專利名稱：比相無(wú)線定位天線及其系統(tǒng)、使用比相無(wú)線定位的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及智能交通系統(tǒng)中的專用短程通信技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種用于專用短程通信(Dedicated Short Range Communication, DSRC)設(shè)備中的比相無(wú)線定位天線及其系統(tǒng)、使用比相無(wú)線定位的方法。
背景技術(shù)：
DSRC是道路電子化方面的首選手段和基礎(chǔ)性技術(shù)，其通過(guò)特定的車載設(shè)備(On-Board Units, 0BU)與路邊設(shè)備(Road-side Units, RSU)之間的無(wú)線通信來(lái)實(shí)現(xiàn)車-路、車-車之間的信息交互，并可結(jié)合計(jì)算機(jī)信息技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)電子不停車收費(fèi)(ETC)、車輛自動(dòng)辨識(shí)(AVI)、運(yùn)輸車輛電子自動(dòng)管理、海關(guān)智能通關(guān)、車輛安全駕駛誘導(dǎo)、交通信息廣播等智能交通(ITS)子系統(tǒng)。隨著智能交通系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用和迅猛發(fā)展，DSRC設(shè)備需要具有更多更強(qiáng)的功能，來(lái)應(yīng)對(duì)日益復(fù)雜的交通環(huán)境。由于車輛在道路上的行駛情況復(fù)雜多變，判斷車輛在車道上所處位置的需求十分迫切，這就需要智能交通系統(tǒng)中的DSRC設(shè)備要具有對(duì)車輛定位的功能。天線技術(shù)是定位技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)之一，關(guān)系到定位系統(tǒng)的定位精度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種比相無(wú)線定位天線，所述比相無(wú)線定位天線包括用于接收目標(biāo)發(fā)出的無(wú)線電波信號(hào)的接收天線，所述接收天線至少三個(gè)，排列在一條直線上；各個(gè)接收天線的等效相位中心之間存在特定距離，且所述特定距離之間存在距離差值，至少一個(gè)所述距離差值小于工作頻率的空間波長(zhǎng)的一半。本發(fā)明還提供一種使用所述的比相無(wú)線定位天線組成的二維比相定位系統(tǒng)，所述系統(tǒng)至少包括兩組比相無(wú)線定位天線，其中一組比相定位天線用于確定目標(biāo)的方位角，一組比相定位天線用于確定目標(biāo)的俯仰角。本發(fā)明還提供一種使用所述的比相無(wú)線定位天線來(lái)進(jìn)行定位的方法，所述方法包括:使用所述多個(gè)接收天線接收目標(biāo)發(fā)出的無(wú)線電波信號(hào)；以及通過(guò)使用所述多個(gè)接收天線接收的無(wú)線電波信號(hào)的相位差之間的差值以及所述至少一個(gè)距離差值來(lái)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行定位。本發(fā)明的有益效果是:通過(guò)調(diào)整DSRC設(shè)備中的比相無(wú)線定位天線各個(gè)接收天線等效相位中心之間的特定距離的距離差值，可以避免相位模糊，提高定位精度。另一方面，設(shè)置其特定距離大于工作頻率的空間波長(zhǎng)的一半，可以使各個(gè)接收天線之間具有較高的隔離度，避免或者降低了互耦，提供了足夠空間使接收天線可以選取更多的天線形式(諸如，高增益天線)，從而有效抑制部分空域干擾信號(hào)，滿足對(duì)車道上行駛的車輛實(shí)現(xiàn)精確定位的需求。


通過(guò)下面結(jié)合附圖進(jìn)行的詳細(xì)描述，本發(fā)明的目的和特點(diǎn)將會(huì)變得更加清楚，其中:圖1是本發(fā)明實(shí)施例的比相無(wú)線定位天線的示意圖。
具體實(shí)施例方式下面，通過(guò)參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，其示例在附圖中表示，其中，相同的標(biāo)號(hào)始終表示相同的部件。如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例的比相無(wú)線定位天線應(yīng)用于一維比相定位系統(tǒng)包括排列在一條直線上的用于接收需定位的目標(biāo)發(fā)出的無(wú)線電波信號(hào)的接收天線110、接收天線120和接收天線130，并且接收天線110、接收天線120與接收天線130三者的等效相位中心之間的特定距離均大于工作頻率的空間波長(zhǎng)λ的一半，所述工作頻率是需定位的目標(biāo)發(fā)出的無(wú)線電波信號(hào)的頻率，所述的特定距離是具體方案中設(shè)置的實(shí)際距離。