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专利名称：基于dsrc的车辆定位装置和dsrc应用系统的制作方法
技术领域：
本申请涉及智能交通(ITS!Intelligent Transportation System)领域,尤其涉及一种基于专用短程通信(DSRC !Dedicated Short Range Communication)的车辆定位装置和DSRC应用系统。
背景技术：
在电子不停车收费(ETC Electronic Toll Collection)系统，设置在道路上的路侧单元(RSU :RSU :Road Side Unit)与安装在车辆上的车载单元(0BU On-board Units)通过DSRC技术进行信息交互的过程中，RSU应当仅与本RSU天线覆盖的车道区域内的OBU通信，以保持通信和收费的准确性和可靠性。然而有时候，RSU并不能确定和识别OBU是否是处于本RSU天线覆盖的车道区域内，因此该RSU有可能与所有发出应答信号的OBU进行·通信，例如有些其他车道区域内的OBU由于接收到了被反射的RSU信号而错误地向RSU发出了应答信号，就会继续与该RSU进行通信。当RSU同时与多个OBU进行通信的过程中，很容易出现邻道干扰或跟车干扰等问题，导致扣费错误，例如对有些车辆重复扣费，而对有些车辆没有计费，因此影响了 ETC系统的正常运行。尤其是当ETC系统应用在多车道自由流(MLFFiMultilane free flow)模式下时，由于道路不分隔车道和设置栏杆，车辆在不限定车道的情况下允许高速通行，因此很容易出现OBU与多个RSU通信或同一个RSU与多个OBU通信的情形。为了避免以上情况的出现，使RSU仅与RSU天线覆盖的车道区域内的OBU通信，ETC系统引入了车辆定位技术，确保RSU仅对其天线覆盖区域内的OBU通信，以确保正常的通信和扣费。一种现有的应用于ETC系统的车辆定位技术如申请日为2010年12月27日、申请号为201010608098. O、发明名称为《一种ETC系统中车载单元的定位装置和方法》的中国发明专利，其在RSU中设置多个位置不同的接收天线，分别用于接收OBU发送的微波信号，并通过比较不同接收天线所接收的微波信号的场强强度大小、结合不同接收天线的位置对OBU进行定位，该方法容易受到信号反射和多径衰落的影响，使到接收到的微波信号的场强波动变化较大，容易造成定位错误，因此定位精度相对较低。
发明内容本申请提供一种提高定位精度的车辆定位装置和DSRC应用系统。根据本申请的第一方面，本申请提供一种车辆定位装置，包括定位天线,包括至少三个在同一直线上排布的接收天线,所述接收天线用于接收同一 OBU发送的微波信号；信号接收机，与所述接收天线连接，用于接收所述微波信号后输入数字化处理器；数字化处理器，与所述信号接收机连接，用于对所述微波信号进行数字化处理；数字波束成形器，与所述数字化处理器连接，对所述数字化处理后的信号进行加权求和处理后形成波束信号，并确定最大信噪比的波束信号所对应的方位角。一种实施例中，还包括与所述信号接收机连接的幅相校准器。一种实施例中，还包括与所述数字波束成形器连接的波束控制器。一种实施例中，相邻两个接收天线的等效相位中心之间的间距相等。一种实施例中，相邻两个接收天线的等效相位中心之间的间距为所述微波信号的波长的一半。一种实施例中，还包括依次连接的收发天线、调制/解调器、编码/解码器和核心处理器，所述数字波束成形器与所述核心处理器连接。一种实施例中，所述定位天线具有两组，且两组所述定位天线中接收天线的排布方向相互垂直。根据本申请的第二方面，本申请提供了一种DSRC应用系统，包括以上所述的定位
