一种obu定位方法、装置、系统以及rsu
技术领域：
：1.本技术属于电子收费(electronictollcollection，etc)
技术领域：
：，具体涉及一种车载单元(onboardunit，obu)obu定位方法、装置、系统以及路侧单元(roadsideunit，rsu)。
背景技术：
：：2.etc系统包括rsu、obu和中心管理设备，主要应用于在高速公路收费。当安装obu的车辆经过收费站时，rsu首先需要对obu进行定位，确定该obu为目标交互设备。随后，rsu获取该obu的车辆行驶信息，并将车辆行驶信息发送给中心管理设备。最后，由中心管理设备根据该车辆行驶信息从该车辆的签约账户中扣除本次应交的过路费。3.目前，rsu通常是采用单波束的方式进行obu定位的，即rsu在接收到obu发送的定位信号之后，根据本地预设的一组标定参数对定位信号进行相位补偿，并根据补偿后的定位信号(简称补偿信号)确定obu的位置。可以理解，由于标定参数是根据obu在标定位置发送的标定信号确定的，因此，该标定参数通常对于obu在该标定位置附近发送的定位信号具有较好的补偿效果，能够获得入射方向与rsu法线方向相近的补偿信号，从而根据该补偿信号准确确定obu的位置。4.随着门架rsu的应用以及车道rsu的大力推广，etc系统要求rsu可定位的区域越来越大。但是，根据目前的obu定位方法，当obu距离该标定位置较远时，补偿信号的入射方向就会偏离rsu的法线方向。尤其是当补偿信号的入射方向偏离波束法线较大时，有可能会在rsu的阵列天线中形成信号零深，导致补偿信号信噪比较差。也就是说，目前的obu定位方法存在obu在部分区域的定位误差较大，rsu的整体定位能力较低的问题。技术实现要素：5.本技术实施例提供一种obu定位方法、装置、系统以及rsu，能够提高rsu的整体定位能力。6.为达到上述目的，本技术采用如下技术方案：7.第一方面，本技术实施例提供一种obu定位方法，应用于rsu，该方法包括：接收obu发送的定位信号；确定rsu的各个天线通道接收到的定位信号的实际相位差；根据实际相位差从预设的标定参数列表中确定目标标定参数，该标定参数列表包括多组不同的标定参数，每一组标定参数均包括标定角度和标定相位差；根据目标标定参数确定obu的位置。8.在一些实施例中，根据实际相位差从预设的标定参数列表中确定目标标定参数，包括：确定标定参数列表中每一个标定相位差与实际相位差的相关系数，形成第一集合；将第一集合中的最大值对应的标定相位差确定为目标标定相位差；以及，将目标标定相位差对应的标定参数确定为目标标定参数。9.在一些实施例中，根据实际相位差从预设的标定参数列表中确定目标标定参数，包括：确定标定参数列表中每一个标定相位差与实际相位差的欧氏距离，形成第二集合；将第二集合中的最小值对应的标定相位差确定为目标标定相位差；将目标标定相位差对应的标定参数确定为目标标定参数。10.在一些实施例中，根据实际相位差从预设的标定参数列表中确定目标标定参数，包括：使用标定参数列表中的每一个标定相位差对定位信号进行相位补偿，获得补偿后的定位信号；确定每一个补偿后的定位信号的虚拟入射角度，形成第三集合；其中，该虚拟入射角度为补偿后的定位信号的入射方向与rsu天线的法线的夹角；将第三集合中的最小值对应的标定相位差确定为目标标定相位差；将目标标定相位差对应的标定参数确定为目标标定参数。11.在一些实施例中，根据目标标定参数确定obu的位置，包括：根据目标标定参数中的目标标定相位差，确定定位信号的实际入射角度；以及，根据目标标定参数中的目标标定角度和实际入射角度，确定obu的位置。12.在一些实施例中，根据目标标定参数中的目标标定相位差，确定定位信号的实际入射角度，包括：使用目标标定相位差补偿定位信号；根据定位信号的权矢量确定定位信号的功率谱，该功率谱包括定位信号的接收功率和接收角度的对应关系；根据该功率谱，将接收功率的最大值对应的接收角度确定为定位信号的实际入射角度。13.在一些实施例中，根据目标标定参数中的目标标定角度和实际入射角度，确定obu的位置，包括：根据obu的高度、rsu的位置，以及目标标定参数中的目标标定角度和实际入射角度，确定obu的位置。14.在一些实施例中，在接收obu发送的定位信号之前，该方法还包括：广播第一消息，该第一消息用于唤醒obu；接收obu发送的第二消息，该第二消息用于向rsu通知obu已被唤醒。15.通过本技术实施例提供的方法，rsu可以根据实际入射的定位信号，从标定参数列表中动态选择对定位信号补偿效果最佳的标定参数，使得补偿后的定位信号大部分能够从阵列天线的主波束方向入射，提高补偿后的定位信号的信噪比，减少零深现象的出现，提高对obu的定位精度，提高rsu的整体定位能力。