一种基于直接变频的RSU的OBU定位装置的制作方法

一种基于直接变频的rsu的obu定位装置
技术领域
1.本实用新型涉及一种定位装置，尤其涉及一种基于直接变频的rsu的obu定位装置。


背景技术：

2.etc：( electronic toll collection ) 不停车收费系统是目前世界上最先进的路桥收费方式，通过安装在车辆挡风玻璃上的车载电子标签与在收费站 etc 车道上的微波天线之间的微波专用短程通讯，扣取用户卡上的金额或利用计算机联网技术与银行进行后台结算处理，从而达到车辆通过路桥收费站不需停车而能交纳路桥费的目的，etc是先进的电子收费技术，目前主要应用在匝道出入口和主线标识站，均为封闭式高速公路收费场景下的etc应用模式，随着国家高速公路供给侧的改革，提供更快的通行速度和更高的通行效率己是迫在眉睫，自由流高速公路收费模式通过建设虚拟主线路侧单元站，从而具有较高的通行效率和优良的通行服务体验。
3.obu：（即on board unit的缩写），直译就是车载单元的意思，就是采用dsrc（dedicated short range communication）技术，与rsu进行通讯的微波装置，在etc系统中，obu放在车上，路边架设路侧单元（rsu
‑
road side unit），相互之间通过微波进行通讯，车辆高速通过rsu的时候，obu和rsu之间用微波通讯。
4.rsu：是road side unit的英文缩写，直译就是路侧单元的意思，是etc系统中，安装在路侧，采用dsrc（dedicated short range communication）技术，与车载单元（obu，on board unit）进行通讯，实现车辆身份识别，电子扣费的装置。
5.随着etc的应用推广，etc并行车道越来越多，etc邻道干扰和跟车干扰问题突出，一直困扰着etc的发展，为了解决etc邻道干扰和跟车干扰，出现了obu定位技术，该obu定位技术是采用中频数字化的方案：把多通道的射频信号变频到20mhz到80mhz的中频信号，对中频信号放大滤波后进行adc采样，得到中频数字信号，处理器对多通道的中频数字信号进行数字下变频，得到多通道数字基带信号，然后通过算法对来波方向(doa)估计，从而计算出obu的位置。
6.上述现有方案主要存在以下不足：
7.1、20mhz到80mhz的中频滤波器体积大，价格高，不利于pcb小型化；
8.2、中频采样要求adc采样频率大于30mhz，adc采样速度越快，价格越高。
9.为了解决上述技术问题，本申请提供一种基于直接变频的rsu的obu定位装置。