>J-U ρ α装直。一种实施例中，所述DSRC应用系统为单车道带栏杆机电子不停车收费系统、单车道自由流系统或多车道自由流系统，所述定位天线设置在所述单车道带栏杆机电子ETC系统或单车道自由流系统的对应车道上，或设置在多车道自由流系统中的至少一个自由流断面上。。本申请的有益效果是本申请基于波束成形技术对道路上的车辆所安装的OBU进行准确定位，能够得到成形的波束所对应的方位角，该方位角即为OBU发送的微波信号所对应的方位角，根据该方位角即可计算OBU的位置信息。本申请的定位方法不易受到信号反射和多径衰落的影响，精度较高，有利于RSU准确判断发送微波信号的OBU是否是处于本RSU天线覆盖的车道区域内，如果在本RSU天线覆盖的车道区域内则RSU与之通信，否则不与之通信，能够有效解决邻道干扰和跟车干扰问题，避免ETC系统扣费错误，确保其正常运行，或者为其他各类DSRC应用系统提供定位信息，确保其对车辆进行准确的实时监控或管理。

图I为本申请一种实施例的RSU中定位天线的布局示意图；图2为本申请一种实施例的定位装置结构框图；图3为本申请一种实施例的RSU结构框图；图4为本申请一种实施例的车辆定位方法流程图；图5为本申请一种实施例的RSU与OBU进行信息交互的流程图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式
结合附图对本发明作进一步详细说明。在本申请实施例中，利用多个接收天线接收同一 OBU发送的微波信号，将这些微波信号进行A/D转换后，传输至数字波束成形器进行波束成形，最后通过空域滤波技术获得成形的波束所对应的方位角，从而确定OBU的位置信息。实施例一本申请的车辆定位方法基于RSU与OBU之间的信息交互。其中，RSU包括室外单元和室内单元，RSU室外单元具有收发天线，用于向OBU发送微波信号并接收来自OBU的微波信号，RSU室外单元通常安装在道路上方或道路侧部，RSU室内单元用于对RSU室外单元进行控制并对RSU室外单元接收和发送的信息进行处理；0BU也具有天线，用于向RSU发送微波信号并接收来自RSU的微波信号，OBU通常安装在车辆内，例如固定在车辆的前挡风玻3 上ο请参考图I或图2，本实施例公开了一种车辆定位装置，该车辆定位装置设置在ETC系统的RSU中，主要包括定位天线，该定位天线设置在RSU室外单元中，由至少三个在同一直线上排布的接收天线11形成天线阵列，各接收天线11用于接收同一 OBU发送的微波信号，一个接收天线11作为一个阵元，例如本实施方式中，接收天线11具有N个(N为大于3的自然数)，为了提高定位的准确性，可设置相邻两个接收天线11的等效相位中心之间的间距d相等，该间距d优选取OBU发送的微波信号的波长λ的一半。考虑到计算速度、复杂度以及波束方向图的大�。约笆彝獾ピ奶寤笮∫恢质凳├山邮仗煜�11设置为8个。本领域技 术人员能够理解，接收天线11排布在同一直线上是指这些接收天线11的等效相位中心位于同一直线上，为了避免各接收天线11对应的信号接收通路的幅相不一致而对测量精度产生影响，尽量选择相同的接收天线，例如都选用圆极化喇叭天线，由于采用了增益(一般增益大于12dBi)较高的喇叭天线作为接收天线11，所以其方向性较强，对干扰信号有很好的抑制，可以达到比普通天线更高的定位精度。本实施例中，OBU发送的用于定位的微波信号可以是其与OBU通信过程中任何一个微波信号。信号接收机12，具有多个，与定位天线中的各个接收天线11 一对一地连接，用于接收来自各接收天线11的微波信号，并通变频转换将高频的微波信号转换成低频信号，并对其进行放大和滤波，使信号符合A/D转换的要求，最后将微波信号输入数字化处理器。处理后各信号的增益、相位等指标参数应当保持一致，保证各个信号接收通路相互之间的幅相测量误差最�。蕴岣叨ㄎ痪取Ｊ只砥鳎ˋ/D单元13，与信号接收机12连接，用于对信号接收机12输出的微波信号进行A/D转换后的得到数字化信号，再进行数字化信号的变频处理和数字滤波后，得到正交的I、Q两路信号，最后将其输入数字波束成形器14。数字波束成形器(DBF) 14，与数字化处理器信号连接，用于对数字化处理后的信号进行信号叠加和波束成形，并通过空域滤波确定成形的波束所对应的方位角，该方位角即OBU发送的微波信号的方位角，或者说微波信号与天线阵列法线之间的夹角。