ETC系统的RSU设备技术方案

本发明专利技术涉及一种ETC系统的RSU设备，包括DSRC微波天线及读写控制器，其中所述DSRC微波天线包括：L型天线阵列，其包括多个阵元，用于与OBU设备进行DSRC微波通信；多通道射频收/发组件，用于将通过阵元接收到的微波信号转换成中频信号，其中每一信道连接一个天线阵元；通讯控制模块，用于进行DSRC通讯协议的解析及控制多通道射频收/发组件接收微波信号；定位模块，用于根据中频信号采用超分辨率的空间谱算法确定OBU的位置，并将OBU的位置信息发送至读写控制器,以便读写控制器根据位置信息控制所DSRC微波天线的读写操作。实施本发明专利技术，可解决现有ETC系统中对OBU的定位精度差、不停车收费系统误扣费的问题。

【技术实现步骤摘要】
ETC系统的RSU设备
本专利技术涉及智能交通领域，更具体地说，涉及一种电子不停车收费(ElectronicTollCollection，简称ETC)系统中的路侧单元(RoadSideUnit，简称RSU)设备。
技术介绍
随着智能交通技术的广泛应用和迅猛发展，RSU设备需要具有更多更强的功能，来应对日益复杂的交通环境和应用要求。由于车辆在道路上的行驶情况复杂多变，导致RSU系统容易出现旁道干扰或跟车干扰的现象，出现误计费等操作，影响了ETC系统的正常工作，因此，准确判断车辆在车道上所处位置的需求十分迫切，这就需要RSU设备具备对装载OBU的车辆进行精确、无误定位的功能。目前使用的RSU设备及相关专利文献中具有定位功能的RSU设备实现定位的方法是通过设置多个接收天线阵元，通过对不同位置的阵元进行一定的加权处理，对信源的方位进行波束扫描，以验证从某个特定角度到达信号的过程，即DBF技术。该方法在实际环境存在多元相干信源时(如多径效应、信号反射等)，若干扰信号的入射角和所需的信号的入射角之间的角度差小于波束宽度时，该方法将无法给出所需信号的真实角度，将导致波束形成所给出的角度将会增大，甚至将非所需的干扰信号的到达角误认为是所需信号的到达角。因此，当ETC收费车道环境复杂时，该方法定位精度差，不能精确定位OBU及至装载该OBU的车辆，有可能导致误扣费，引来不必要的纠纷。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有技术的定位精度差的缺陷，提供一种采用L型天线阵列的ETC系统的RSU设备。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种ETC系统的RSU设备，包括DSRC微波天线及读写控制器，其中，所述DSRC微波天线包括：L型天线阵列，其包括多个微带天线阵元，用于发射和接收OBU微波信号，以与OBU设备进行DSRC微波通信；多通道射频收/发组件，用于将通过所述阵元接收到的微波信号转换成中频信号，其中所述多通道射频收/发组件的通道数目与所述阵元的数目对应，且每一通道连接一个阵元；通讯控制模块，用于进行DSRC通讯协议的解析及控制所述多通道射频收/发组件接收微波信号；定位模块，用于根据所述中频信号采用超分辨率的空间谱算法确定OBU的位置，并将所述OBU的位置信息发送至所述读写控制器,以便所述读写控制器根据所述位置信息控制所述DSRC微波天线的读写操作。实施本专利技术，具有以下有益效果：由于采用L型天线阵列、空间谱算法对复杂多变的车道环境下的相干信源进行信号提取，有效地提高了复杂多变环境下标签的定位精度，从而能够对标签进行高精度的定位，因此，可解决现有技术定位精度差、不停车收费系统扣费容易出错的问题。不仅解决了相邻车道之间的干扰问题，减少了不必要的纠纷，而且可实现对城市自由流系统中装有标签车辆的精确定位。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1为本专利技术ETC系统的RSU设备的构造原理图；图2为本专利技术ETC系统的RSU设备中的定位模块的架构图；图3为本专利技术ETC系统的RSU设备中的通信控制模块的架构图；图4为本专利技术ETC系统的RSU设备中的L型天线阵列结构图；图5为本专利技术ETC系统的RSU设备中确定OBU车辆位置的定位流程图。具体实施方式本专利技术构造一种ETC系统的RSU设备，其基于L型天线阵列、采用空间谱算法对相干信源进行超分辨率定位。在本专利技术的实施例中，提供了一种基于L型天线阵列的精确定位方法，通过L型阵列天线接收车载单元(OBU)的微波信号，采用超分辨率的空间谱算法计算出OBU与L型天线阵列之间的方位角、俯仰角，进而根据L型天线阵列的位置、方位角及俯仰角实现对装有OBU车辆的超分辨率定位，解决了复杂多变的车道环境下，不停车收费系统定位精度差的问题。图1为本专利技术ETC系统的RSU设备的构造原理图。如图1所示，本专利技术的ETC系统的RSU设备包括DSRC微波天线10及读写控制器20。DSRC微波天线10是一个由多微带天线阵元构成的天线阵列，负责通过多个信道接收OBU发射的微波信号；读写控制器20是控制发射和接收数据以及处理向上位机收发信息的模块。DSRC微波天线10以DSRC协议的通讯方式与OBU及IC卡进行数据交换，实时采集和更新标签和IC卡中的收费信息，并通过串行口与计算机和网络通讯。如图1所示，DSRC微波天线10包括：L型天线阵列11、多通道射频收/发组件12、通讯控制模块14及定位模块16。其中，L型天线阵列11包括多个微带天线阵元，用于发射和接收微波信号，以便与OBU设备进行DSRC微波通信。多通道射频收/发组件12与L型天线阵列11连接，每一通道连接一个阵元，多通道射频收/发组件的通道数目与阵元的数目对应；多通道射频收/发组件12将通过阵元接收到的微波信号转换成中频信号。定位模块16与多通道射频收/发组件12连接，根据中频信号采用超分辨率的空间谱算法确定OBU的位置，并将OBU的位置信息发送至读写控制器20,以便读写控制器20根据OBU的位置信息控制DSRC微波天线10的读写操作。通讯控制模块14分别连接多通道射频收/发组件12和定位模块16，负责DSRC通讯协议的解析以及完成对多通道射频收/发组件的控制，例如由读写控制器控制，根据发射、接收的间隔，或根据OBU的到达方位角进行控制。在一个实施例中，多通道射频收/发组件通过RS232串口接收通讯控制模块发出的控制命令，完成射频处理单元频点及工作模式的设置，将L型天线阵列各子阵接收到的微波信号进行混频、滤波等处理得到中频信号。本专利技术ETC系统的RSU设备中确定OBU车辆位置的定位流程如图5所示。首先，在步骤510，L型天线阵列的多个微带天线阵元分别接收OBU发送的微波信号，通过多通道射频收/发组件同步进行混频、滤波处理后得到中频信号；然后，在步骤520，定位模块通过A/D对多通道的中频信号进行采集处理并将采集的多通道的数字信号通过数字下变频、相干信号的信源估计及前后向平滑算法等实时计算出L型天线阵列与OBU之间的方位角、俯仰角；最后，在步骤530，定位模块根据L型天线阵列的位置确定装有OBU车辆的位置信息。定位模块是实现上述定位流程的主要功能模块。定位模块用于根据采集到的微波信号确定出OBU的二维坐标信息，同时负责基带信号的编码/解码、调制/解调。图2为本专利技术ETC系统的RSU设备中的定位模块一实施例的架构图。如图2所示，定位模块包括：A/D采集模块162、数字下变频模块164、定位计算模块166、以及基带处理及通讯控制模块168。进一步地，定位计算模块166包括：信源数目估计模块166a、波达方向计算模块166b及OBU位置确认模块166c。在一个实施例中，定位模块采用软硬件结合方式实现，其中A/D采集模块是硬件，其他的算法均在FPGA、MCU内部用软件实现。在操作过程中，A/D采集模块162用于同步采集来自所述多通道射频收/发组件的中频信号，并进行模数转换，将模拟信号转变为数字信号；数字下变频模块164用于将经模数转换后的中频信号进行数字下变频处理得到信号的同相分量及正交分量，组成复数形式的数字信号，并进行抽取，降低信号的速率；定位计算模块166用于根据所述复数形式的数字信号获取OBU的位置信息，例如，在一些实施例中，定本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ETC系统的RSU设备，包括DSRC微波天线及读写控制器，其特征在于，所述DSRC微波天线包括：L型天线阵列，其包括多个微带天线阵元，用于发射和接收OBU微波信号，以与OBU设备进行DSRC微波通信；多通道射频收/发组件，用于将通过所述阵元接收到的微波信号转换成中频信号，其中所述多通道射频收/发组件的通道数目与所述阵元的数目对应，且每一通道连接一个阵元；通讯控制模块，用于进行DSRC通讯协议的解析及控制所述多通道射频收/发组件接收微波信号；定位模块，用于根据所述中频信号采用超分辨率的空间谱算法确定OBU的位置，并将所述OBU的位置信息发送至所述读写控制器,以便所述读写控制器根据所述位置信息控制所述DSRC微波天线的读写操作。

