專利名稱：基于etc的多波束天線、rsu及etc系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)涉及智能交通(ITS!Intelligent Transportation System)領(lǐng)域,尤其涉及一種基于電子不停車收費(fèi)(ETC:Electronic Toll Collection)的多波束天線、路側(cè)單元(RSU Road Side Unit)和 ETC 系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在ETC系統(tǒng)中，設(shè)置在車道上的RSU與安裝在車輛上的車載單元(0BU On-boardUnits)通過專用短程通信技術(shù)(DSRC !Dedicated Short RangeCommunication)進(jìn)行信息交互的過程中，RSU應(yīng)當(dāng)僅與本RSU天線的車道區(qū)域內(nèi)的特定OBU通信，以保持通信和收費(fèi)的準(zhǔn)確性和可靠性。為了避免本車道上某一車輛中的OBU與RSU進(jìn)行通信時(shí)，該車輛后面的其他車輛中的OBU也位于RSU中天線的通信區(qū)域內(nèi)且同時(shí)與RSU進(jìn)行通信而形成跟車干擾，RSU與OBU之間的通信區(qū)域在縱向(沿車道延伸方向)的長(zhǎng)度應(yīng)當(dāng)控制在一定范圍內(nèi)。理想狀況下，該范圍應(yīng)保證按規(guī)定速度行駛的車輛中的OBU與RSU之間有足夠的時(shí)間來完成信息交換，且能夠避免跟車干擾現(xiàn)象。然而實(shí)際應(yīng)用中，如果該區(qū)域的長(zhǎng)度較小，則RSU與OBU之間交換信息的時(shí)間較小，容易造成通信失敗，對(duì)通信和車輛收費(fèi)的可靠性造成影響；如果該區(qū)域的長(zhǎng)度過長(zhǎng)，則車輛較多時(shí)該通信區(qū)域內(nèi)會(huì)同時(shí)存在兩輛甚至以上的車輛與RSU進(jìn)行交互，很容易出現(xiàn)跟車干擾，有時(shí)會(huì)導(dǎo)致通信錯(cuò)誤或扣費(fèi)錯(cuò)誤。
發(fā)明內(nèi)容本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N基于ETC的多波束天線、RSU及ETC系統(tǒng)，提高RSU與OBU之間進(jìn)行通信的可靠性和準(zhǔn)確性。根據(jù)本申請(qǐng)的第一方面，本申請(qǐng)保護(hù)了一種基于ETC的多波束天線，包括通信區(qū)域控制器和天線陣列，所述通信區(qū)域控制器用于根據(jù)檢測(cè)到的車輛的位置信息，參照預(yù)設(shè)的車輛的位置信息與所述天線陣列在車道上的通信區(qū)域之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，切換所述天線陣列在所述車道上的通信區(qū)域；其中，所述通信區(qū)域具有至少兩個(gè)，不同的通信區(qū)域與所述天線陣列之間具有不同距離，預(yù)設(shè)所述對(duì)應(yīng)關(guān)系的具體方式為，車輛距離所述路側(cè)單元越近，對(duì)應(yīng)的所述通信區(qū)域與所述天線陣列之間的距離越小。一種實(shí)施例中，所述天線陣列包括饋電網(wǎng)絡(luò)、多個(gè)天線單元和將各天線單元連接在所述饋電網(wǎng)絡(luò)中的多個(gè)控制開關(guān)，所述控制開關(guān)包括開關(guān)元件和至少兩個(gè)不同的移相單元，所述通信區(qū)域控制器具體用于通過切換所述開關(guān)元件與所述移相單元之間的開閉狀態(tài)，改變所述天線陣列中所述天線單元的饋電相位，從而調(diào)整所述天線陣列所對(duì)應(yīng)的波束指向所述車道上的位置。