数字波束成型器14采用现场可编程门阵列(FPGA Field 一 Programmable Gate Array)和数字信号处理(DSP Digital Signal Processing)技术,对来各路阵元信号进行快速的并行数学运算处理，并根据自适应滤波算法优化的最大信噪比算法原则，对各阵元信号进行加权求和处理，最后形成波束信号，最后确定具有最大信噪比的波束信号所对应的方位角，即来自OBU的微波信号与天线阵列法线之间的夹角，得到该夹角后，数字波束成形器(DBF) 14将该夹角的数值输入核心处理器，以便其结合接收天线11的安装高度和角度，计算出OBU在RSU天线垂直投影点前方覆盖区域的具体坐标。具体地，如图I所示，当定位天线中，假设各接收天线11之间的间距为d，微波信号的入射方向(即与天线线阵法线之间的夹角)为Θ，如果设图I中标号为I的接收天线11为时间参考天线，则来自OBU的微波信号到达相邻接收天线11的波程差为dsin Θ，到达相邻接收天线11的时间差为
权利要求1.一种车辆定位装置，其特征在于，包括 定位天线，包括至少三个在同一直线上排布的接收天线，所述接收天线用于接收同一车载单元发送的微波信号； 信号接收机，与所述接收天线连接，用于接收所述微波信号后输入数字化处理器； 数字化处理器，与所述信号接收机连接，用于对所述微波信号进行数字化处理； 数字波束成形器，与所述数字化处理器连接，对所述数字化处理后的信号进行加权求和处理后形成波束信号，并确定最大信噪比的波束信号所对应的方位角。
2.如权利要求I所述的装置，其特征在于，相邻两个接收天线的等效相位中心之间的间距相等。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，相邻两个接收天线的等效相位中心之间的间距为所述微波信号的波长的一半。
4.如权利要求I所述的装置，其特征在于，还包括与所述信号接收机连接的幅相校准器。
5.如权利要求I所述的装置，其特征在于，还包括与所述数字波束成形器连接的波束控制器。
6.如权利要求I所述的装置，其特征在于，还包括依次连接的收发天线、调制/解调器、编码/解码器和核心处理器，所述数字波束成形器与所述核心处理器连接。
7.如权利要求I至6中任一项所述的装置，其特征在于，所述定位天线具有两组，且两组所述定位天线中接收天线的排布方向相互垂直。
8.一种专用短程通信应用系统，其特征在于，包括权利要求7所述的车辆定位装置。
9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述专用短程通信应用系统为单、多车道带栏杆机电子不停车收费系统、单车道自由流系统或多车道自由流系统，所述定位天线设置在所述单车道带栏杆机电子不停车收费系统或单车道自由流系统的对应车道上，或设置在多车道自由流系统中的至少一个自由流断面上。
专利摘要本申请公开了一种车辆定位装置和DSRC应用系统，包括定位天线，包括至少三个在同一直线上排布的接收天线，接收天线用于接收同一OBU发送的微波信号；信号接收机，与定位天线连接，用于接收微波信号后输入数字化处理器；数字化处理器，与信号接收机连接，用于对微波信号进行数字化处理；数字波束成形器，与数字化处理器连接，对所述数字化处理后的信号进行加权求和处理后形成波束信号，并确定最大信噪比的波束信号所对应的方位角，得到所述OBU的位置信息。本申请定位过程不易受到信号反射和多径衰落的影响，因此精度较高，有利于RSU准确判断判断发送微波信号的OBU是否是处于本RSU天线覆盖的车道区域内，确保DSRC应用的正常运行。
文档编号G01S5/02GK202748846SQ20122028434
公开日2013年2月20日 申请日期2012年6月15日 优先权日2012年6月15日
发明者徐根华, 李兴锐, 林树亮 申请人:深圳市金溢科技有限公司