专利名称：一种车载单元定位装置及方法
技术领域：
本申请涉及车辆通信技术，特别是涉及一种车载单元定位方法及装置。
背景技术：
ETC (Electronic Toll Collection，电子不停车收费系统)系统是目前世界上最先进的收费系统，是智能交通系统的服务功能之一，过往车辆通过道口时无须停车，即能够实现自动收费。它特别适于在高速公路或交通繁忙的桥隧环境下使用。所述ETC系统由后台系统、车道控制器、RSU和OBU等组成。其中，0BU(0n Board Unit，车载单元)用来和路边架设的RSU(Rate-Sensor Unit，速率传感器装置)通讯的微波设备。在ETC系统中，当装有OBU的车辆高速通过RSU的时候，OBU和RSU之间用微波通讯，就像非接触卡一样，但是距离更远-十几米，频率也更高-5.8GHz。在车辆通过的时候，可以实现识别真假、获得车型、计算费率和扣除通行费等功能。
通常在一个ETC系统中，车辆在道路的不同位置，OBU也会与不同的RSU通信。并且车辆行驶中并不一定都在同一条道路中，可能会执行转弯、超车等操作，因此需要确定车辆即OBU所在位置，才能确定要与哪个RSU通信。现有技术中OBU的定位方法是在两个不同位置设置的接收装置接收OBU装置的微波信号，因为信号传输中功率会发生衰减，因此不同位置的接收装置接收的信号功率是不同的。根据接收到的微波信号功率的大小，就可以确定OBU的位置。但是此种方法受信号源功率影响较大，并且信号在传输中容易受到各方面的影响，例如恶劣的天气(如大雨)等，都可能会导致两个接收装置接收的微波信号受到不同程度的衰减，进而导致定位的不准确。
发明内容
本申请提供了一种车载单元定位方法及装置，以解决现有技术定位不准确的问题。为了解决上述问题，本申请公开了一种车载单元定位装置，包括:n个天线，信号处理模块和数据处理模块，n ^ 3, η为正整数，其中，所述天线连接信号处理模块，用于接收车载单元发出的微波信号，并传输给信号处理模块；所述信号处理模块一端连接η个天线，另一端连接数据处理模块，用于接收天线传输的微波信号，对所述微波信号进行处理，将处理后的微波信号传输给数据处理模块，包括η-1个鉴相器；所述每个鉴相器的一端连接两个天线，另一端连接数据处理模块，用于将两个天线传输的微波信号进行鉴相处理，得到相应的相位差并传输给数据处理模块；所述数据处理模块连接信号处理模块中的η-1个鉴相器，用于接收鉴相器发送的相位差，并根据鉴相器传输的相位差得到车载单元的位置。
优选的，所述数据处理模块，用于根据鉴相器传输的相位差，与预置的对照表进行对照，查找车载单元的位置，其中，所述对照表中包括相位差与车载单元位置的对应关系。优选的，所述数据处理模块，用于根据鉴相器传输的相位差，计算得到车载单元与两个天线之间的距离差，根据所述距离差及天线的空间坐标，计算得到车载单元的位置。优选的，所述信号处理模块还包括:本振电路和η个混频器，n ^ 3，η为正整数，其中，所述本振电路，连接η个混频器，用于输出本振信号给混频器；所述混频器，分别连接天线、本振电路和鉴相器，用于接收天线传输的微波信号和本振电路输出的本振信号，将所述微波信号与本振信号进行混频，得到混频信号并传输给鉴相器。优选的，所述信号处理模块还包括:η个放大器，n ^ 3, η为正整数，其中，所述放大器一端连接天线，一端连接混频器，用于接收天线传输的微波信号并进行放大处理，将处理后的放大信号发送给混频器。相应的，本申请还公开了一种车载单元定位方法，包括:天线接收车载单元发出的微波信号，并传输给信号处理模块；信号处理模块中的鉴相器对两个天线传输的微波信号进行鉴相处理，得到两个天线之间相位差并传输给数据处理模块；数据处理模块接收鉴相器传输的相位差，并根据所述相位差得到车载单元的位