一種實(shí)施例中，所述天線單元為微帶天線單元，所述移相單元為信號(hào)傳輸線，不同的移相單元具有不同的長(zhǎng)度。[0009]一種實(shí)施例中，所述開關(guān)元件為SP3T射頻開關(guān)。一種實(shí)施例中，所述移相單元具有三個(gè)；所述通信區(qū)域包括第一通信區(qū)域，第二通信區(qū)域和第三通信區(qū)域，與所述路側(cè)單元在所述車道上的垂直投影位置之間的縱向距離分別為 6m 10m、3m 7m、Om 4m。一種實(shí)施例中，所述饋電網(wǎng)絡(luò)包括微帶線、帶狀線或共面波導(dǎo)線。一種實(shí)施例中，所述天線單元包括矩形貼片、圓形貼片、單饋點(diǎn)微帶天線或多饋點(diǎn)微帶天線。根據(jù)本申請(qǐng)的第二方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环NRSU，包括位置檢測(cè)器，用于檢測(cè)車輛的位置信息，還包括以上所述的多波束天線，通信區(qū)域控制器與所述位置檢測(cè)器信號(hào)連接。一種實(shí)施例中，所述位置檢測(cè)器包括；定位天線，包括至少三個(gè)在同一直線上排布的接收天線，所述接收天線用于接收同一車載單兀發(fā)送的微波信號(hào)；信號(hào)接收機(jī)，與所述接收天線連接，用于接收所述微波信號(hào)后輸入數(shù)字化處理器；數(shù)字化處理器，與所述信號(hào)接收機(jī)連接，用于對(duì)所述微波信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理；數(shù)字波束成形器，與所述數(shù)字化處理器連接，對(duì)所述數(shù)字化處理后的信號(hào)進(jìn)行加權(quán)求和處理后形成波束信號(hào)，并確定最大信噪比的波束信號(hào)所對(duì)應(yīng)的方位角。根據(jù)本申請(qǐng)的第三方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N基于ETC的通信控制系統(tǒng)，包括以上所述的RSU。本申請(qǐng)的有益效果是本申請(qǐng)使RSU中天線陣列在車道上的通信區(qū)域能夠根據(jù)車輛的位置動(dòng)態(tài)進(jìn)行切換，當(dāng)車輛行駛至距RSU較遠(yuǎn)的一定距離時(shí)，天線陣列在車道上的通信區(qū)域距離RSU較遠(yuǎn)，當(dāng)車輛行駛至距RSU較近的一定距離時(shí)，天線陣列在車道上的通信區(qū)域轉(zhuǎn)換至距離RSU較近的另一通信區(qū)域，使得天線陣列在車道上的通信區(qū)域內(nèi)始終只存在一輛車，有效地防止了通信區(qū)域內(nèi)具有多輛車而發(fā)生跟車干擾的現(xiàn)象，提高了通信和扣費(fèi)的準(zhǔn)確性。同時(shí)，RSU中天線陣列在車道上的通信區(qū)域隨著車輛與RSU之間由遠(yuǎn)至近的移動(dòng)趨勢(shì)進(jìn)行切換，始終覆蓋了車輛內(nèi)OBU所在的位置，且多個(gè)連續(xù)的通信區(qū)域具有足夠的總長(zhǎng)度，為RSU與OBU之間交換信息提供了充足的時(shí)間，確保了車輛中的OBU能夠始終與RSU進(jìn)行通信。

圖1為本申請(qǐng)一種實(shí)施例的ETC系統(tǒng)中RSU的安裝示意圖；圖2為本申請(qǐng)一種實(shí)施例的基于ETC的通信控制方法流程圖；圖3為本申請(qǐng)一種實(shí)施例的ETC系統(tǒng)中RSU的通信區(qū)域?yàn)锳的示意圖；圖4為本申請(qǐng)一種實(shí)施例的ETC系統(tǒng)中RSU的通信區(qū)域?yàn)锽的示意圖；圖5為本申請(qǐng)一種實(shí)施例的ETC系統(tǒng)中RSU的通信區(qū)域?yàn)镃的示意圖；圖6為本申請(qǐng)一種