技术实现要素：

10.基于现有技术的不足，本实用新型提供一种基于直接变频的rsu的obu定位装置，包括天线阵列、bpf结构、lna结构、直接变频结构、lo结构、lpf结构、agc结构、adc结构、clk结构、fpga数字处理结构和rsu处理器，所述fpga数字处理结构通过接口与所述rsu处理器连接，所述天线阵列、所述bpf结构、所述lna结构、所述直接变频结构、所述lpf结构、所述
agc结构、所述adc结构和所述fpga数字处理结构依次连接，所述clk结构与所述adc结构连接，所述lo结构与所述直接变频结构连接。
11.作为本实用新型基于直接变频的rsu的obu定位装置的改进，本实用新型基于直接变频的rsu的obu定位装置的所述fpga数字处理结构包括adc采样接口、fir滤波器、通道幅相校准器、dcoc控制器、定位算法子结构、fm0解码及hdlc协议解析子结构和串行通信接口，所述adc采样接口、所述fir滤波器、所述通道幅相校准器、所述定位算法子结构、所述串行通信接口连接，所述adc采样接口还与dcoc控制器连接，所述fm0解码及hdlc协议解析子结构与串行通信接口连接。
12.作为本实用新型基于直接变频的rsu的obu定位装置的改进，本实用新型基于直接变频的rsu的obu定位装置的所述adc采样接口用于控制多通道adc同步采样，并获取adc的采样结果；所述fir滤波器为fir低通滤波器，用于对adc采样的数字信号进行滤波，带宽设定为小于2.5mhz；所述通道幅相校准器用于消除各通道硬件偏差，校准多个接收通道的幅度与相位；所述dcoc控制器根据adc采样的结果，计算当前输入的信号直流偏移的大小，动态调整dac输出的模拟电压来控制agc结构的直流偏移调整电路；所述定位算法子结构使用改进的双向平滑music算法对信号入射角估算；所述fm0解码及hdlc协议解析子结构对接收到的obu基带信号进行检波、fm0解码和hdlc协议解析，然后输出解码后的obu数据帧、检波后的基带信号data和基带同步时钟clk；所述串行通信接口用于与rsu处理器连接进行数据交互。
13.作为本实用新型基于直接变频的rsu的obu定位装置的改进，本实用新型基于直接变频的rsu的obu定位装置的所述天线阵列由两个或两个以上独立的微带天线阵组成，所述微带天线阵包括平面线阵或圆阵，所述微带天线阵之间间距为25.86mm。
14.作为本实用新型基于直接变频的rsu的obu定位装置的改进，本实用新型基于直接变频的rsu的obu定位装置的所述bpf结构包括射频带通滤波器，所述射频带通滤波器的中心频率为5.795ghz，所述射频带通滤波器的带宽小于100mhz。
15.作为本实用新型基于直接变频的rsu的obu定位装置的改进，本实用新型基于直接变频的rsu的obu定位装置的所述lna结构包括低噪声放大器，用于把经过所述射频带通滤波器后的射频信号进行放大。
16.作为本实用新型基于直接变频的rsu的obu定位装置的改进，本实用新型基于直接变频的rsu的obu定位装置的所述直接变频结构包括正交混频器，用于把经所述lna结构放大后的射频信号直接变换成复数基带信号。
17.作为本实用新型基于直接变频的rsu的obu定位装置的改进，本实用新型基于直接变频的rsu的obu定位装置的所述lo结构用于生成所述直接变频结构所需的本振信号。
18.作为本实用新型基于直接变频的rsu的obu定位装置的改进，本实用新型基于直接变频的rsu的obu定位装置的所述lpf结构包括低通滤波器，用于对混频后的基带信号滤波，所述agc结构用于对滤波后的基带信号进行放大，并调整放大倍数，使输出信号的大小满足所述adc结构输入的要求，所述adc结构把所述agc结构输出的模拟基带信号数字化。
19.作为本实用新型基于直接变频的rsu的obu定位装置的改进，本实用新型基于直接变频的rsu的obu定位装置的所述clk结构用于产生多个接收通道所述adc结构采样所需的时钟信号。
20.与现有技术相比较，本实用新型基于直接变频的rsu的obu定位装置具有以下有益效果：所述基于直接变频的rsu的obu定位装置由于采用了所述直接变频结构，可以把多通道的射频信号直接变频到基带信号，所述lpf结构和所述agc结构对基带信号放大滤波后进行adc采样，得到数字基带信号，然后通过双向平滑music算法对来波方向进行估计，从而计算出obu的位置；由于采用低成本小体积的所述低通滤波器代替了现有技术的价格高、体积大的中频滤波器，从而节省了成本，减少了pcb面积；由于基带信号频率远比中频信号频率低，所述adc结构的采样频率小于或等于10.24mhz，现有技术中中频采样要求adc采样频率大于30mhz，从而大大降低了adc物料成本；由于实现了对obu精确定位，从而可以减少etc邻道干扰和跟车干扰。
附图说明
21.图1为本实用新型基于直接变频的rsu的obu定位装置优选实施例的结构框图。
22.图2为本实用新型基于直接变频的rsu的obu定位装置优选实施例的所述fpga数字处理结构的组成框图。
具体实施方式
23.本实用新型基于直接变频的rsu的obu定位装置主要适用于rsu的接收和obu定位。
24.参考图1和图2，下文将详细描述本实用新型基于直接变频的rsu的obu定位装置。
25.如图1所示，本实施例中的一种基于直接变频的rsu的obu定位装置，包括天线阵列、bpf结构、lna结构、直接变频结构、lo结构、lpf结构、agc结构、adc结构、clk结构、fpga数字处理结构和rsu处理器，所述fpga数字处理结构通过接口与所述rsu处理器连接，所述天线阵列、所述bpf结构、所述lna结构、所述直接变频结构、所述lpf结构、所述agc结构、所述adc结构和所述fpga数字处理结构依次连接，所述clk结构与所述adc结构连接，所述lo结构与所述直接变频结构连接。