置。 优选的，所述根据所述相位差得到车载单元的位置，包括:根据鉴相器传输的相位差，与预置的对照表进行对照，查找车载单元的位置。优选的，所述根据所述相位差得到车载单元的位置，包括:将所述相位差与微波信号的波长相乘，得到车载单元与两个天线之间的距离差；数据处理模块根据所述距离差及天线的空间坐标，计算得到车载单元的位置。优选的，所述的方法还包括:信号处理模块中的本振电路输出本振信号给混频器；信号处理模块中的混频器接收天线传输的微波信号和本振电路输出的本振信号，将所述微波信号与本振信号进行混频，得到混频信号并传输给鉴相器。优选的，信号处理模块中的放大器接收天线传输的微波信号并进行放大处理，将处理后的放大信号发送给混频器。与现有技术相比，本申请包括以下优点:本申请提供一种车载单元定位装置及方法，所述装置包括η个天线，信号处理模块和数据处理模块，其中n ^ 3，η为正整数。天线接收车载单元发出的微波信号，并传输给信号处理模块，信号处理模块中的鉴相器对两个天线传输的微波信号进行鉴相处理，得到两个天线之间相位差并传输给数据处理模块,数据处理模块接收鉴相器传输的相位差，并根据所述相位差获取车载单元的位置。本申请受信号源功率的大小影响较少，并且由于天气等原因而可能会导致的微波信号受到不同程度的衰减，对本申请影响同样较少，应此本申请不易受到外界的影响，定位更较准确。其次，本申请可以采用两种方法获取车载单元的位置，方法一根据鉴相器传输的相位差，计算得到车载单元与两个天线之间的距离差，根据所述距离差及天线的空间坐标，计算获取车载单元的位置。方法一通过计算获取的车载单元的位置更加精确。方法二根据鉴相器传输的相位差，与预置的对照表进行对照，获取车载单元的位置。方法二通过查找具有相位差与车载单元位置的对应关系的对照表，可以更加快速的确定的车载单元的位置，进而更加快速的匹配对应通信的RSU装置。再次，所述的信号处理模块还包括本振电路、η个混频器和η个放大器，n ^ 3。对输入的微波信号可以先进行放大处理，进一步减少信号传输的衰减对微波信号的影响。然后再将放大信号和本振电路输出的本振信号进行混频，得到混频信号并传输给鉴相器进行后续的处理，进一步提高信号处理的精度，降低传输衰减的影响，降低成本。
图1是ETC系统通信区域划分示意图；图2是本申请实施例所述一种车载单元定位装置结构图；图3是本申请实施例所述方法二中相位差区域示意图；图4是本申请优选实施例所述一种车载单元定位装置结构图；图5是本申请实施例所述一种车载单元定位方法流程图。
具体实施例方式为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式
对本申请作进一步详细的说明。参照图1，给出了 ETC系统通信区域划分示意图。
图1中虚线标识的椭圆区域为RSU的通信区域，图1中包含3个车道，5个通信区域，则有5个RSU在3个车道中进行通信。图1中箭头标识的线路为OBU行进路线，即车辆行进路线，所述行进路线为可能的行进路线。例如，车辆原本在车道I中行驶，由于某种原因，车辆改变了行驶的车道，此时就需要确定车辆的位置，以确定车辆中的OBU应该与那个RSU进行通信。现有技术中OBU的定位方法是在两个不同位置设置的接收装置接收OBU装置的微波信号，因为信号传输中功率会发生衰减，因此不同位置的接收装置接收的信号功率是不同的。根据接收到的微波信号功率的大小，就可以确定OBU的位置。但是此种方法受信号源功率影响较大，并且信号在传输中容易受到各方面的影响，例如恶劣的天气(如大雨)等，都可能会导致两个接收装置接收的微波信号受到不同程度的衰减，进而导致定位的不准确。本申请提供一种车载单元定位装置，受信号源功率的大小影响较少，并且由于天气等原因而可能会导致的微波信号受到不同程度的衰减，对本申请影响同样较少，应此本申请不易受到外界的影响，定位更较准确。参照图2，给出了本申请实施例所述一种车载单元定位装置结构图。