實(shí)施例的RSU結(jié)構(gòu)圖；圖7為本申請(qǐng)一種實(shí)施例的RSU中多波束微帶天線陣列的結(jié)構(gòu)圖；圖8為圖7中開關(guān)元件未閉合的示意圖；[0029]圖9為圖7中開關(guān)元件的第一種狀態(tài)示意圖；圖10為圖7中開關(guān)元件的第二種狀態(tài)示意圖；圖11為圖7中開關(guān)元件的第三種狀態(tài)示意圖；圖12為RSU中多波束微帶天線陣列的橫向方向圖；圖13為RSU中多波束微帶天線陣列的縱向方向圖；圖14為OBU與RSU在車道上的第一通信區(qū)域的通信測(cè)試結(jié)果；圖15為OBU與RSU在車道上的第二通信區(qū)域的通信測(cè)試結(jié)果；圖16為OBU與RSU在車道上的第三通信區(qū)域的通信測(cè)試結(jié)果；圖17為一種實(shí)施例的RSU中位置檢測(cè)器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖18為本申請(qǐng)一種實(shí)施例的RSU中定位天線的布局示意圖。
具體實(shí)施方式
下面通過具體實(shí)施方式
結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。在本申請(qǐng)實(shí)施例中，ETC系統(tǒng)中的DSRC設(shè)備主要由RSU和OBU組成。例如附圖1所示的實(shí)施例中，RSU 100安裝在車道收費(fèi)站的出入口的龍門架200上，且位于車道300中央的上方，具體高度和懸掛角度根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)置，例如RSU 100的高度為5. 5米，懸掛角度與車道300地面之間的夾角為45°，車道300的寬度是3. 3米。OBU粘貼在車輛內(nèi)的前擋風(fēng)玻璃上，當(dāng)車輛從車道上通過且位于RSU 100中的天線覆蓋在車道300上的通信區(qū)域內(nèi)時(shí)，OBU被RSU 100喚醒，被喚醒的OBU與RSU 100進(jìn)行通信并完成規(guī)定的信息交互，例如OBU上報(bào)身份信息，RSU下發(fā)收費(fèi)指令等等。通常情況下，由于OBU中的天線都是弱方向性天線，RSU 100中的天線普遍采用方向性相對(duì)較強(qiáng)的天線陣列，因此，RSU 100與OBU之間的通信區(qū)域主要由RSU 100中天線陣列的方向性決定。因此，即當(dāng)OBU位于RSU 100中天線陣列的通信區(qū)域時(shí)能夠與RSU進(jìn)行信息交互。實(shí)施例一如圖2所示，本申請(qǐng)一種實(shí)施例的基于ETC的天線的通信控制方法包括以下步驟步驟SlOl :位置檢測(cè)步驟，即RSU檢測(cè)車輛的位置信息。本步驟的實(shí)現(xiàn)方法具有多種，例如可采用位置傳感器進(jìn)行檢測(cè)，即預(yù)先在車道的不同位置設(shè)置地感線圈或其他形式的位置傳感器，當(dāng)車輛駛?cè)朐O(shè)有相應(yīng)的位置傳感器的位置時(shí)，觸發(fā)該位置傳感器從而得到車輛的位置信息。車輛的位置信息可以為車輛在車道上的具體位置坐標(biāo)，例如位置坐標(biāo)以RSU在車道上的垂直投影位置為坐標(biāo)原點(diǎn)，包括橫向(垂直于車道延伸方向)坐標(biāo)值和縱向(與車道延伸方向一致)坐標(biāo)值，或者車輛的位置信息可為車輛與RSU在車道上的垂直投影位置之間的距離，該距離還可進(jìn)一步包括縱向距離值和橫向距離值，或者僅包括縱向距離值。步驟S102 :通信區(qū)域控制步驟，RSU根據(jù)檢測(cè)到的車輛的位置信息，參照預(yù)設(shè)的車輛的位置信息與RSU中天線陣列在車道上的通信區(qū)域之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，切換天線陣列在車道上的通信區(qū)域。