Etc系統(tǒng)的rsu設備的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及智能交通領域，更具體地說，涉及一種電子不停車收費（Electronic TollCollection，簡稱ETC)系統(tǒng)中的路側單元（RoadSideUnit，簡稱RSU)設備。
【背景技術】
[0002] 隨著智能交通技術的廣泛應用和迅猛發(fā)展，RSU設備需要具有更多更強的功能，來 應對日益復雜的交通環(huán)境和應用要求。由于車輛在道路上的行駛情況復雜多變，導致RSU 系統(tǒng)容易出現旁道干擾或跟車干擾的現象，出現誤計費等操作，影響了ETC系統(tǒng)的正常工 作，因此，準確判斷車輛在車道上所處位置的需求十分迫切，這就需要RSU設備具備對裝載 0BU的車輛進行精確、無誤定位的功能。
[0003]目前使用的RSU設備及相關專利文獻中具有定位功能的RSU設備實現定位的方法 是通過設置多個接收天線陣元，通過對不同位置的陣元進行一定的加權處理，對信源的方 位進行波束掃描，以驗證從某個特定角度到達信號的過程，即DBF技術。該方法在實際環(huán)境 存在多元相干信源時（如多徑效應、信號反射等），若干擾信號的入射角和所需的信號的入 射角之間的角度差小于波束寬度時，該方法將無法給出所需信號的真實角度，將導致波束 形成所給出的角度將會增大，甚至將非所需的干擾信號的到達角誤認為是所需信號的到達 角。因此，當ETC收費車道環(huán)境復雜時，該方法定位精度差，不能精確定位0BU及至裝載該 0BU的車輛，有可能導致誤扣費，引來不必要的糾紛。

【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術問題在于，針對現有技術的定位精度差的缺陷，提供一種采 用L型天線陣列的ETC系統(tǒng)的RSU設備。
[0005] 本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：構造一種ETC系統(tǒng)的RSU設備，包括 DSRC微波天線及讀寫控制器，其中，所述DSRC微波天線包括：
[0006] L型天線陣列，其包括多個微帶天線陣元，用于發(fā)射和接收0BU微波信號，以與0BU 設備進行DSRC微波通信；
[0007] 多通道射頻收/發(fā)組件，用于將通過所述陣元接收到的微波信號轉換成中頻信 號，其中所述多通道射頻收/發(fā)組件的通道數目與所述陣元的數目對應，且每一通道連接 一個陣元；
[0008] 通訊控制模塊，用于進行DSRC通訊協(xié)議的解析及控制所述多通道射頻收/發(fā)組件 接收微波信號；
[0009] 定位模塊，用于根據所述中頻信號采用超分辨率的空間譜算法確定0BU的位置， 并將所述0BU的位置信息發(fā)送至所述讀寫控制器，以便所述讀寫控制器根據所述位置信息 控制所述DSRC微波天線的讀寫操作。
[0010] 實施本發(fā)明，具有以下有益效果：由于采用L型天線陣列、空間譜算法對復雜多變 的車道環(huán)境下的相干信源進行信號提取，有效地提高了復雜多變環(huán)境下標簽的定位精度， 從而能夠對標簽進行高精度的定位，因此，可解決現有技術定位精度差、不停車收費系統(tǒng)扣 費容易出錯的問題。不僅解決了相鄰車道之間的干擾問題，減少了不必要的糾紛，而且可實 現對城市自由流系統(tǒng)中裝有標簽車輛的精確定位。
【附圖說明】
[0011] 下面將結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明，附圖中：
[0012] 圖1為本發(fā)明ETC系統(tǒng)的RSU設備的構造原理圖；
[0013]圖2為本發(fā)明ETC系統(tǒng)的RSU設備中的定位模塊的架構圖；
[0014] 圖3為本發(fā)明ETC系統(tǒng)的RSU設備中的通信控制模塊的架構圖；
[0015] 圖4為本發(fā)明ETC系統(tǒng)的RSU設備中的L型天線陣列結構圖；
[0016] 圖5為本發(fā)明ETC系統(tǒng)的RSU設備中確定OBU車輛位置的定位流程圖。
【具體實施方式】
[0017] 本發(fā)明構造一種ETC系統(tǒng)的RSU設備，其基于L型天線陣列、采用空間譜算法對相 干信源進行超分辨率定位。在本發(fā)明的實施例中，提供了一種基于L型天線陣列的精確定 位方法，通過L型陣列天線接收車載單元（OBU)的微波信號，采用超分辨率的空間譜算法計 算出OBU與L型天線陣列之間的方位角、俯仰角，進而根據L型天線陣列的位置、方位角及 俯仰角實現對裝有OBU車輛的超分辨率定位，解決了復雜多變的車道環(huán)境下，不停車收費 系統(tǒng)定位精度差的問題。
[0018] 圖1為本發(fā)明ETC系統(tǒng)的RSU設備的構造原理圖。如圖1所示，本發(fā)明的ETC系 統(tǒng)的RSU設備包括DSRC微波天線10及讀寫控制器20。DSRC微波天線10是一個由多微帶 天線陣元構成的天線陣列，負責通過多個信道接收OBU發(fā)射的微波信號；讀寫控制器20是 控制發(fā)射和接收數據以及處理向上位機收發(fā)信息的模塊。DSRC微波天線10以DSRC協(xié)議的 通訊方式與OBU及1C卡進行數據交換，實時采集和更新標簽和1C卡中的收費信息，并通過 串行口與計算機和網絡通訊。