26.如图2所示，在本实施例中，本实用新型基于直接变频的rsu的obu定位装置的所述fpga数字处理结构包括adc采样接口、fir滤波器、通道幅相校准器、dcoc控制器、定位算法子结构、fm0解码及hdlc协议解析子结构和串行通信接口，所述adc采样接口、所述fir滤波器、所述通道幅相校准器、所述定位算法子结构、所述串行通信接口连接，所述adc采样接口还与dcoc控制器连接，所述fm0解码及hdlc协议解析子结构与串行通信接口连接，所述fpga数字处理结构是直接变频的rsu数字接收定位装置的核心，与所述rsu处理器通过串口、spi、iic等接口通信，接收rsu的初始化参数配置等命令，并把接收到的obu数据帧及定位结果发送给所述rsu处理器。
27.在本实施例中，本实用新型基于直接变频的rsu的obu定位装置的所述adc采样接口用于控制多通道adc同步采样，并获取adc的采样结果；所述fir滤波器为fir低通滤波器，用于对adc采样的数字信号进行滤波，带宽设定为小于2.5mhz；所述通道幅相校准器用于消除各通道硬件偏差，校准多个接收通道的幅度与相位，使各接收通道信号的初始幅相一致，所述通道幅相校准器在fpga内部使用复数乘法器来实现；所述dcoc控制器根据adc采样的结果，计算当前输入的信号直流偏移的大小，动态调整dac输出的模拟电压来控制agc结构的直流偏移调整电路，达到消除直流偏移的目的；所述定位算法子结构使用改进的双向平
滑music算法对信号入射角估算，即使在相干干扰信号条件下仍能准确估算信号的入射角，提高了定位精度，所述定位算法子结构输出obu位置的x、y坐标；所述fm0解码及hdlc协议解析子结构对接收到的obu基带信号进行检波、fm0解码和hdlc协议解析，然后输出解码后的obu数据帧、检波后的基带信号data和基带同步时钟clk，所述基带信号data和基带同步时钟clk可用于rsu的接收信号灵敏度测试；所述串行通信接口用于与rsu处理器连接进行数据交互，所述串行通信接口包括串口、spi、iic等接口，接收rsu的初始化参数配置等命令，并把接收到的obu数据帧及定位结果发送给所述rsu处理器，由于实现了对obu精确定位，从而可以减少etc邻道干扰和跟车干扰。
28.在本实施例中，本实用新型基于直接变频的rsu的obu定位装置的所述天线阵列由两个或两个以上独立的微带天线阵组成，所述天线阵列用于接收自由空间传播的电磁波信号，所述微带天线阵包括平面线阵或圆阵，是为了减少阵元间的互耦，阵元间间距设置为25.86mm。
29.在本实施例中，本实用新型基于直接变频的rsu的obu定位装置的所述bpf结构包括射频带通滤波器，所述射频带通滤波器的中心频率为5.795ghz，所述射频带通滤波器的带宽小于100mhz，为了抑制带外干扰，从而提高接收灵敏度。
30.在本实施例中，本实用新型基于直接变频的rsu的obu定位装置的所述lna结构包括低噪声放大器，用于把经过所述射频带通滤波器后的射频信号进行放大，为了提高接收信号灵敏度，选用噪声系数小于1.2db ，增益大于18db 的lna。
31.在本实施例中，本实用新型基于直接变频的rsu的obu定位装置的所述直接变频结构包括正交混频器，用于把经所述lna结构放大后的射频信号直接变换成复数基带信号，其特点为射频输入信号频率与lo本振信号频率重合，混频后没有镜像分量，混频后直接得到基带信号，并且多个接收通道的正交混频器共用一个lo本振信号。
32.在本实施例中，本实用新型基于直接变频的rsu的obu定位装置的所述lo结构用于生成所述直接变频结构所需的本振信号，当选用信道0时，本振信号频率为5.79ghz；当选用信道1时，本振信号频率为5.80ghz。
33.在本实施例中，本实用新型基于直接变频的rsu的obu定位装置的所述lpf结构包括低通滤波器，用于对混频后的基带信号滤波，所述低通滤波器可以是多级滤波器的组合，比如单极低通滤波器+三阶巴特沃斯低通滤波器，低通滤波器带宽设置为小于2.5mhz；所述agc结构用于对滤波后的基带信号进行放大，并调整放大倍数，使输出信号的大小满足所述adc结构输入的要求，同时，所述agc结构具有直流失调消除功能，fpga通过控制dac输出模拟信号来调节agc输出的直流偏置实现消除直流失调；所述adc结构把所述agc结构输出的模拟基带信号数字化，由于采样的是基带信号，因此，降低了对adc采样速度的要求，大大节省了成本，本实用新型adc的采样频率小于或等于10.24mhz，并且多个接收通道的dac共用一个clk采样时钟信号。
34.在本实施例中，本实用新型基于直接变频的rsu的obu定位装置的所述clk结构用于产生多个接收通道所述adc结构采样所需的时钟信号。
35.与现有技术相比较，本实用新型基于直接变频的rsu的obu定位装置具有以下有益效果：所述基于直接变频的rsu的obu定位装置由于采用了所述直接变频结构，可以把多通道的射频信号直接变频到基带信号，所述lpf结构和所述agc结构对基带信号放大滤波后进
行adc采样，得到数字基带信号，然后通过双向平滑music算法对来波方向进行估计，从而计算出obu的位置；由于采用低成本小体积的所述低通滤波器代替了现有技术的价格高、体积大的中频滤波器，从而节省了成本，减少了pcb面积；由于基带信号频率远比中频信号频率低，所述adc结构的采样频率小于或等于10.24mhz，现有技术中中频采样要求adc采样频率大于30mhz，从而大大降低了adc物料成本。
36.以上所揭露的仅为本实用新型的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型申请专利范围所作的等同变化，仍属本实用新型所涵盖的范围。