本步驟中，通過設(shè)計(jì)RSU中天線陣列的結(jié)構(gòu)，其可在車道上形成多個(gè)不同的通信區(qū)域，不同的通信區(qū)域與天線陣列之間具有不同距離，天線陣列還可根據(jù)具體需要在不同的通信區(qū)域之間進(jìn)行切換。預(yù)設(shè)對(duì)應(yīng)關(guān)系的具體方式為，根據(jù)車輛的位置信息得出的車輛與RSU之間的距離越小，即車輛距離RSU越近，則RSU中天線陣列在車道上對(duì)應(yīng)的通信區(qū)域與天線陣列之間的距離越小。通常情況下，以RSU在車道上的垂直投影位置為基點(diǎn)，天線陣列在車道上的各通信區(qū)域沿車道橫向和縱向都具有一定長(zhǎng)度。這些通信區(qū)域的大小可相等，例如沿車道橫向的長(zhǎng)度都為3. Om-3. 3m,既能保證通信區(qū)域的寬度，避免其不能完全覆蓋本車道上通行車輛內(nèi)的OBU而導(dǎo)致通信失敗，又能避免覆蓋其他車道，是其他車道上的OBU與本車道的RSU進(jìn)行通信而產(chǎn)生鄰道干擾現(xiàn)象；通信區(qū)域沿車道縱向的長(zhǎng)度都為4m，正好略大于普通車身的長(zhǎng)度，能夠覆蓋一輛車并使該車輛內(nèi)的OBU與RSU進(jìn)行通信。如圖3-5所示的實(shí)施例中，RSU中天線陣列在車道生的通信區(qū)域具有三個(gè)，即包括第一通信區(qū)域A，第二通信區(qū)域B和第三通信區(qū)域C，第一通信區(qū)域A與RSU在車道上的垂直投影位置之間的縱向距離為6m 10m，第二通信區(qū)域B與RSU在車道上的垂直投影位置之間的縱向距離為3m 7m，第三通信區(qū)域C與RSU在車道上的垂直投影位置之間的縱向距離為Om 4m。預(yù)設(shè)的車輛的位置信息與RSU中天線陣列在車道上的通信區(qū)域之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系中，可設(shè)置當(dāng)車輛的縱向坐標(biāo)值在距離RSU較遠(yuǎn)的第一范圍內(nèi)時(shí)，或當(dāng)車輛的縱向距離值與RSU之間的距離在較遠(yuǎn)的第一范圍內(nèi)時(shí)，RSU中天線陣列在車道上的通信區(qū)域設(shè)置為第一通信區(qū)域A ;當(dāng)車輛逐步靠近RSU，車輛的縱向坐標(biāo)值在距離RSU較近的第二范圍內(nèi)時(shí)，或當(dāng)車輛的縱向距離值與RSU之間的距離在較近的第二范圍內(nèi)時(shí)，RSU中天線陣列在車道上的通信區(qū)域切換為第二通信區(qū)域B ;當(dāng)車輛更加接近RSU時(shí)，車輛的縱向坐標(biāo)值在距離RSU更近的第三范圍內(nèi)時(shí)，或當(dāng)車輛的縱向距離值與RSU之間的距離在更近的第三范圍內(nèi)時(shí)，RSU中天線陣列在車道上的通信區(qū)域切換為第三通信區(qū)域C。當(dāng)然有些實(shí)施例中，RSU中天線陣列在車道生的通信區(qū)域也可具有兩個(gè)、四個(gè)或者以上，預(yù)設(shè)車輛的位置信息與RSU中天線陣列在車道上的通信區(qū)域之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系的方式、設(shè)置以及切換通信區(qū)域的方式與本實(shí)施例類似。如圖6所示，本實(shí)施例RSU包括位置檢測(cè)器30和可覆蓋多個(gè)不同通訊區(qū)域的多波束天線，位置檢測(cè)器30可為以上所述的地感線圈等位置傳感器，用于檢測(cè)車輛的位置信息；多波束天線除了包括天線陣列20以外，還包括與其控制連接的通信區(qū)域控制器10，該通信區(qū)域控制器10與位置檢測(cè)器30信號(hào)連接，用于根據(jù)檢測(cè)到的車輛的位置信息，參照預(yù)設(shè)的車輛的位置信息與天線陣列在車道上的通信區(qū)域之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，切換天線陣列20在車道上的通信區(qū)域。