在本實(shí)施例中體現(xiàn)為:接收天線110與接收天線120的等效相位中心之間的距離，定為D，接收天線120與接收天線130的等效相位中心之間的距離是D+Δ d,接收天線110與接收天線130的等效相位中心之間的距離是2D+Ad，需定位的目標(biāo)發(fā)出的無(wú)線電波信號(hào)的方位角是Θ?？赏ㄟ^(guò)如下等式⑴來(lái)計(jì)算接收天線110收到的無(wú)線電波信號(hào)的相位與接收天線120收到的無(wú)線電波信號(hào)的相位差:Λρ12 = DXcos θ Χ360° /λ(I)此外，可通過(guò)如下等式(2)來(lái)計(jì)算接收天線120收到的無(wú)線電波信號(hào)的相位與接收天線130收到的無(wú)線電波信號(hào)的相位差:Δ p23 = (D+ Δ d) X cos θ X 360° /λ (2)由此可見(jiàn)，Λρ23= Apl2+AdXcos θ Χ360。/ λ，其中，Λ dX cos θ X 360。/λ是接收天線110、120的無(wú)線電波信號(hào)的相位差與接收天線120、130的無(wú)線電波信號(hào)的相位差之間的差值。在接收天線120和接收天線130之間假設(shè)存在一個(gè)虛擬接收天線140，該虛擬接收天線140位于接收天線120和接收天線130之間，并且與接收天線120的等效相位中心之間的距離是D。因此，可通過(guò)如下等式(3)來(lái)計(jì)算虛擬接收天線140接收到的無(wú)線電波信號(hào)的相位與接收天線130接收到的無(wú)線電波信號(hào)的相位的相位差:Δ ρχ = Δ dX cos θ X 360° /λ (3)其中，Λρχ可通過(guò)比較接收天線110、120和130接收的無(wú)線電波信號(hào)的相位而得至IJ，Ad和λ是已知量，從而可以獲得目標(biāo)的方位角Θ。因此，問(wèn)題便轉(zhuǎn)換成通過(guò)虛擬接收天線140和接收天線130來(lái)檢測(cè)需定位的目標(biāo)。與現(xiàn)有技術(shù)中使用兩個(gè)接收天線來(lái)檢測(cè)需定位的目標(biāo)相同，如果虛擬接收天線140與接收天線130的等效相位中心之間的距離
λ/2，就會(huì)出現(xiàn)相位模糊現(xiàn)象。因此，只要滿足虛擬接收天線140與接收天線130的等效相位中心之間的距離Ad < λ/2，就能避免相位模糊現(xiàn)象，準(zhǔn)確判斷出需定位的目標(biāo)發(fā)出的無(wú)線電波信號(hào)的方位角Θ。綜上所述，根據(jù)本發(fā) 明實(shí)施例的比相無(wú)線定位天線的各個(gè)接收天線的等效相位中心之間的距離不會(huì)被限制為小于工作頻率的空間波長(zhǎng)的一半，但需要滿足的條件是Ad< λ /2，即，接收天線120與接收天線130的等效相位中心之間的距離和接收天線110與接收天線120的等效相位中心之間距離的距離差值小于工作頻率的空間波長(zhǎng)的一半，以避免出現(xiàn)相位模糊現(xiàn)象。當(dāng)需定位的目標(biāo)發(fā)出無(wú)線電波信號(hào)時(shí)，通過(guò)接收天線110、接收天線120和接收天線130接收所述無(wú)線電波信號(hào)，其中，接收天線110接收到的該無(wú)線電波信號(hào)的相位與接收天線120接收到的該無(wú)線電波信號(hào)的相位之間存在相位差，接收天線120接收到的該無(wú)線電波信號(hào)的相位與接收天線130接收到的該無(wú)線電波信號(hào)的相位之間存在相位差，可使用相位差之間的差值和已知的△ d通過(guò)本領(lǐng)域常用的相位比較測(cè)向法來(lái)獲得該目標(biāo)的方位。更具體地說(shuō)，上述實(shí)施例中的工作頻率可以是5.8GHz，對(duì)應(yīng)的空間波長(zhǎng)是51.72mm，接收天線110、接收天線120和接收天線130都采用相同的增益大于12dBi的圓極化喇機(jī)天線，接收天線110與接收天線120的等效相位中心之間的距離D為160mm,接收天線120與接收天線130的等效相位中心之間的距離D+Ad為180mm，其中，Λ d為20mm。可以看出，各接收天線的等效相位中心之間的距離都在三個(gè)空間波長(zhǎng)以上，因而接收天線之間的隔離度很高(大于40dB);此外，由于采用了增益較高的喇叭天線作為接收天線，所以接收天線的方向性較強(qiáng)，對(duì)天線正方向±30°以外的干擾信號(hào)有很好的抑制。在該實(shí)施例中，比相無(wú)線定位天線與現(xiàn)有技術(shù)中的比相無(wú)線定位天線相比，定位精度提高了一倍。應(yīng)該理解，本發(fā)明不限于上述實(shí)施例。也就是說(shuō)，根據(jù)本發(fā)明的比相無(wú)線定位天線的接收天線的數(shù)量可以是至少三個(gè)，并且各個(gè)接收天線的等效相位中心之間的距離可以是任意值。在各個(gè)接收天線的等效相位中心之間的距離的各個(gè)距離差值中，需要滿足的條件是:存在小于工作頻率的空間波長(zhǎng)的一半的至少一個(gè)距離差值。