16.第二方面，本技术实施例提供一种obu定位装置，该装置应用于rsu，包括如下内容：17.信号收发单元，用于接收obu发送的定位信号。18.第一确定单元，用于确定rsu的各个天线通道接收到的定位信号的实际相位差。19.第二确定单元，用于根据该实际相位差从预设的标定参数列表中确定目标标定参数，该标定参数列表包括多组不同的标定参数，每一组标定参数均包括标定角度和标定相位差。20.位置确定单元，用于根据目标标定参数确定obu的位置。21.第三方面，本技术实施例提供一种rsu，该rsu被配置为执行如上述第一方面各个实施例中示出的obu定位方法。22.第四方面，本技术实施例提供一种obu定位系统，该系统包括obu和rsu。其中，obu用于发送定位信号。rsu用于接收obu发送的定位信号；确定rsu的各个天线通道接收到的定位信号的实际相位差；根据实际相位差从预设的标定参数列表中确定目标标定参数，该标定参数列表包括多组不同的标定参数，每一组标定参数均包括标定角度和标定相位差；根据目标标定参数确定obu的位置。23.可以理解的是，上述第二方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。附图说明24.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。25.图1是本技术实施例提供的etc系统的示意性架构图。26.图2是本技术实施例提供的车道坐标系的示意图。27.图3是本技术实施例提供的obu定位方法的示意性流程图。28.图4是本技术实施例提供的标定角度的示意图。29.图5是本技术实施例提供的obu定位装置的示意图。30.图6是本技术实施例提供的obu定位系统的示意图。具体实施方式31.下面结合附图对本技术实施例提供的技术方案进行说明。32.在本技术实施例的描述中，除非另有说明，“/”表示或的意思，例如，a/b可以表示a或b；本文中的“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。33.应理解，在本技术实施例的描述中术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。此外，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。34.etc系统又称为不停车收费系统，在高速公路收费中应用非常广泛。目前，etc系统采用专用短程通信(dedicatedshort-rangecommunication，dsrc)技术与车辆通信以收取过路费，其能够使得车辆在整个收费过程中保持行驶状态而不用停车。35.图1是本技术实施例提供的etc系统的示意性架构图。参见图1所示，etc系统包括：obu、rsu和中心管理设备。36.obu通常安装在车辆的前挡风玻璃上，obu内存储有车辆识别信息，具备无线通信功能。obu内安装有智能集成电路(integratedcircuit，ic)卡，该ic卡能够使obu实现电子支付功能，从而支付车辆的过路费。37.rsu通常是固定设置的，例如设置在收费站的门架或者通行杆上，或者设置在高速公路旁边的立柱上。以收费站为例，收费站每一个etc车道上均设置有一个rsu。rsu中通常安装有空间阵列天线(简称阵列天线)，通过该空间阵列天线，rsu能够确定obu在车道坐标系下的位置。每一个车道均对应一个车道坐标系。示例性的，参见图2所示，车道坐标系的x轴(即xp)水平且与车道通行方向垂直，y轴(即yp)与车道通行方向相反，z轴(即zp)竖直。在一些实施例中，rsu位于车道坐标系的(0，0，z)坐标处，z为rsu距离地面的高度。38.中心管理设备中设置有数据库，该数据库中存储有大量注册车辆的基本信息(如车牌号、车辆型号)和用户信息(用户签约的扣款账户、用户姓名、联系方式、历史账单等)。39.当安装obu的车辆经过收费站时，rsu首先需要对obu进行定位，确定该obu为目标交互设备。随后，rsu获取该obu的车辆行驶信息(例如车牌号、进站口标识、出站口标识等)，并将车辆行驶信息发送给中心管理设备。最后，由中心管理设备根据该车辆行驶信息从该车辆的签约账户中扣除本次应交的过路费。40.目前，rsu通常是采用单波束的方式进行obu定位的，即rsu在接收到obu发送的定位信号之后，根据预设的一组标定参数对定位信号进行相位补偿，并根据补偿后的定位信号(简称补偿信号)进行波达方向估计(directionofarrival，doa)，从而确定obu的位置。