如圖7至11所述，本實(shí)施例的天線陣列可為微帶天線陣列，微帶天線陣列可以是n行n列的陣列，n代表自然數(shù)，例如可采用成本較低的0. 8mm厚度的FR4板材，在該板材上加工6 X 8的微帶天線陣列(橫向8列，縱向6行)。天線陣列包括饋電網(wǎng)絡(luò)23、多個(gè)天線單元22和將各天線單元22連接在饋電網(wǎng)絡(luò)23中的多個(gè)開關(guān)組21。根據(jù)具體需要，饋電網(wǎng)絡(luò)23可由微帶線、帶狀線、共面波導(dǎo)線等傳輸線135構(gòu)成，天線單元22可以是任何形式的微帶天線，例如矩形貼片、圓形貼片、單饋點(diǎn)微帶天線、多饋點(diǎn)微帶天線等，優(yōu)選采用圓極化的單饋點(diǎn)微帶貼片天線，開關(guān)組21包括開關(guān)元件134和至少兩個(gè)不同的移相單元，開關(guān)元件134可采用SP3T射頻開關(guān)，與通信區(qū)域控制器相連，移相單元的具體數(shù)量與天線陣列在車道上的通信區(qū)域相等，例如本實(shí)施例中，當(dāng)天線陣列在車道上的通信區(qū)域具有三個(gè)時(shí)，移相單元具有三個(gè)，分別為第一移相單元132、第二移相單元133和第三移相單元131，不同的移相單元由不同長(zhǎng)度的傳輸線構(gòu)成，微帶線、帶狀線、共面波導(dǎo)線等，不同的傳輸線長(zhǎng)度能夠使天線陣列接收或發(fā)送的波束信號(hào)發(fā)生不同的相位延遲，例如第一移相單元132、第二移相單元133和第三移相單元131，分別產(chǎn)生的相位延遲是-63°、-8. 5°和+71°。本實(shí)施例的微帶天線陣列中，可通過同時(shí)控制所有開關(guān)組21的狀態(tài)，形成不同的饋電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，而每種饋電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)與一種波束的形狀和指向，由于本實(shí)施例能夠形成多種不同的饋電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，就是微帶天線陣列擁有了可以多波束掃描的能力。具體地，各開關(guān)組21中的開關(guān)元件134可位于移相單元的一端或者兩端，能夠在通信區(qū)域控制器的控制下，切換開關(guān)元件134與各移相單元之間的開閉狀態(tài)，將切換后的移相單元連接在相應(yīng)的天線單元22和饋電網(wǎng)絡(luò)23之間，使天線陣列中的信號(hào)經(jīng)過開關(guān)組合后產(chǎn)生一定的相位延遲，改變天線陣列中各天線單元22的饋電相位，從而調(diào)整天線陣列所對(duì)應(yīng)的波束指向車道上的位置，即天線陣列在車道上的通訊區(qū)域。例如當(dāng)開關(guān)元件134未與任何移相單元之間閉合時(shí)，天線陣列停止工作，當(dāng)開關(guān)元件134與第一移相單元132之間閉合，且與其他移相單元之間斷開時(shí)，將天線陣列在車道的通訊區(qū)域切換為圖3所示的第一通信區(qū)域A，當(dāng)開關(guān)元件134與第二移相單元133之間閉合，且與其他移相單元之間斷開時(shí)，將天線陣列在車道的通訊區(qū)域?yàn)閳D4所示的第二通信區(qū)域B，當(dāng)開關(guān)元件134與第三移相單元131之間閉合，且與其他移相單元之間斷開時(shí)，將天線陣列在車道的通訊區(qū)域切換為圖5所示的第三通信區(qū)域C。