Etc系统的rsu设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及智能交通领域，更具体地说，涉及一种电子不停车收费（Electronic TollCollection，简称ETC)系统中的路侧单元（RoadSideUnit，简称RSU)设备。
【背景技术】
[0002] 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 0BU的车辆进行精确、无误定位的功能。
[0003]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0BU及至装载该 0BU的车辆，有可能导致误扣费，引来不必要的纠纷。
【发明内容】
[0004] 本发明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。
[0005] 本发明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：
[0006] L型天线阵列，其包括多个微带天线阵元，用于发射和接收0BU微波信号，以与0BU 设备进行DSRC微波通信；
[0007] 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；
[0008] 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；
[0009] 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0BU的位置， 并将所述0BU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。
[0010] 实施本发明，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】
[0011] 下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
[0012] 图1为本发明ETC系统的RSU设备的构造原理图；
[0013]图2为本发明ETC系统的RSU设备中的定位模块的架构图；
[0014] 图3为本发明ETC系统的RSU设备中的通信控制模块的架构图；
[0015] 图4为本发明ETC系统的RSU设备中的L型天线阵列结构图；
[0016] 图5为本发明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】
[0017] 本发明构造一种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。在本发明的实施例中，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。
[0018] 图1为本发明ETC系统的RSU设备的构造原理图。如图1所示，本发明的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1C卡进行数据交换，实时采集和更新标签和1C卡中的收费信息，并通过 串行口与计算机和网络通讯。
[0019] 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。
[0020] 本发明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0BU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0BU车辆的位置信息。
[0021] 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0BU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 发明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 及〇BU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。
[0022] 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0BU的位置信息，例如，在一些实施例中，定位计算模块166用于估计车道环 境（相干多径干扰）下，信号源（包括0BU及相干干扰源）的数目并根据信源数目，采用结 合前后向空间平滑技术的MUSIC(多重信号分量）算法确定出定位装置与0BU之间的方位 角、俯仰角，和/或0BU的二维坐标信息；基带处理及通讯控制模块168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 作指令的信号传输至所述多通道射频收/发组件。例如，在一些实施例中，基带处理及通讯 控制模块用于基带信号的编码/解码、调制/解调及HDLC解析，并将解析出的信息连同定 位结果一起传输给DSRC微波天线读写控制器。
[0023] 位置信息可以是0BU的二维坐标信息，也可以只是0BU相对于L型天线阵列的方 位角和俯仰角，当确定出0BU的二维坐标或该方位角和俯仰角在预定的范围内，即可确定 是在本RSU覆盖的有效车道内，即可进行读写。
[0024] 在采用超分辨率的空间谱算法确定0BU的位置的过程中，信源数目估计模块166a 用于根据接收到的复数形式的数字信号采用双向平滑秩算法估计信号源的相关结构及信 源数；波达方向计算模块166b用于根据所述信号源的相关结构及信源数采用前后向空间 平滑算法及MUSIC算法计算各信源的波达方向；及0BU位置确认模块166c用于根据对应于 各信源的MUSIC谱的谱峰确认0BU的波达方向，并生成0BU位置信息。
[0025] 本发明ETC系统的RSU设备中，L型天线阵列除了用于接收0BU设备的微波信号 夕卜，还用于向0BU设备发送微波信号。通讯控制模块14用于对多通道射频收/发组件进行 控制，根据需要使其进入接收状态或发射