申请/专利权人：广州市埃特斯通讯设备有限公司

申请日：2016-07-04

公开（公告）日：2024-06-25

公开（公告）号：CN107576935B

主分类号：G01S5/04

分类号：G01S5/04

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.25#授权;2019.05.14#实质审查的生效;2018.01.12#公开

摘要：本发明提供了一种基于卫星载波相位定位原理的OBU定位装置，其特征在于，其设有铝合金壳体、微带天线阵元板、放大滤波下变频板、本振信号板、铝合金隔离板、数字信号处理板和铝合金底盖，所述微带天线阵元板、所述放大滤波下变频板、所述本振信号板、所述铝合金隔离板和所述数字信号处理板之间电气连接，所述铝合金隔离板位于所述本振信号板与所述数字信号处理板之间。本发明提供的定位方法包括下列步骤：安装RSU，确定车道坐标，接收所述OBU所发出的微波信号，计算出多路基带信号的即时载波相位，计算出OBU所在的车道坐标，把所述OBU坐标发送给所述RSU等。本发明巧妙运用了卫星载波相位高精度定位的原理，算法简单，快速准确实现OBU定位，并且安装调试方便。

主权项：1.一种基于卫星载波相位定位原理的OBU定位方法，其特征在于，其包括下列步骤：1将包含本发明基于卫星载波相位定位原理的OBU定位装置的RSU安装在车道的龙门架上，在所述RSU安装好之后，根据所述RSU安装的高度、悬挂角度确定本发明基于卫星载波相位定位原理的OBU定位装置的每个微带天线阵元所在的车道坐标P1X1,Y1,Z1、P2X2,Y2,Z2、P3X3,Y3,Z3、……、PnXn,Yn,Zn；2当安装了OBU的车辆进入所述RSU的通讯区域，所述RSU发送BST信号，所述OBU被RSU的BST信号唤醒，并回应VST信号，此时本发明基于卫星载波相位定位原理的OBU定位装置的多个微带天线阵元会同时接收所述OBU所发出的微波信号；3本发明基于卫星载波相位定位原理的OBU定位装置的多个微带天线阵元所接收的微波信号经过放大、下变频、滤波得到多路中频信号；4所述中频信号经过同步AD采样，数字化后进入FPGA处理，所述FPGA对多路数字化的中频信号进行数字正交下变频、数字滤波等处理，得到多路基带信号的复数表达式，由基带信号的复数表达式计算出多路基带信号的即时载波相位5把每个微带天线阵元所在的车道坐标P1X1,Y1,Z1、P2X2,Y2,Z2、P3X3,Y3,Z3、……、PnXn,Yn,Zn及即时载波相位代入下面方程组即可计算出OBU所在的车道坐标OBUX,Y,Z； ………… 6本发明基于卫星载波相位定位原理的OBU定位装置通过串口把所述OBU坐标发送给所述RSU，所述RSU知道了OBU的位置就可以很好的解决邻道干扰和跟车干扰。

