定位天線、定位天線組件、路側(cè)單元和dsrc應(yīng)用系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本申請(qǐng)公開了一種定位天線、定位天線組件、路側(cè)單元和DSRC應(yīng)用系統(tǒng)，定位天線包括至少三個(gè)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(gè)所述距離d12<λ，至少一個(gè)所述距離d13>Nλ。本申請(qǐng)的定位天線能夠利用其按照一定距離排布的至少三個(gè)接收天線接收來自O(shè)BU的微波信號(hào)，便于RSU對(duì)這些微波信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的處理后，利用相位差法計(jì)算OBU發(fā)送的微波信號(hào)所對(duì)應(yīng)的方位角，根據(jù)該方位角即可計(jì)算OBU的精確的定位信息，用來判斷OBU是否位于本RSU的天線覆蓋區(qū)域內(nèi)，從而有效解決鄰道干擾和跟車干擾問題。
【專利說明】定位天線、定位天線組件、路側(cè)單元和DSRC應(yīng)用系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請(qǐng)涉及智能交通(ITS!Intelligent Transportation System)領(lǐng)域,尤其涉及一種定位天線、定位天線組件、路側(cè)單元和專用短程通信技術(shù)(DSRC dedicated ShortRange Communication)應(yīng)用系統(tǒng)
【背景技術(shù)】
[0002]在電子不停車收費(fèi)(ETC Electronic Toll Collection)系統(tǒng)，設(shè)置在道路上的路側(cè)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(shù)進(jìn)行信息交互的過程中，RSU應(yīng)當(dāng)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(fèi)的準(zhǔn)確性和可靠性。然而有時(shí)候，RSU并不能確定和識(shí)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(yīng)答信號(hào)的OBU進(jìn)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(hào)而錯(cuò)誤地向RSU發(fā)出了應(yīng)答信號(hào)，就會(huì)繼續(xù)與該RSU進(jìn)行通信。當(dāng)RSU同時(shí)與多個(gè)OBU進(jìn)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(dǎo)致扣費(fèi)錯(cuò)誤，例如對(duì)有些車輛重復(fù)扣費(fèi)，而對(duì)有些車輛沒有計(jì)費(fèi)，因此影響了 ETC系統(tǒng)的正常運(yùn)行。尤其是當(dāng)ETC系統(tǒng)應(yīng)用在多車道自由流(MLFFiMultilane free flow)模式下時(shí)，由于道路不分隔車道和設(shè)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(gè)RSU通信或同一個(gè)RSU與多個(gè)OBU通信的情形。
[0003]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(shù)，確保RSU僅對(duì)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(fèi)。一種現(xiàn)有的應(yīng)用于ETC系統(tǒng)的車輛定位技術(shù)如申請(qǐng)日為2010年12月27日、申請(qǐng)?zhí)枮?01010608098.0、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(shè)置多個(gè)位置不同的接收天線，分別用于接收OBU發(fā)送的微波信號(hào)，并通過比較不同接收天線所接收的微波信號(hào)的場(chǎng)強(qiáng)強(qiáng)度大小、結(jié)合不同接收天線的位置對(duì)OBU進(jìn)行定位，該方法容易受到信號(hào)反射和多徑衰落的影響，使到接收到的微波信號(hào)的場(chǎng)強(qiáng)波動(dòng)變化較大，容易造成定位錯(cuò)誤，因此定位精度相對(duì)較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N提高定位精度的定位天線、定位天線組件、路側(cè)單元和DSRC應(yīng)用系統(tǒng)。
[0005]根據(jù)本申請(qǐng)的第一方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N定位天線，包括至少三個(gè)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(gè)所述距離d12〈A，至少一個(gè)所述距離d13>NA，λ為所述微波信號(hào)的波長(zhǎng)，N > I。
[0006]一種實(shí)施例中，3≤N≤10。
[0007]一種實(shí)施例中，所述接收天線的相位中心方向相同。[0008]一種實(shí)施例中，所述接收天線采用相同類型的天線或者天線陣列。
[0009]一種實(shí)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(shí)施例中，所述接收天線的天線方向圖的中心方向正對(duì)道路的來車方向。
[0011]根據(jù)本申請(qǐng)的第二方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N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于所述第二定位天線中接收天線的排布方向。