在對(duì)需定位的目標(biāo)進(jìn)行定位時(shí)，可通過(guò)使用多個(gè)接收天線接收的無(wú)線電波信號(hào)的相位差之間的差值以及小于工作頻率的空間波長(zhǎng)的一半的距離差值來(lái)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行定位。另外，接收天線可以采用喇叭天線、螺旋天線、振子天線、平面PCB天線等任何合適的天線,還可以是由上述天線中的至少一種組成的天線陣列，接收天線的極化方式可以是線極化、圓極化和/或橢圓極化等任何合適的極化方式，并且還可以是包括上述極化方式中的至少兩種的變極化天線。根據(jù)本發(fā)明的比相無(wú)線定位天線還可以應(yīng)用在多維比相定位系統(tǒng)中。如在二維比相定位系統(tǒng)中，可使用兩組一維比相定位天線來(lái)構(gòu)成二維比相定位系統(tǒng)，其中一套比相定位天線用于確定目標(biāo)的方位角， 另一套用于確定目標(biāo)的俯仰角，并通過(guò)目標(biāo)的方位角和俯仰角來(lái)確定目標(biāo)的空間方位。此外，根據(jù)本發(fā)明的比相無(wú)線定位天線并不局限于用于DSRC設(shè)備，還可應(yīng)用于其它任何合適的設(shè)備，例如雷達(dá)等。雖然已經(jīng)參照特定實(shí)施例示出和描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，在不脫離范圍由權(quán)利要求及其等同物限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下可做出形式和細(xì)節(jié)上的各種改變。
權(quán)利要求
1.一種比相無(wú)線定位天線，所述比相無(wú)線定位天線包括用于接收目標(biāo)發(fā)出的無(wú)線電波信號(hào)的接收天線，其特征在于， 所述接收天線至少三個(gè)，排列在一條直線上；各個(gè)接收天線的等效相位中心之間存在特定距離，且各個(gè)所述特定距離之間存在距離差值，至少一個(gè)所述距離差值小于工作頻率對(duì)應(yīng)的空間波長(zhǎng)的一半。
2.如權(quán)利要求1所述的比相無(wú)線定位天線，其特征在于，所述的各個(gè)接收天線的等效相位中心之間至少一個(gè)特定距離大于工作頻率對(duì)應(yīng)的空間波長(zhǎng)的一半。
3.如權(quán)利要求2所述的比相無(wú)線定位天線,其特征在于,所述的各個(gè)接收天線的等效相位中心之間特定距離均大于工作頻率的空間波長(zhǎng)的一半。
4.如權(quán)利要求1所述的比相無(wú)線定位天線，其特征在于，所述的接收天線是喇ΠΛ天線、螺旋天線、振子天線或平面PCB天線中的一種；或由喇叭天線、螺旋天線、振子天線和平面PCB天線中的至少兩種組成的天線陣列。
5.如權(quán)利要求1所述的比相無(wú)線定位天線，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。
6.一種使用權(quán)利要求1至5任一所述的比相無(wú)線定位天線組成的二維比相定位系統(tǒng)，其特征在于，至少包括兩組比相無(wú)線定位天線，其中一組比相定位天線用于確定目標(biāo)的方位角，一組比相定位天線用于確定目標(biāo)的俯仰角。
7.一種使用權(quán)利要求1至5任一所述的比相無(wú)線定位天線來(lái)進(jìn)行定位的方法，其特征在于，所述方法包括: 使用所述多個(gè)接收天線接收目標(biāo)發(fā)出的無(wú)線電波信號(hào)；以及 通過(guò)使用所述多個(gè)接收天線接收的無(wú)線電波信號(hào)的相位差之間的差值以及所述至少一個(gè)距離差值來(lái)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行定位。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述對(duì)目標(biāo)進(jìn)行定位是通過(guò)相位比較測(cè)向法來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于專用短程通信設(shè)備中的比相無(wú)線定位天線及其系統(tǒng)、使用比相無(wú)線定位的方法。所述比相無(wú)線定位天線包括用于接收目標(biāo)發(fā)出的無(wú)線電波信號(hào)的接收天線，所述接收天線至少三個(gè)，排列在一條直線上；各個(gè)接收天線的等效相位中心之間存在特定距離，且所述特定距離之間存在距離差值，至少一個(gè)所述距離差值小于工作頻率的空間波長(zhǎng)的一半。本發(fā)明能夠有效抑制部分空域干擾信號(hào)，滿足對(duì)車道上行駛的車輛實(shí)現(xiàn)精確定位的需求。
文檔編號(hào)H01Q21/00GK103138055SQ20111039861
公開(kāi)日2013年6月5日 申請(qǐng)日期2011年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月5日
發(fā)明者殷忠良, 徐根華, 李興銳 申請(qǐng)人:深圳市金溢科技有限公司