全文数据：一种基于卫星载波相位定位原理的OBU定位装置及方法技术领域[0001]本发明涉及一种OBU定位装置及方法，尤其涉及用一种基于卫星载波相位定位原理的OBU定位装置及方法。背景技术[0002]传统的电子不停车收费主要通过控制路侧单元RSU的微波发射区域及功率，实现与OBU通讯区域的控制，由于OBU不同厂家不同批次的唤醒灵敏度和接收灵敏度差异很大，通过RSU的微波发射区域及功率难以实现通讯区域的准确控制。RSU的微波发射区域大了容易出现邻道干扰及跟车干扰;微波发射区域小了通讯距离变短，过车速度慢，交易成功率低等。[0003]为了解决上述问题，OBU定位技术应运而生，现有的定位技术主要有基于场强测量、角度测量、波束合成等，但现有的OBU定位技术还存在定位精度差、校准困难和工程实施难度大等缺点。发明内容[0004]基于现有技术的不足，本发明采用一种基于卫星载波相位定位原理实现的OBU定位，根据OBU发射的微波信号到达不同接收天线阵元的相位，确定OBU所在车道的XYZ坐标，从而实现对OBU的精确定位。[0005]OBU:S卩OnboardUnit的缩写），直译就是车载单元的意思，就是采用DSRCDedicatedShortRangeCommunication技术，与RSU进行通讯的微波装置。在ETC系统中，OBU放在车上，路边架设路测单元RSU-RoadSideUnit，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。[0006]RSU:是RoadSideUnit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，米用DSRCDedicatedShortRangeCommunication技术，与车载单元（0BU，0nBoardUnit进行通讯，实现车辆身份识别，电子扣分的装置。[0007]ETC:ElectronicTollCollection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。[0008]为了实现上述目的，本发明基于卫星载波相位定位原理的OBU定位装置，其特征在于，其设有铝合金壳体、微带天线阵元板、放大滤波下变频板、本振信号板、铝合金隔离板、数字信号处理板和铝合金底盖，所述铝合金底盖是所述铝合金壳体的底盖，所述铝合金壳体和所述铝合金底盖构成一个封闭的空间，所述微带天线阵元板、所述放大滤波下变频板、所述本振信号板、所述铝合金隔离板和所述数字信号处理板都位于所述密闭的空间内，所述微带天线阵元板、所述放大滤波下变频板、所述本振信号板、所述铝合金隔离板和所述数字信号处理板之间电气连接，所述铝合金隔离板位于所述本振信号板与所述数字信号处理板之间。[0009]作为本发明基于卫星载波相位定位原理的OBU定位装置的改进，本发明基于卫星载波相位定位原理的OBU定位装置的所述微带天线阵元板由四个或者四个以上微带天线阵元组成，所述微带天线阵元之间的物理分布间距小于OBU所发射微波信号的一个波长。。[0010]作为本发明基于卫星载波相位定位原理的OBU定位装置的改进，本发明基于卫星载波相位定位原理的OBU定位装置的所述微波天线阵元的微带天线采用背馈的方式，实现右圆极化。[0011]为了实现上述目的，本发明基于卫星载波相位定位原理的OBU定位方法，其特征在于，其包括下列步骤：[0012]1将包含本发明基于卫星载波相位定位原理的OBU定位装置的RSU装安装在车道的龙门架上，在所述RSU安装好之后，根据所述RSU安装的高度、悬挂角度确定本发明基于卫星载波相位定位原理的OBU定位装置的每个微带天线阵元所在的车道坐标P1U1,Y1J1KP2X2，Y2，Z2、P3X3，Y3，Z3、……、PnXn，Yn，Zn;[0013]⑵当安装了OBU的车辆进入所述RSU的通讯区域，所述RSU发送BST信号，所述OBU被RSU的BST信号唤醒，并回应VST信号，此时本发明基于卫星载波相位定位原理的OBU定位装置的多个微带天线阵元会同时接收所述OBU所发出的微波信号；[0014]3本发明基于卫星载波相位定位原理的OBU定位装置的多个微带天线阵元所接收的微波信号经过放大、下变频、滤波得到多路中频信号；[0015]⑷所述中频信号经过同步AD采样，数字化后进入FPGA处理，所述FPGA对多路数字化的中频信号进行数字正交下变频、数字滤波等处理，得到多路基带信号的复数表达式，由基带信号的复数表达式计算出多路基带信号的即时载波相位....,[0016]5把每个微带天线阵元所在的车道坐标?:“:，Y1,Z1KP2U2，Y2，Z2、P3X3,Y3,Z3、……、?11乂11，¥11，211及即时载波相位代入下面方程组即可计算出OBU所在的车道坐标0BUX，Y，Z;[0018]6本发明基于卫星载波相位定位原理的OBU定位装置通过串口把所述OBU坐标发送给所述RSU，所述RSU知道了OBU的位置就可以很好的解决邻道干扰和跟车干扰。