本申请提供了一种车载单元定位装置，包括:η个天线，信号处理模块和数据处理模块，η彡3，η为正整数，其中，所述天线连接信号处理模块，用于接收车载单元发出的微波信号，并传输给信号处理模块。本申请所述的装置可以设置至少3个天线，每个天线都与信号处理模块连接。装有车载单元的车辆在ETC系统中行驶时，车载单元会发出微波信号，天线接收所述微波信号后，会将接收的微波信号传输给信号处理模块进行进一步的处理。所述信号处理模块一端连接η个天线，另一端连接数据处理模块，用于接收天线传输的微波信号，对所述微波信号进行处理，然后将处理后的微波信号传输给数据处理模块，包括η-1个鉴相器。所述每个鉴相器的一端连接两个天线，另一端连接数据处理模块。如图1中，鉴相
器I的一端连接天线I和天线2，鉴相器2的一端连接天线2和天线3，......，鉴相器η-1
的一端连接天线η-1和天线η。所述鉴相器用于将两个天线传输的微波信号进行鉴相处理，得到相应的相位差并传输给数据处理模块。例如，鉴相器I会对天线I和天线2接收的微波信号进行鉴相处理，得到天线I和天线2接收的两个微波信号的相位差，将所述相位差传输给数据处理模块。鉴相器2到鉴相器η-1以此类推，此处不再赘述。所述鉴相器是能够鉴别出输入信号的相差的器件，是使输出电压与两个输入信号之间的相位差有确定关系的电路。所述数据处 理模块连接信号处理模块中的η-1个鉴相器，用于接收鉴相器发送的相位差，并根据鉴相器传输的相位差获取车载单元的位置。综上所述，本申请提供一种车载单元定位装置，所述装置包括η个天线，信号处理模块和数据处理模块，其中n ^ 3。天线接收车载单元发出的微波信号，并传输给信号处理模块，信号处理模块中的鉴相器对两个天线传输的微波信号进行处理，得到对应相位差，数据处理模块接收鉴相器传输的相位差，并根据所述相位差获取车载单元的位置。本申请受信号源功率的大小影响较少，并且由于天气等原因而可能会导致的微波信号受到不同程度的衰减，对本申请影响同样较少，应此本申请不易受到外界的影响，定位更较准确。具体实施中，数据处理模块对鉴相器传输的相位差，可以应用多种不同的方法获取车载单元的位置。方法一所述数据处理模块，用于根据鉴相器传输的相位差，将所述相位差与微波信号的波长相乘，计算得到车载单元与两个天线之间的距离差，根据所述距离差及天线的空间坐标，计算获取车载单元的位置。以设置3个天线为例论述计算过程。假设，天线I和天线2接收的微波信号的相位差为Cl1，天线2和天线3接收的微波信号的相位差为(12，微波信号的波长为入。则天线I和天线2接收微波信号的距离差为D1 = Cl1* λ ；天线2和天线3接收的微波信号的距离差为D2 = d2* λ。在设置天线时就可以确定天线所在位置的空间坐标，因此可以预先存储在数据处理模块中，本申请对于天线所在位置空间坐标的获取方式不做限定。假设车载单元所在位置的空间坐标为(X，y, ζ)，天线I所在位置的空间坐标为(X1, Y1, Z1)，天线2所在位置的空间坐标为(x2，y2, Z2)，天线3所在位置的空间坐标为(χ3，y3，z3)。可以建立关于距离差方程组，通过求解方程组计算车载单元所在位置的空间坐标，进而确定车载单元所在位置。计算公式如下:
权利要求
1.一种车载单元定位装置，其特征在于，包括:n个天线，信号处理模块和数据处理模块，η彡3，η为正整数，其中， 所述天线连接信号处理模块，用于接收车载单元发出的微波信号，并传输给信号处理模块； 所述信号处理模块一端连接η个天线，另一端连接数据处理模块，用于接收天线传输的微波信号，对所述微波信号进行处理，将处理后的微波信号传输给数据处理模块，包括η-1个鉴相器； 所述每个鉴相器的一端连接两个天线，另一端连接数据处理模块，用于将两个天线传输的微波信号进行鉴相处理，得到相应的相位差并传输给数据处理模块； 所述数据处理模块连接信号处理模块中的η-1个鉴相器，用于接收鉴相器发送的相位差，并根据鉴相器传输的相位差得到车载单元的位置。