可以理解，由于标定参数是根据obu在标定位置发送的标定信号确定的，因此，该标定参数通常对于obu在该标定位置附近发送的定位信号具有较好的补偿效果，并获得入射方向与rsu法线方向相近的补偿信号，从而根据该补偿信号准确确定obu的位置。41.随着门架rsu的应用以及车道rsu的大力推广，etc系统要求rsu可定位的区域越来越大。但是，根据目前的obu定位方法，当obu距离该标定位置较远时，补偿信号的入射方向就会偏离rsu的法线方向。尤其是当补偿信号的入射方向偏离波束法线较大时，有可能会在rsu的阵列天线中形成信号零深，导致补偿信号信噪比较差，从而导致obu在部分区域的定位误差较大，rsu的整体定位能力降低。需要说明的是，当入射的标定信号正好处于rsu阵列天线的零深角度时增益较小，会导致信噪比较差。42.为此，本技术实施例提供一种obu定位方法。本技术实施例提供的obu定位方法能够提高rsu的整体定位能力。43.图3是本技术实施例提供的obu方法的示意性流程图，涉及rsu结合标定参数列表和接收到的定位信号确定obu在车道坐标系中的位置的过程，具体包括如下步骤s301～s306。44.s301，rsu广播第一消息。45.rsu在工作过程中会不断广播第一消息，该第一消息用于唤醒obu。在一些实施例中，该第一消息可以是信标服务表(beaconservicetable，bst)，bst中包括rsu的设备id、信道信息等。46.s302，obu在接收到第一消息之后，根据第一消息向rsu发送第二消息。47.第二消息用于向rsu通知obu已接收到rsu广播的第一消息。在一些实施例中，第二消息可以是车辆服务表(vehicleservicetable，vst)，vst包括obu的设备id，以及车辆的相关信息等。48.s303，obu向rsu发送定位信号。49.在本实施例中，定位信号用于确定obu的位置。需要说明的是，在obu和rsu通过dsrc技术通信的情况下，obu和rsu之间的通信信号均可以称作是dsrc信号。也就是说，本实施例中涉及的第一消息、第二消息、标定信号和定位信号等均为dsrc信号。50.s304，rsu根据各个天线通道接收到的定位信号的实际相位差，从预设的标定参数列表中确定目标标定参数。51.针对obu发送的定位信号，rsu接收到的定位信号的波形特征是xr。[0052][0053]在xr中，m为rsu中空间阵列天线的通道数，n为每个通道针对该dsrc信号的采样点的个数。[0054]对信号xr进行互相关运算，得到互相关矩阵rxxr。[0055][0056]rsu的空间阵列天线包括m个通道，以通道1为参考基准通道，该空间阵列天线的各个通道接收到的该定位信号的实际相位差为phaser。[0057][0058]由于因此实际相位差也可以表示为：[0059][0060]rsu可以根据该实际相位差phaser，从该标定参数列表中确定对定位信号补偿效果最优的目标标定参数，并根据该目标标定参数确定obu在车道坐标系中的位置。下面对目标标定参数的确定过程进行具体说明。[0061]在本实施中，该标定参数列表包括多组不同的标定参数，每一组标定参数均包括标定角度，和与该标定角度对应的标定相位差。参见图4所示，该标定角度(也称作虚拟安装角度)是指rsu在标定过程中，虚拟天线平面与水平方向的夹角。其中，虚拟天线平面与标定信号的波达方向垂直。标定相位差为rsu在标定过程中，rsu的各个天线通道接收到的标定信号的相位差。[0062]示例性的，该标定参数列表可以如表1所示，在表1中，m为rsu的空间阵列天线的通道个数，m≥1；k为标定参数列表中标定参数的个数，k≥1。[0063]表1标定参数列表[0064][0065]在一些实施例中，rsu可以根据定位信号的实际相位差与标定参数列表中各个标定相位差的相关性来确定目标标定参数。例如，首先，rsu需要确定标定参数列表中每一个标定相位差与实际相位差的相关系数。相关系数可以表示标定相位差和实际相位差的相似程度，相关系数越小越相似。其中，标定参数列表中第i个标定参数中的标定相位差与定位信号的实际相位差的相关系数为其次，rsu根据标定参数列表中每一个标定相位差与实际相位差的相关系数形成第一集合。示例性的，该第一集合可以是随后，rsu将第一集合中的最大值rmax对应的标定相位差确定为目标标定相位差。最后，rsu将目标标定相位差对应的标定参数确定为目标标定参数。以中最大的相关系数是为例，那么目标标定参数即为标定参数列表中的第3个标定参数，该目标标定参数包括：目标标定相位差{angle31，,angle32,angle33,…，,angle3m}和目标标定角度θ3。