[0019]与现有技术相比较，本发明基于卫星载波相位定位原理的OBU定位装置及方法具有以下有益效果：巧妙运用了卫星载波相位高精度定位的原理，算法简单，快速准确实现OBU定位，并且安装调试方便。附图说明[0020]图1为本发明基于卫星载波相位定位原理的OBU定位装置优选实施例的的方框示意图[0021]图2为本发明基于卫星载波相位定位原理的OBU定位装置优选实施例的的剖视图。[0022]图3为本发明基于卫星载波相位定位原理的OBU定位装置优选实施例的的分解图。[0023]图4为本发明基于卫星载波相位定位原理的OBU定位装置优选实施例的的微带天线阵元图。[0024]图5为本发明基于卫星载波相位定位原理的OBU定位装置优选实施例的的RSU内部结构图。[0025]图6为本发明基于卫星载波相位定位原理的OBU定位方法优选实施例的流程图。[0026]图7为本发明基于卫星载波相位定位原理的OBU定位方法优选实施例的车道坐标示意图。[0027]图8为本发明基于卫星载波相位定位原理的OBU定位方法优选实施例的ETC车道示意图。具体实施方式[0028]本发明基于卫星载波相位定位原理的OBU定位装置及方法适用于ETC车道。[0029]参考图1，图2,图3,图4,图5,图6、图7和图8,下文将详细描述本发明基于卫星载波相位定位原理的OBU定位装置及方法。[0030]本实施例中的一种本发明基于卫星载波相位定位原理的OBU定位装置，其特征在于，其设有铝合金壳体3、微带天线阵元板1、放大滤波下变频板2、本振信号板4、铝合金隔离板5、数字信号处理板6和铝合金底盖7,所述铝合金底盖7是所述铝合金壳体3的底盖，所述铝合金壳体3和所述铝合金底盖7构成一个封闭的空间8,所述微带天线阵元板1、所述放大滤波下变频板2、所述本振信号板4、所述铝合金隔离板5和所述数字信号处理6板都位于所述密闭的空间8内，所述微带天线阵元板1、所述放大滤波下变频板2、所述本振信号板4、所述铝合金隔离板5和所述数字信号处理板6之间电气连接，所述铝合金隔离板5位于所述本振信号板4与所述数字信号处理板6之间。[0031]在本实施例中，本发明基于卫星载波相位定位原理的OBU定位装置的所述微带天线阵元板1由四个或者四个以上微带天线阵元1.1组成，所述微带天线阵元1.1之间的物理分布间距小于OBU所发射微波信号的一个波长。[0032]在本实施例中，本发明基于卫星载波相位定位原理的OBU定位装置的所述微带天线阵元1.1的微带天线采用背馈的方式，实现右圆极化。[0033]在本实施例中，本发明基于卫星载波相位定位原理的OBU定位装置的所述微带天线阵元板1用于接收OBU发射的微波信号。[0034]在本实施例中，本发明基于卫星载波相位定位原理的OBU定位装置的所述放大滤波下变频板2把所述微带天线阵元板1所接收的多路微波信号分别放大、下变频、滤波，输出中频信号。[0035]在本实施例中，本发明基于卫星载波相位定位原理的OBU定位装置的所述铝合金壳体:铝合金壳体3是本发明基于卫星载波相位定位原理的OBU定位装置的支架。[0036]在本实施例中，本发明基于卫星载波相位定位原理的OBU定位装置的所述本振信号板4由同一锁相环产生多路本振信号，供下变频使用。[0037]在本实施例中，本发明基于卫星载波相位定位原理的OBU定位装置的所述铝合金隔离板5起到信号隔离屏蔽作用，防止所述数字信号处理板6的数字信号串扰到射频放大电路。[0038]在本实施例中，本发明基于卫星载波相位定位原理的OBU定位装置的所述数字信号处理板6把多路中频模拟信号同步采样数字化，数字正交下变频、数字滤波，并采用载波相位定位原理对OBU位置坐标进行计算，然后通过RS232口输出OBU的位置坐标给RSU。