如圖12所示，為本實(shí)施例天線陣列的橫向方向圖，該橫向方向圖顯示出波束信號(hào)最強(qiáng)的方向始終指向車道中央，且副瓣電平小于_25dB，使天線陣列在本車道以外的方向的輻射很小。如圖10所示，為天線陣列對(duì)應(yīng)三種不同的通信區(qū)域時(shí)的縱向方向圖，縱向方向圖顯示出波束信號(hào)最強(qiáng)的方向隨著開關(guān)組中開關(guān)狀態(tài)的不同而不同，例如天線陣列在車道的通訊區(qū)域切換為圖3所示的第一通信區(qū)域A時(shí)天線陣列的縱向方向圖如曲線E所示，天線陣列在車道的通訊區(qū)域切換為圖4所示的第二通信區(qū)域B時(shí)天線陣列的縱向方向圖如曲線F所示，天線陣列在車道的通訊區(qū)域切換為圖5所示的第三通信區(qū)域C時(shí)天線陣列的縱向方向圖如曲線G所示。三種方向圖的副瓣電平都低于-23dB，使天線陣列在通信區(qū)域以外的方向的輻射很小。本實(shí)施例中，天線陣列的增益為15. 8 17. 6dBi。如圖14-16所示，分別為天線陣列在三種波束狀態(tài)下OBU與RSU在車道上的通信區(qū)域測(cè)試結(jié)果，圖中H點(diǎn)即為RSU在車道上的垂直投影位置，L線為車道中間線，測(cè)試結(jié)果和預(yù)期的通信區(qū)域范圍基本吻合。而且根據(jù)OBU在車內(nèi)靜態(tài)通信測(cè)試結(jié)果，表明與僅具有一個(gè)固定通訊區(qū)域的RSU相比，本實(shí)施例的RSU與OBU的車內(nèi)通信距離增加1. (Tl. 8m 了，跑車測(cè)試結(jié)果表明OBU與RSU在更遠(yuǎn)的距離開始通信，且通信穩(wěn)定，并未因波束的切換終端通信，車道測(cè)試結(jié)果表明使用本實(shí)施例的天線陣列實(shí)現(xiàn)的動(dòng)態(tài)通信區(qū)域方案能很好地抑制鄰道干擾和跟車干擾的發(fā)生。實(shí)施例二 請(qǐng)參考圖17，本實(shí)施例與實(shí)施例一不同的是，RSU中的位置檢測(cè)器主要包括以下組成部分定位天線，該定位天線設(shè)置在RSU中，由至少三個(gè)在同一直線上排布的接收天線11形成天線陣列，各接收天線11用于接收同一OBU發(fā)送的微波信號(hào)，一個(gè)接收天線11作為一個(gè)陣元，例如本實(shí)施方式中，接收天線11具有N個(gè)(N為大于3的自然數(shù))，為了提高定位的準(zhǔn)確性，可設(shè)置相鄰兩個(gè)接收天線11的等效相位中心之間的間距d相等，該間距d優(yōu)選取OBU發(fā)送的微波信號(hào)的波長(zhǎng)\的一半。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解，接收天線11排布在同一直線上是指這些接收天線11的等效相位中心位于同一直線上，為了避免各接收天線11對(duì)應(yīng)的信號(hào)接收通路的幅相不一致而對(duì)測(cè)量精度產(chǎn)生影響，盡量選擇相同的接收天線，例如都選用圓極化喇叭天線，由于采用了增益(一般增益大于12dBi)較高的喇叭天線作為接收天線11，所以其方向性較強(qiáng)，對(duì)干擾信號(hào)有很好的抑制，可以達(dá)到比普通天線更高的定位精度。本實(shí)施例中，OBU發(fā)送的用于定位的微波信號(hào)可以是其與OBU通信過程中任何一個(gè)微波信號(hào)。信號(hào)接收機(jī)12，具有多個(gè)，與定位天線中的各個(gè)接收天線11 一對(duì)一地連接，用于接收來自各接收天線11的微波信號(hào)，并通變頻轉(zhuǎn)換將高頻的微波信號(hào)轉(zhuǎn)換成低頻信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行放大和濾波， 使信號(hào)符合A/D轉(zhuǎn)換的要求，最后將微波信號(hào)輸入數(shù)字化處理器。