[0012]根據(jù)本申請(qǐng)的第三方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环NRSU，包括以上所述的定位天線。
[0013]根據(jù)本申請(qǐng)的第四方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环NDSRC應(yīng)用系統(tǒng)，包括以上所述的RSU。
[0014]一種實(shí)施例中，所述專用短程通信應(yīng)用系統(tǒng)為單車道帶欄桿機(jī)ETC系統(tǒng)、單車道帶欄桿機(jī)ETC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(shè)置在所述單車道帶欄桿機(jī)ETC系統(tǒng)、單車道帶欄桿機(jī)ETC系統(tǒng)或單車道自由流系統(tǒng)的對(duì)應(yīng)車道上，或設(shè)置在多車道自由流系統(tǒng)中的至少一個(gè)自由流斷面上。
[0015]本申請(qǐng)的有益效果是:本申請(qǐng)的定位天線能夠利用其按照一定距離排布的至少三個(gè)接收天線接收來自O(shè)BU的微波信號(hào)，便于RSU對(duì)這些微波信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的處理后，利用相位差法計(jì)算OBU發(fā)送的微波信號(hào)所對(duì)應(yīng)的方位角，根據(jù)該方位角即可計(jì)算OBU的定位信息，所用到的定位方法不易受到信號(hào)反射和多徑衰落的影響，精度較高，有利于RSU準(zhǔn)確判斷發(fā)送微波信號(hào)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RSU有效解決鄰道干擾和跟車干擾問題，避免ETC系統(tǒng)扣費(fèi)錯(cuò)誤，確保其正常運(yùn)行，或者為其他各類DSRC應(yīng)用系統(tǒng)提供定位信息，確保其對(duì)車輛進(jìn)行準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)監(jiān)控或管理。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本申請(qǐng)一種實(shí)施例的RSU中定位天線的布局示意圖；
[0017]圖2為本申請(qǐng)一種實(shí)施例的RSU結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施例
[0018]下面通過具體實(shí)施例結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0019]在本申請(qǐng)實(shí)施例中，定位天線包括至少三個(gè)接收天線,用于接收同一 OBU發(fā)送的微波信號(hào)，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(qǐng)采用的定位方法的使用條件，便于RSU利用該定位方法計(jì)算微波信號(hào)所對(duì)應(yīng)的方位角，并根據(jù)該方位角計(jì)算OBU的定位信息。
[0020]實(shí)施例一:
[0021]本實(shí)施例基于RSU與OBU之間的信息交互實(shí)現(xiàn)了車輛定位。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(hào)并接收來自O(shè)BU的微波信號(hào)，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(duì)RSU室外單元進(jìn)行控制并對(duì)RSU室外單元接收和發(fā)送的信息進(jìn)行處理；0BU也具有天線，用于向RSU發(fā)送微波信號(hào)并接收來自RSU的微波信號(hào)，OBU通常安裝在車輛內(nèi)，例如固定在車輛的前擋風(fēng)玻璃上。[0022]如圖1和圖2所示，本實(shí)施例的定位天線11設(shè)置在RSU室外單元，包括至少三個(gè)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于同一直線上，各個(gè)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(gè)距離d12〈A，至少一個(gè)距離d13>NA，λ為微波信號(hào)的波長(zhǎng)，NS I。
[0023]例如本實(shí)施例選取定位天線11中三個(gè)接收天線1、接收天線2和接收天線3形成一個(gè)天線組，這三個(gè)接收天線依次排列，接收天線2位于接收天線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(gè)接收天線都對(duì)應(yīng)于一個(gè)信號(hào)接收通路，其包括一個(gè)信號(hào)接收機(jī)12和一個(gè)鑒相模塊13，信號(hào)接收機(jī)12用于對(duì)接收天線接收的信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理后輸入相應(yīng)的鑒相模塊13，鑒相模塊13用于獲取各接收天線接收的微波信號(hào)對(duì)應(yīng)的數(shù)字化相位信息，并將其輸入數(shù)字處理模塊14進(jìn)行處理。信號(hào)接收機(jī)12、鑒相模塊13和數(shù)字處理模塊14都設(shè)置在RSU的室內(nèi)單元。