[0039]本实施例中的一种基于卫星载波相位定位原理的OBU定位方法，其特征在于，其包括下列步骤：[0040]1将包含本发明基于卫星载波相位定位原理的OBU定位装置的RSU装安装在车道的龙门架上，在所述RSU安装好之后，根据所述RSU安装的高度、悬挂角度确定本发明基于卫星载波相位定位原理的OBU定位装置的每个所述微带天线阵元1.1所在的车道坐标?:“:，Υι,ΖΟβΧΧιΥιΖΟβΜΧιΥιΖΟ、……、PnXn，Yn，Zn;[0041]2当安装了OBU的车辆进入所述RSU的通讯区域，所述RSU发送BST信号，所述OBU被RSU的BST信号唤醒，并回应VST信号，此时本发明基于卫星载波相位定位原理的OBU定位装置的多个所述微带天线阵元1.1会同时接收所述OBU所发出的微波信号；[0042]3本发明基于卫星载波相位定位原理的OBU定位装置的多个所述微带天线阵元1.1所接收的微波信号经过放大、下变频、滤波得到多路中频信号；[0043]4所述中频信号经过同步AD采样，数字化后进入FPGA处理，所述FPGA对多路数字化的中频信号进行数字正交下变频、数字滤波等处理，得到多路基带信号的复数表达式，由基带信号的复数表达式计算出多路基带信号的即时载波相仡[0044]5把每个微带天线阵元所在的车道坐标?:…，Y1,Z1KP2U2，Y2，Z2、P3X3,Y3,Z3,……、?11乂11，¥11，211及即时载波相位代入下面方程组即可计算出OBU所在的车道坐标0BUX，Y，Z;[0046]上述定位公式推导过程如下：全球卫星定位系统的定位原理就是要得到用户（载体高精度的瞬时位置。由于不能保证接收机的时钟和卫星的时钟同步所以引入时间误差△t，同时多接收第4颗卫星的信号，可以消除At的影响。定位过程是:首先，根据卫星广播的星历，计算出第i颗卫星的准确位置Xl，yi，Zl其次根据测量的码伪距或相位伪距，计算出用户与第i颗卫星之间的相对距离CU;最后根据导航方法计算出用户的三维位置x，y，z。如图A，假t时刻在地面待测点上安置GPS接收机，根据接收机所接收到的卫星星历等数据可以确定以下四个方程：[0052]上述的四个方程中待测点的坐标x，y，z和用户与卫星时钟之间的时差用At为未知数，其中di是分别卫星1，2，3，4到接收机的之间的距离，di=c«Ati=l，2,3,4.At为卫星1，2,3,4分别到达接收机所经历的时间，C为光速分别是各卫星的在t时刻的坐标，其可由卫星导航电文求得.由此可见，只要测量得到4颗卫星的伪距，就可以同时得到用户的三维位置x，y，z和用户钟与卫星钟之间的钟差At。[0053]伪距以测距码作为量测信号，因测距码的波长较长，难以达到较高的精度。而载波相位测量不使用测距码信号，不受测距码控制，属于非测距码测量系统。载波信号是一种周期性的正弦信号，相位测量只能测定起不足一个波长的小数部分，无法测定起整波长个数，通过其它途径确定整波长个数，即可准确测量伪距。[0054]在卫星导航定位的应该中，使用载波相位定位可以获得很高的定位精度，本发明使用基于卫星载波相位定位的原理，实现对OBU的精确定位。载波信号是一种周期性的正弦信号，而相位测量又只能测定其不足一个波长的部分。OBU发射的微波信号到达接收天线Pn所经过的距离dn可以表示成N个整波长与不足一个波长载波相位离的和，即[0055]OBU发射出微波信号，设某一瞬间该信号在接收天线Pn的相位为·，在OBU处该信号相位为约，贝，因此OBU发射的微波信号到达接收天线Pn所经过的距离1可以表示成[0058]在车道坐标系中，0BUX，Y，Ζ到接收微带天线阵元PnXn，Yn，Zn的距离可表示为[0059]设RSU上面有nn3个接收天线阵元，并且接收天线阵元间的距离小于OBU发射信号的一个波长，则OBU发射信号到达各个接收天线阵元所经过的整数波长数N是相等的。车道坐标如图3所示，列出OBU到各接收阵元的方程式有：[0061]由于接收天线阵元的坐标PnXn，Yn，Zn可以通RSU的安装高度、角度和接收天线阵元的物理分布来确定，因此最少只需4个接收阵元，得到4个方程组即可计算出OBU的坐标0BUX，Y，Z。[0062]6本发明基于卫星载波相位定位原理的OBU定位装置通过串口把所述OBU坐标发送给所述RSU，所述RSU知道了OBU的位置就可以很好的解决邻道干扰和跟车干扰。[0063]与现有技术相比较，本发明基于卫星载波相位定位原理的OBU定位装置及方法具有以下有益效果：巧妙运用了卫星载波相位高精度定位的原理，算法简单，快速准确实现OBU定位，并且安装调试方便。[0064]以上所揭露的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