[0066]在另一些实施例中，rsu根据定位信号的实际相位差与标定参数列表中各个标定相位差的欧式距离来确定目标标定参数。例如，首先，rsu需要确定标定参数列表中每一个标定相位差与该实际相位差的欧式距离。欧式距离可以表示标定相位差和实际相位差的相似程度，欧式距离越小越相似。其中，标定参数列表中第i个标定参数中的标定相位差与定位信号的实际相位差的欧式距离为其次，rsu根据标定参数列表中每一个标定相位差与实际相位差的欧式距离形成第二集合。示例性的，该第二集合可以是{d1,d2,…,dk}。随后，rsu将第二集合中的最小值dmin对应的标定相位差确定为目标标定相位差。最后，rsu将目标标定相位差对应的标定参数确定为目标标定参数。以第二集合{d1,d2,…,dk}中最小的欧式距离是d3为例，那么目标标定参数即为标定参数列表中的第3个标定参数，该目标标定参数包括：目标标定相位差{angle31，,angle32,angle33,…，,angle3m}和目标标定角度θ3。[0067]在其他一些实施例中，rsu可以根据标定参数列表中各个标定相位差对标定信号的补偿效果来选择目标标定参数。例如，首先，rsu可以使用标定参数列表中的每一个标定相位差对定位信号进行相位补偿，分别获得补偿后的定位信号。其次，采用doa技术确定每一个补偿后的定位信号(简称补偿信号)的虚拟入射角度，形成第三集合{α1,α2,…,αk}。应理解，虚拟入射角度越小，补偿信号的虚拟入射方向与法线方向越靠近，信号补偿效果越好。基于此，随后，rsu将第三集合中的最小值对应的标定相位差确定为目标标定相位差。最后，rsu将目标标定相位差对应的标定参数确定为目标标定参数。[0068]综上所述，rsu根据该目标标定参数中的目标标定相位差补偿定位信号之后，能够使补偿信号的虚拟入射方向尽可能地靠近rsu天线的法线方向，提高补偿信号的信噪比，提高rsu对obu定位的准确度。[0069]s305，rsu根据目标标定参数中的目标标定相位差确定定位信号的入射角度。[0070]在本实施例中，定位信号的入射角度θ′是指定位信号的入射方向与rsu的空间阵列天线表面的夹角。入射角度θ′的具体确定过程如下所示。[0071]首先，rsu根据目标标定相位差，对接收到的定位信号的波形进行相位补偿。以目标标定相位差是为例，根据该目标标定相位差补偿后的定位信号的波形特征为：[0072]rxxr'＝rxxr*(phasek'*phasek)'[0073]随后，根据定位信号的权矢量确定定位信号的功率谱。在本实施例中，定位信号的权矢量为[0074][0075]其中，λ是定位信号的波长，d为rsu的空间阵列天线中相邻的天线之间的距离，θs为扫描角度。空间阵列天线在扫描定位信号的过程中，扫描角度不断地在发生变化。[0076]在本实施例中，定位信号的功率谱为其中，为的共轭转置矩阵。[0077]最后，根据定位信号的功率谱确定入射角度θ。在本实施例中，功率谱的最大值对应的θs即为定位信号的入射角度θ。需要说明的是，θ也可以表示为(θx,θy)，其中，θx为θ在车道坐标系中x轴方向的分量，θy为θ在车道坐标系中y轴方向的分量。[0078]s306，rsu根据目标标定角度和定位信号的入射角度确定obu的位置。[0079]假设obu在车道坐标系下的坐标为(x,y,h)，其中h是obu的安装高度，h已知，下面对(x,y,h)的确定过程进行说明。[0080]rsu的空间阵列天线接收到的dsrc信号的可以分为横向阵列和纵向阵列来表示，其中，横向阵列的单位分量为vx和纵向阵列单位分量vy为如下：[0081]vx＝[1,0,0][0082]vy＝[0,cos(θ)0,sin(θ)][0083]入射角度满足如下关系：[0084][0085][0086]求解上述方程组即可求得obu在车道坐标系下的坐标x和y，从而确定obu在车道坐标系下的坐标为(x,y,h)。[0087]通过本技术实施例提供的方法，rsu可以根据实际入射的定位信号，从标定参数列表中动态选择对定位信号补偿效果最佳的标定参数，使得补偿后的定位信号大部分能够从阵列天线的主波束方向入射，提高补偿后的定位信号的信噪比，减少零深现象的出现，提高对obu的定位精度，提高rsu的整体定位能力。[0088]基于上述本技术实施例提供的obu定位方法，本技术实施例还提供一种obu定位装置，参见图5所示，该装置包括如下内容。[0089]信号收发单元501，用于接收obu发送的定位信号。[0090]第一确定单元502，用于确定rsu的各个天线通道接收到的定位信号的实际相位差。[0091]第二确定单元503，用于根据该实际相位差从预设的标定参数列表中确定目标标定参数，该标定参数列表包括多组不同的标定参数，每一组标定参数均包括标定角度和标定相位差。