于將所述基帶信號進(jìn)行解碼，形成串行數(shù)據(jù)幀發(fā)送給幀頭判斷子模塊；并獲得微波信號中攜帶的車載單元的標(biāo)識，發(fā)送給數(shù)據(jù)傳送子模塊；幀頭判斷子模塊，連接所述解碼子模塊，用于判斷并記錄所述串行數(shù)據(jù)幀中起始標(biāo)志位出現(xiàn)的時刻，將所述起始標(biāo)志位出現(xiàn)的時刻作為對應(yīng)天線接收到所述微波信號的起始時間，并發(fā)送給所述數(shù)據(jù)傳送子模塊；時基子模塊，連接所述時間同步模塊和所述幀頭判斷子模塊，用于為所述幀頭判斷子模塊提供時基；數(shù)據(jù)傳送子模塊，一端連接所述解碼子模塊以及所述幀頭判斷子模塊，一端連接所述數(shù)據(jù)處理模塊，用于將所述車載單元的標(biāo)識以及所述起始時間傳送給所述數(shù)據(jù)處理模塊。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述時間同步模塊與每個所述接收模塊中的時基子模塊連接，用于對所述接收模塊中的時基子模塊進(jìn)行校準(zhǔn)。
5.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理模塊，具體用于根據(jù)至少兩個天線接收微波信號的起始時間得到的時間間隔，以及接收對應(yīng)微波信號的至少兩個天線與車載單元的距離；確定車載單元的位置信息。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理模塊，具體用于將獲得的多組位置天線的位置信息代入各位置與同一車載單元的距離關(guān)系的函數(shù)方程組；利用最小二乘法或牛頓迭代法求解方程組求解出接收微波信號的位置。
7.—種ETC系統(tǒng)中車載單元的定位方法，其特征在于，包括從至少兩個不同位置接收同一車載單元發(fā)送的微波信號；確定每個位置接收到所述微波信號的起始時間；根據(jù)至少兩個位置接收到所述微波信號的起始時間，及該至少兩個位置的位置信息， 確定出該車載單元的位置信息。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述確定每個位置接收到所述微波信號的起始時間，具體包括對接收的微波信號進(jìn)行射頻放大和解調(diào)，得到解調(diào)后基帶信號； 將解調(diào)后的所述基帶信號進(jìn)行解碼形成串行數(shù)據(jù)幀；獲得串行數(shù)據(jù)幀中起始標(biāo)志位出現(xiàn)的時刻，將所述起始標(biāo)志位出現(xiàn)的時刻作為對應(yīng)每個位置接收微波信號的起始時間。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)至少兩個位置接收到所述微波信號的起始時間，及該至少兩個位置的位置信息，確定出該車載單元的位置信息，具體為根據(jù)至少兩個位置接收的微波信號的起始時間，得到所述至少兩個位置接收天線接收所述微波信號的起始時間差，以及通過該至少兩個位置的位置信息，獲得所述該至少兩個位置與同一車載單元的距離，確定出車載單元的位置信息。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述通過該至少兩個位置的位置信息，獲得所述該至少兩個位置與同一車載單元的距離，確定出車載單元的位置信息，具體為將獲得的多組位置的位置信息代入各位置與同一車載單元的距離關(guān)系的函數(shù)方程組；利用最小二乘法或牛頓迭代法求解方程組求解出接收微波信號的位置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種ETC系統(tǒng)中車載單元的定位裝置和方法，該方法，包括由至少兩個不同位置的天線接收同一車載單元發(fā)送的微波信號；確定所述至少兩個不同位置的天線接收到所述微波信號的起始時間；根據(jù)至少兩個不同位置的天線接收到微波信號的對應(yīng)起始時間，及所述至少兩個不同位置天線的位置信息，確定出該車載單元的位置信息。本發(fā)明提供的定位方法和裝置，能使定位精度不受車載單元發(fā)射天線性能的影響，不受定位接收天線一致性的影響，大大提高了定位精度，降低了對定位裝置的調(diào)試、安裝要求。
文檔編號G01S5/02GK102565758SQ20111040987
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月9日
發(fā)明者裴世兵, 黃先樓 申請人:北京握奇數(shù)據(jù)系統(tǒng)有限公司