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于， 所述数据处理模块，用于根据鉴相器传输的相位差，与预置的对照表进行对照，查找车载单元的位置，其中，所述对照表中包括相位差与车载单元位置的对应关系。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于， 所述数据处理模块，用于根据鉴相器传输的相位差，计算得到车载单元与两个天线之间的距离差，根据所述距离差及天线的空间坐标，计算得到车载单元的位置。
4.根据权利要求1至3任一所述的装置，其特征在于，所述信号处理模块还包括:本振电路和η个混频器，η彡3，η为正整数，其中， 所述本振电路，连接η个混频器，用于输出本振信号给混频器； 所述混频器，分别连接天线、本振电路和鉴相器，用于接收天线传输的微波信号和本振电路输出的本振信号，将所述微波信号与本振信号进行混频，得到混频信号并传输给鉴相器。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述信号处理模块还包括:η个放大器，η彡3，η为正整数，其中， 所述放大器一端连接天线，一端连接混频器，用于接收天线传输的微波信号并进行放大处理，将处理后的放大信号发送给混频器。
6.一种车载单元定位方法，其特征在于，包括: 天线接收车载单元发出的微波信号，并传输给信号处理模块； 信号处理模块中的鉴相器对两个天线传输的微波信号进行鉴相处理，得到两个天线之间相位差并传输给数据处理模块； 数据处理模块接收鉴相器传输的相位差，并根据所述相位差得到车载单元的位置。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据所述相位差得到车载单元的位置，包括: 根据鉴相器传输的相位差，与预置的对照表进行对照，查找车载单元的位置。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据所述相位差得到车载单元的位置，包括: 将所述相位差与微波信号的波长相乘，得到车载单元与两个天线之间的距离差； 数据处理模块根据所述距离差及天线的空间坐标，计算得到车载单元的位置。
9.根据权利要求6至8任一所述的方法，其特征在于，还包括: 信号处理模块中的本振电路输出本振信号给混频器； 信号处理模块中的混频器接收天线传输的微波信号和本振电路输出的本振信号，将所述微波信号与本振信号进行混频，得到混频信号并传输给鉴相器。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括: 信号处理模块中的放大器接收天线传输的微波信号并进行放大处理，将处理后的放大信号发送给混频器。 ·
全文摘要
本申请提供了一种车载单元定位装置及方法，以解决现有技术定位不准确的问题。所述的装置包括n个天线，信号处理模块和数据处理模块，n≥3，n为正整数。天线接收车载单元发出的微波信号，并传输给信号处理模块，信号处理模块中的鉴相器对两个天线传输的微波信号进行鉴相处理，得到两个天线之间相位差并传输给数据处理模块，数据处理模块接收鉴相器传输的相位差，并根据所述相位差获取车载单元的位置。本申请受信号源功率的大小影响较少，并且由于天气等原因而可能会导致的微波信号受到不同程度的衰减，对本申请影响同样较少，应此本申请不易受到外界的影响，定位更较准确。
文档编号G01S5/06GK103176165SQ20111043080
公开日2013年6月26日 申请日期2011年12月20日 优先权日2011年12月20日
发明者汪飞, 赵志泳, 周双全, 张志平, 夏曙东 申请人:北京北大千方科技有限公司