[0092]位置确定单元504，用于根据目标标定参数确定obu的位置。[0093]在一些实施例中，第二确定单元503，用于根据该实际相位差从预设的标定参数列表中确定目标标定参数，具体包括：用于确定标定参数列表中每一个标定相位差与实际相位差的相关系数，形成第一集合。以及，将第一集合中的最大值对应的标定相位差确定为目标标定相位差。以及，将目标标定相位差对应的标定参数确定为目标标定参数。[0094]在一些实施例中，第二确定单元503，用于根据该实际相位差从预设的标定参数列表中确定目标标定参数，具体包括：用于确定标定参数列表中每一个标定相位差与实际相位差的欧氏距离，形成第二集合。以及，将第二集合中的最小值对应的标定相位差确定为目标标定相位差。以及，将目标标定相位差对应的标定参数确定为目标标定参数。[0095]在一些实施例中，第二确定单元503，用于根据该实际相位差从预设的标定参数列表中确定目标标定参数，具体包括：用于使用标定参数列表中的每一个标定相位差对定位信号进行相位补偿，获得补偿后的定位信号。以及，确定每一个补偿后的定位信号的虚拟入射角度，形成第三集合；其中，虚拟入射角度为补偿后的定位信号的入射方向与rsu天线的法线的夹角。以及，将第三集合中的最小值对应的标定相位差确定为目标标定相位差，并将目标标定相位差对应的标定参数确定为目标标定参数。[0096]在一些实施例中，位置确定单元504，用于根据目标标定参数确定obu的位置包括：根据目标标定参数中的目标标定相位差，确定定位信号的实际入射角度；以及，根据目标标定参数中的目标标定角度和实际入射角度，确定obu的位置。[0097]在一些实施例中，位置确定单元504，用于根据目标标定参数中的目标标定相位差，确定定位信号的实际入射角度，包括：用于使用目标标定相位差补偿定位信号；根据定位信号的权矢量确定定位信号的功率谱，功率谱包括定位信号的接收功率和接收角度的对应关系。以及，根据功率谱，将接收功率的最大值对应的接收角度确定为定位信号的实际入射角度。[0098]在一些实施例中，位置确定单元504用于根据目标标定参数中的目标标定角度和实际入射角度，确定obu的位置，包括：根据obu的高度、rsu的位置，以及目标标定参数中的目标标定角度和实际入射角度，确定obu的位置。[0099]在一些实施例中，信号收发单元501还用于广播第一消息，该第一消息用于唤醒obu。以及，接收obu发送的第二消息，该第二消息用于向rsu通知obu已被唤醒。[0100]此外，本技术实施例还提供一种rsu，该rsu包括存储器和处理器，该存储器中存储有计算机程序，当处理器运行该计算机程序时执行如上述实施例中示出的obu定位方法。[0101]应理解，本技术实施例中提及的处理器可以是中央处理单元(centralprocessingunit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digitalsignalprocessor，dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，asic)、现成可编程门阵列(fieldprogrammablegatearray，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。本技术实施例中提及的存储器可以是易失性存储器或非易失性存储器，或可包括易失性和非易失性存储器两者。[0102]另外，参见图6所示，本技术实施例还提供一种obu定位系统，该系统包括obu和rsu。其中，obu用于发送定位信号。rsu用于接收obu发送的定位信号；确定rsu的各个天线通道接收到的定位信号的实际相位差；根据实际相位差从预设的标定参数列表中确定目标标定参数，该标定参数列表包括多组不同的标定参数，每一组标定参数均包括标定角度和标定相位差；根据目标标定参数确定obu的位置。[0103]还应当理解，当在本技术说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。[0104]在本技术说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本技术的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。[0105]以上所述实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本技术的保护范围之内。当前第1页12当前第1页12