[0025]例如對(duì)于接收天線11，其接收來自O(shè)BU的微波信號(hào)后，輸入到對(duì)應(yīng)的信號(hào)接收機(jī)12的輸入口，此時(shí)各信號(hào)接收機(jī)12的射頻開關(guān)21連到天線口上，能夠?qū)⑽⒉ㄐ盘?hào)輸入低噪聲放大單元22進(jìn)行低噪聲放大，放大后的信號(hào)輸入混頻器23與本振28 (各信號(hào)接收機(jī)采用同一本振28，該本振28提供的本振信號(hào)輸入所有信號(hào)接收機(jī)中的混頻器23輸入口，輸入功率和相位一致)混頻變成一個(gè)中頻信號(hào)，中頻信號(hào)經(jīng)過一次中放模塊24進(jìn)行第一次放大后進(jìn)入濾波器25進(jìn)行中頻濾波，濾掉干擾信號(hào)，再進(jìn)入二次中放模塊26進(jìn)行第二次放大，最后將中頻信號(hào)輸入鑒相模塊13，為確保輸出的中頻信號(hào)幅度穩(wěn)定，還增加自動(dòng)增益控制模塊27進(jìn)行控制。鑒相模塊13利用A/D轉(zhuǎn)換模塊31對(duì)中頻模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后輸入現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA:Field 一 Programmable Gate Array)模塊32, FPGA模塊32從數(shù)字信號(hào)中采集接收天線I所接收的微波信號(hào)對(duì)應(yīng)的數(shù)字化相位信息，最后輸入數(shù)字處理模塊14進(jìn)行處理。
[0026]數(shù)字處理模塊14是RSU實(shí)現(xiàn)定位功能的核心計(jì)算模塊，用于根據(jù)鑒相模塊14得到的數(shù)字化相位信息，通過比較算法進(jìn)行相位比較后獲取接收天線2相對(duì)于接收天線I的相位差的以及接收天線3相對(duì)于接收天線I的相位差外，，以及根據(jù)獲取的相位差識(shí)12和爐13、結(jié)合距離J1和d13，計(jì)算出微波信號(hào)的方位角Θ，即微波信號(hào)與天線陣列法線之間的夾角。最后根據(jù)方位角Θ計(jì)算OBU的定位信息，具體地，結(jié)合接收天線11的安裝高度和角度，計(jì)算出OBU在RSU天線垂直投影點(diǎn)前方覆蓋區(qū)域的具體坐標(biāo)。
[0027]微波信號(hào)的方位角Θ的具體計(jì)算過程推導(dǎo)如下:
[0028]當(dāng)OBU沿圖示方向向定位天線11發(fā)送一個(gè)微波信號(hào)時(shí)，微波信號(hào)的來波方向與天線陣列法線之間的夾角為Θ，即微波信號(hào)的方位角。微波信號(hào)分別到達(dá)三個(gè)接收天線時(shí)，由于微波信號(hào)與接收天線之間距離比較遠(yuǎn)，屬于接收天線遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)域，因此相當(dāng)于微波信號(hào)平行到達(dá)各個(gè)接收天線，接收天線2接收的微波信號(hào)比接收天線I接收的微波信號(hào)的相位滯后釣2，即接收天線2相對(duì)于接收天線I的相位差為約2，接收天線3接收的微波信號(hào)比接收天線I接收的微波信號(hào)的相位滯后爐13，即接收天線3相對(duì)于接收天線I的相位差為爐13。
[0029]本實(shí)施例中，由于d12〈 λ，
【權(quán)利要求】
1.一種定位天線，其特征在于，包括至少三個(gè)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(gè)所述距離d12〈 λ ,至少一個(gè)所述距離(113>Νλ，λ為所述微波信號(hào)的波長(zhǎng)，N^l0
2.如權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于:3< N < 10。
3.如權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于:所述接收天線的相位中心方向相同。
4.如權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于:所述接收天線采用相同類型的天線或者天線陣列。
5.如權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于: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，其特征在于，包括至少兩組如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)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于所述第二定位天線中接收天線的排布方向。
7.一種路側(cè)單元，其特征在于，包括權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的定位天線。
8.一種專用短程通信應(yīng)用系統(tǒng)，其特征在于，包括權(quán)利要求7所述的路側(cè)單元。
9.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述專用短程通信應(yīng)用系統(tǒng)為單車道帶欄桿機(jī)電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)、單車道帶欄桿機(jī)電子不停車收費(fèi)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(shè)置在所述單車道帶欄桿機(jī)電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)、單車道帶欄桿機(jī)電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)或單車道自由流系統(tǒng)的對(duì)應(yīng)車道上，或設(shè)置在多車道自由流系統(tǒng)中的至少一個(gè)自由流斷面上。`
10.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述專用短程通信應(yīng)用系統(tǒng)包括車輛檢測(cè)系統(tǒng)、車輛測(cè)速系統(tǒng)、車型識(shí)別系統(tǒng)、圖像識(shí)別系統(tǒng)、圖像抓拍系統(tǒng)中的至少一個(gè)。
【文檔編號(hào)】G01S5/02GK103514636SQ201210198999
【公開日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2012年6月15日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月15日
【發(fā)明者】李興銳, 楊成, 徐根華 申請(qǐng)人:深圳市金溢科技有限公司