處理后各信號(hào)的增益、相位等指標(biāo)參數(shù)應(yīng)當(dāng)保持一致，保證各個(gè)信號(hào)接收通路相互之間的幅相測(cè)量誤差最小，以提高定位精度。數(shù)字化處理器，包括A/D單元13，與信號(hào)接收機(jī)12連接，用于對(duì)信號(hào)接收機(jī)12輸出的微波信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后的得到數(shù)字化信號(hào)，再進(jìn)行數(shù)字化信號(hào)的變頻處理和數(shù)字濾波后，得到正交的1、0兩路信號(hào)，最后將其輸入數(shù)字波束成形器14。數(shù)字波束成形器(DBF) 14，與數(shù)字化處理器信號(hào)連接，用于對(duì)數(shù)字化處理后的信號(hào)進(jìn)行信號(hào)疊加和波束成形，并通過空域?yàn)V波確定成形的波束所對(duì)應(yīng)的方位角，該方位角即OBU發(fā)送的微波信號(hào)的方位角，或者說微波信號(hào)與天線陣列法線之間的夾角。數(shù)字波束成型器14采用現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA :Field -Programmable Gate Array)和數(shù)字信號(hào)處理(DSP :Digital Signal Processing)技術(shù),對(duì)來各路陣元信號(hào)進(jìn)行快速的并行數(shù)學(xué)運(yùn)算處理，并根據(jù)自適應(yīng)濾波算法優(yōu)化的最大信噪比算法原則，對(duì)各陣元信號(hào)進(jìn)行加權(quán)求和處理，最后形成波束信號(hào)，最后確定具有最大信噪比的波束信號(hào)所對(duì)應(yīng)的方位角，即來自O(shè)BU的微波信號(hào)與天線陣列法線之間的夾角，得到該夾角后，數(shù)字波束成形器(DBF) 14將該夾角的數(shù)值輸入核心處理器，以便其結(jié)合接收天線11的安裝高度和角度，計(jì)算出OBU相對(duì)于RSU在車道上的垂直投影位置前方的具體坐標(biāo)，作為車輛的位置信息。具體地，如圖1 8所示，當(dāng)定位天線中，假設(shè)各接收天線11之間的間距為d，微波信號(hào)的入射方向(即與天線線陣法線之間的夾角)為e，如果設(shè)圖18中標(biāo)號(hào)為I的接收天線11為時(shí)間參考天線，則來自O(shè)BU的微波信號(hào)到達(dá)相鄰接收天線11的波程差為dsin 0，到達(dá)相鄰接收天線11的時(shí)間差為
權(quán)利要求1.一種基于ETC的多波束天線，其特征在于，包括通信區(qū)域控制器和天線陣列，所述通信區(qū)域控制器用于根據(jù)檢測(cè)到的車輛的位置信息，參照預(yù)設(shè)的車輛的位置信息與所述天線陣列在車道上的通信區(qū)域之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，切換所述天線陣列在所述車道上的通信區(qū)域； 其中，所述通信區(qū)域具有至少兩個(gè)，不同的通信區(qū)域與所述天線陣列之間具有不同距離，預(yù)設(shè)所述對(duì)應(yīng)關(guān)系的具體方式為，車輛距離所述路側(cè)單元越近，對(duì)應(yīng)的所述通信區(qū)域與所述天線陣列之間的距離越小。
2.如權(quán)利要求1所述的多波束天線，其特征在于，所述天線陣列包括饋電網(wǎng)絡(luò)、多個(gè)天線單元和將各天線單元連接在所述饋電網(wǎng)絡(luò)中的多個(gè)控制開關(guān)，所述控制開關(guān)包括開關(guān)元件和至少兩個(gè)不同的移相單元，所述通信區(qū)域控制器具體用于通過切換所述開關(guān)元件與所述移相單元之間的開閉狀態(tài)，改變所述天線陣列中所述天線單元的饋電相位，從而調(diào)整所述天線陣列所對(duì)應(yīng)的波束指向所述車道上的位置。