权利要求：1.一种基于卫星载波相位定位原理的OBU定位装置，其特征在于，其设有铝合金壳体、微带天线阵元板、放大滤波下变频板、本振信号板、铝合金隔离板、数字信号处理板和铝合金底盖，所述铝合金底盖是所述铝合金壳体的底盖，所述铝合金壳体和所述铝合金底盖构成一个封闭的空间，所述微带天线阵元板、所述放大滤波下变频板、所述本振信号板、所述铝合金隔离板和所述数字信号处理板都位于所述密闭的空间内，所述微带天线阵元板、所述放大滤波下变频板、所述本振信号板、所述铝合金隔离板和所述数字信号处理板之间电气连接，所述铝合金隔离板位于所述本振信号板与所述数字信号处理板之间。2.根据权利要求1所述基于卫星载波相位定位原理的OBU定位装置，其特征在于:所述微带天线阵元板由四个或者四个以上微带天线阵元组成，所述微带天线阵元之间的物理分布间距小于OBU所发射微波信号的一个波长。3.根据权利要求2所述基于卫星载波相位定位原理的OBU定位装置，其特征在于:所述微波天线阵元的微带天线采用背馈的方式，实现右圆极化。4.一种基于卫星载波相位定位原理的OBU定位方法，其特征在于，其包括下列步骤：1将包含本发明基于卫星载波相位定位原理的OBU定位装置的RSU装安装在车道的龙门架上，在所述RSU安装好之后，根据所述RSU安装的高度、悬挂角度确定本发明基于卫星载波相位定位原理的OBU定位装置的每个微带天线阵元所在的车道坐标P1U1,Y1,Z1、P2X2，Υ2，Ζ2、Ρ3Χ3，Υ3，Ζ3、……、PnXn，Yn，Zn;2当安装了OBU的车辆进入所述RSU的通讯区域，所述RSU发送BST信号，所述OBU被RSU的BST信号唤醒，并回应VST信号，此时本发明基于卫星载波相位定位原理的OBU定位装置的多个微带天线阵元会同时接收所述OBU所发出的微波信号；3本发明基于卫星载波相位定位原理的OBU定位装置的多个微带天线阵元所接收的微波信号经过放大、下变频、滤波得到多路中频信号；4所述中频信号经过同步AD采样，数字化后进入FPGA处理，所述FPGA对多路数字化的中频信号进行数字正交下变频、数字滤波等处理，得到多路基带信号的复数表达式，由基带信号的复数表达式计算出多路基带信号的即时载波相位5把每个微带天线阵元所在的车道坐X1,Y1,Z1KP2UhY^Z2KP3X3,Y3,Z3,……!!“!!，!!。!^及即时载波相位1代入下面方程组即可计算出OBU所在的车道坐标0BUX，Y，Z;6本发明基于卫星载波相位定位原理的OBU定位装置通过串口把所述OBU坐标发送给所述RSU，所述RSU知道了OBU的位置就可以很好的解决邻道干扰和跟车干扰。

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