【技术特征摘要】
1.一种ETC系统的RSU设备，包括DSRC微波天线及读写控制器，其特征在于，所述DSRC微波天线包括：L型天线阵列，其包括多个微带天线阵元，用于发射和接收OBU微波信号，以与OBU设备进行DSRC微波通信；多通道射频收/发组件，用于将通过所述阵元接收到的微波信号转换成中频信号，其中所述多通道射频收/发组件的通道数目与所述阵元的数目对应，且每一通道连接一个阵元；通讯控制模块，用于进行DSRC通讯协议的解析及控制所述多通道射频收/发组件接收微波信号；定位模块，用于根据所述中频信号采用超分辨率的空间谱算法确定OBU的位置，并将所述OBU的位置信息发送至所述读写控制器,以便所述读写控制器根据所述位置信息控制所述DSRC微波天线的读写操作；所述L型天线阵列通过双馈点正交方式实现圆极化，且所述L型天线阵列为等距均匀的天线阵列结构。2.根据权利要求1所述的ETC系统的RSU设备，其特征在于，所述超分辨率的空间谱算法包括信源数目估计算法、前后向空间平滑算法及MUSIC算法计算的结合。3.根据权利要求2所述的ETC系统的RSU设备，其特征在于，所述定位模块包括：A/D采集模块，用于同步采集来自所述多通道射频收/发组件的中频信号，并进行模/数转换；数字下变频模块，用于将经模数转换后的中频信号进行数字下变频处理得到信号的同相分量及正交分量，组成复数形式的数字信号；定位计算模块，用于根据所述复数形式的数字信号获取OBU的位置信息；基带处理及通讯控制模块，用于对所述位置信息进行处理，并将处理后得到的包含所述位置信息的基带信号传输给所述读写控制器，及接收来自所述读写控制器的读写操作指令并进行处理，并将处理后得到的包含所述读写操...

【专利技术属性】
技术研发人员：张学诚，徐根华，
申请(专利权)人：深圳市金溢科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44