3.如權(quán)利要求2所述的多波束天線，其特征在于，所述天線單元為微帶天線單元，所述移相單元為信號(hào)傳輸線，不同的移相單元具有不同的長(zhǎng)度。
4.如權(quán)利要求3所述的多波束天線，其特征在于，所述移相單元具有三個(gè)；所述通信區(qū)域包括第一通信區(qū)域，第二通信區(qū)域和第三通信區(qū)域，與所述路側(cè)單元在所述車道上的垂直投影位置之間的縱向距離分別為6m 10m、3m 7m、0m 4m。
5.如權(quán)利要求2所述的多波束天線，其特征在于，所述開關(guān)元件為SP3T射頻開關(guān)。
6.如權(quán)利要求2-5中任一項(xiàng)所述的多波束天線，其特征在于，所述饋電網(wǎng)絡(luò)包括微帶線、帶狀線或共面波導(dǎo)線。
7.如權(quán)利要求2-5中任一項(xiàng)所述的多波束天線，其特征在于，所述天線單元包括矩形貼片、圓形貼片、單饋點(diǎn)微帶天線或多饋點(diǎn)微帶天線。
8.一種RSU，其特征在于，包括位置檢測(cè)器，用于檢測(cè)車輛的位置信息，還包括權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的多波束天線，通信區(qū)域控制器與所述位置檢測(cè)器信號(hào)連接。
9.如權(quán)利要求8所述的RSU，其特征在于，所述位置檢測(cè)器包括； 定位天線，包括至少三個(gè)在同一直線上排布的接收天線，所述接收天線用于接收同一車載單元發(fā)送的微波信號(hào)； 信號(hào)接收機(jī)，與所述接收天線連接，用于接收所述微波信號(hào)后輸入數(shù)字化處理器； 數(shù)字化處理器，與所述信號(hào)接收機(jī)連接，用于對(duì)所述微波信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理； 數(shù)字波束成形器，與所述數(shù)字化處理器連接，對(duì)所述數(shù)字化處理后的信號(hào)進(jìn)行加權(quán)求和處理后形成波束信號(hào)，并確定最大信噪比的波束信號(hào)所對(duì)應(yīng)的方位角。
10.一種ETC系統(tǒng)，其特征在于，包括權(quán)利要求8或9所述的RSU。
專利摘要本申請(qǐng)公開了一種基于ETC的多波束天線、RSU及ETC系統(tǒng)，天線包括通信區(qū)域控制器和天線陣列，所述通信區(qū)域控制器用于根據(jù)檢測(cè)到的車輛的位置信息，參照預(yù)設(shè)的車輛的位置信息與所述天線陣列在車道上的通信區(qū)域之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，切換所述天線陣列在所述車道上的通信區(qū)域；其中，所述通信區(qū)域具有至少兩個(gè)，不同的通信區(qū)域與所述天線陣列之間具有不同距離，預(yù)設(shè)所述對(duì)應(yīng)關(guān)系的具體方式為，車輛距離所述路側(cè)單元越近，對(duì)應(yīng)的所述通信區(qū)域與所述天線陣列之間的距離越小。本申請(qǐng)能夠有效避免RSU與OBU之間進(jìn)行通訊時(shí)的跟車干擾現(xiàn)象，提高RSU與OBU之間進(jìn)行通信的可靠性和準(zhǔn)確性。
文檔編號(hào)G07B15/06GK202870911SQ201220365670
公開日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2012年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月26日
發(fā)明者殷忠良, 徐根華 申請(qǐng)人:深圳市金溢科技有限公司