[0019] 如圖1所示，DSRC微波天線10包括：L型天線陣列11、多通道射頻收/發(fā)組件12、 通訊控制模塊14及定位模塊16。其中，L型天線陣列11包括多個微帶天線陣元，用于發(fā)射 和接收微波信號，以便與OBU設備進行DSRC微波通信。多通道射頻收/發(fā)組件12與L型 天線陣列11連接，每一通道連接一個陣元，多通道射頻收/發(fā)組件的通道數目與陣元的數 目對應；多通道射頻收/發(fā)組件12將通過陣元接收到的微波信號轉換成中頻信號。定位 模塊16與多通道射頻收/發(fā)組件12連接，根據中頻信號采用超分辨率的空間譜算法確定 OBU的位置，并將OBU的位置信息發(fā)送至讀寫控制器20,以便讀寫控制器20根據OBU的位 置信息控制DSRC微波天線10的讀寫操作。通訊控制模塊14分別連接多通道射頻收/發(fā) 組件12和定位模塊16,負責DSRC通訊協(xié)議的解析以及完成對多通道射頻收/發(fā)組件的控 制，例如由讀寫控制器控制，根據發(fā)射、接收的間隔，或根據OBU的到達方位角進行控制。在 一個實施例中，多通道射頻收/發(fā)組件通過RS232串口接收通訊控制模塊發(fā)出的控制命令， 完成射頻處理單元頻點及工作模式的設置，將L型天線陣列各子陣接收到的微波信號進行 混頻、濾波等處理得到中頻信號。
[0020] 本發(fā)明ETC系統(tǒng)的RSU設備中確定OBU車輛位置的定位流程如圖5所示。首先， 在步驟510,L型天線陣列的多個微帶天線陣元分別接收OBU發(fā)送的微波信號，通過多通道 射頻收/發(fā)組件同步進行混頻、濾波處理后得到中頻信號；然后，在步驟520,定位模塊通過 A/D對多通道的中頻信號進行采集處理并將采集的多通道的數字信號通過數字下變頻、相 干信號的信源估計及前后向平滑算法等實時計算出L型天線陣列與0BU之間的方位角、俯 仰角；最后，在步驟530,定位模塊根據L型天線陣列的位置確定裝有0BU車輛的位置信息。
[0021] 定位模塊是實現上述定位流程的主要功能模塊。定位模塊用于根據采集到的微波 信號確定出0BU的二維坐標信息，同時負責基帶信號的編碼/解碼、調制/解調。圖2為本 發(fā)明ETC系統(tǒng)的RSU設備中的定位模塊一實施例的架構圖。如圖2所示，定位模塊包括： A/D采集模塊162、數字下變頻模塊164、定位計算模塊166、以及基帶處理及通訊控制模塊 168。進一步地，定位計算模塊166包括：信源數目估計模塊166a、波達方向計算模塊166b 及〇BU位置確認模塊166c。在一個實施例中，定位模塊采用軟硬件結合方式實現，其中A/D 采集模塊是硬件，其他的算法均在FPGA、MCU內部用軟件實現。
[0022] 在操作過程中，A/D采集模塊162用于同步采集來自所述多通道射頻收/發(fā)組件 的中頻信號，并進行模數轉換，將模擬信號轉變?yōu)閿底中盘枺粩底窒伦冾l模塊164用于將經 模數轉換后的中頻信號進行數字下變頻處理得到信號的同相分量及正交分量，組成復數形 式的數字信號，并進行抽取，降低信號的速率；定位計算模塊166用于根據所述復數形式的 數字信號獲取0BU的位置信息，例如，在一些實施例中，定位計算模塊166用于估計車道環(huán) 境（相干多徑干擾）下，信號源（包括0BU及相干干擾源）的數目并根據信源數目，采用結 合前后向空間平滑技術的MUSIC(多重信號分量）算法確定出定位裝置與0BU之間的方位 角、俯仰角，和/或0BU的二維坐標信息；基帶處理及通訊控制模塊168用于對所述位置信 息進行處理，并將處理后得到的包含所述位置信息的基帶信號傳輸給所述讀寫控制器，及 接收來自所述讀寫控制器的讀寫操作指令并進行處理，并將處理后得到的包含所述讀寫操 作指令的信號傳輸至所述多通道射頻收/發(fā)組件。例如，在一些實施例中，基帶處理及通訊 控制模塊用于基帶信號的編碼/解碼、調制/解調及HDLC解析，并將解析出的信息連同定 位結果一起傳輸給DSRC微波天線讀寫控制器。
[0023] 位置信息可以是0BU的二維坐標信息，也可以只是0BU相對于L型天線陣列的方 位角和俯仰角，當確定出0BU的二維坐標或該方位角和俯仰角在預定的范圍內，即可確定 是在本RSU覆蓋的有效車道內，即可進行讀寫。
[0024] 在采用超分辨率的空間譜算法確定0BU的位置的過程中，信源數目估計模塊166a 用于根據接收到的復數形式的數字信號采用雙向平滑秩算法估計信號源的相關結構及信 源數；波達方向計算模塊166b用于根據所述信號源的相關結構及信源數采用前后向空間 平滑算法及MUSIC算法計算各信源的波達方向；及0BU位置確認模塊166c用于根據對應于 各信源的MUSIC譜的譜峰確認0BU的波達方向，并生成0BU位置信息。
[0025] 本發(fā)明ETC系統(tǒng)的RSU設備中，L型天線陣列除了用于接收0BU設備的微波信號 夕卜，還用于向0BU設備發(fā)送微波信號。通訊控制模塊14用于對多通道射頻收/發(fā)組件進行 控制，根據需要使其進入接收狀態(tài)或發(fā)射