[發(fā)明專(zhuān)利]一種利用無(wú)源多波束天線進(jìn)行定位的方法和系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210567116.4
• 申請(qǐng)日: 2012-12-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103901399A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-07-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王致遠(yuǎn);段起志
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京握奇數(shù)據(jù)系統(tǒng)有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G01S5/02
• 分類(lèi)號(hào): G01S5/02
• 代理公司: 北京天悅專(zhuān)利代理事務(wù)所(普通合伙) 11311
• 代理人: 田明;任曉航

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于智能交通技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用無(wú)源多波束天線進(jìn)行定位的方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)

ETC系統(tǒng)（Electric?Toll?Collect，電子不停車(chē)收費(fèi)）的出現(xiàn)，改變了傳統(tǒng)人工收費(fèi)的方式，使得車(chē)輛在通過(guò)高速公路、橋梁或隧道的收費(fèi)站時(shí)，無(wú)需停車(chē)即可完成繳費(fèi)的過(guò)程，大大提高了道路的利用率，提高了車(chē)輛的通行速度，降低了交通擁堵，在一定程度上減少了碳排放。同時(shí)也減少了收費(fèi)站的人工需求，降低了收費(fèi)車(chē)道的運(yùn)營(yíng)成本。不停車(chē)的收費(fèi)方式被越來(lái)越多的國(guó)家和城市所采用。

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市車(chē)輛的快速增長(zhǎng)導(dǎo)致的交通擁擠問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重。傳統(tǒng)ETC采用單車(chē)道設(shè)置，一車(chē)一桿，車(chē)輛通行速度很難超過(guò)40km/h，且車(chē)道設(shè)備占用路面面積較大，不適于隧道、橋梁或?qū)挾扔邢薜氖召M(fèi)路口。

而多車(chē)道自由流的收費(fèi)方式不設(shè)置車(chē)道欄桿，多車(chē)道之間沒(méi)有隔離，使得車(chē)輛通行速度進(jìn)一步提高，收費(fèi)站不再是道路擁堵的關(guān)卡。同時(shí)也降低了車(chē)道基礎(chǔ)建設(shè)的成本和占用路面的面積，這尤其對(duì)路橋收費(fèi)和隧道收費(fèi)至關(guān)重要。另外，一些城市擁堵嚴(yán)重的國(guó)家，也采取多車(chē)道自由流的收費(fèi)方式，實(shí)行擁堵收費(fèi)，依照時(shí)間段對(duì)進(jìn)入擁堵路段的車(chē)輛進(jìn)行浮動(dòng)收費(fèi)，限制車(chē)輛數(shù)量，緩解擁堵?tīng)顩r。

多車(chē)道自由流是電子不停車(chē)收費(fèi)的一種方式，它與傳統(tǒng)ETC系統(tǒng)的區(qū)別是不劃分車(chē)道，不使用欄桿。車(chē)輛直接通過(guò)而無(wú)需減速，可以任意并線行駛。對(duì)于自由流系統(tǒng)，其框架圖如圖1所示。

多車(chē)道自由流系統(tǒng)組成框圖如圖2所示，多車(chē)道自由流系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：車(chē)載電子標(biāo)簽OBU（On?Board?Unit，車(chē)載單元）、電子標(biāo)簽讀寫(xiě)天線RSU（Roadside?Unit，路測(cè)單元）、車(chē)輛檢測(cè)與車(chē)型定位、圖像抓拍與車(chē)牌識(shí)別、車(chē)道協(xié)調(diào)系統(tǒng)和結(jié)算后臺(tái)。

安裝OBU的車(chē)輛通過(guò)自由流收費(fèi)站時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)工作過(guò)程如下：

車(chē)型識(shí)別：車(chē)輛通過(guò)龍門(mén)架前，車(chē)輛檢測(cè)與車(chē)型識(shí)別系統(tǒng)采用激光光柵掃描，獲得通過(guò)的車(chē)輛在外形尺寸，判斷車(chē)型，作為繳費(fèi)金額的依據(jù)；

微波定位：通過(guò)接收OBU發(fā)射的射頻信號(hào)，對(duì)OBU進(jìn)行定位，配合車(chē)型識(shí)別功能一起，判斷OBU上登記的車(chē)型與實(shí)際車(chē)型是否一致，若不一致則在后臺(tái)記錄，做違規(guī)處理；

標(biāo)簽讀寫(xiě)：車(chē)輛進(jìn)入RSU天線覆蓋區(qū)域內(nèi)，OBU被激活，開(kāi)始與RSU進(jìn)行認(rèn)證通信。通常情況下，RSU在確認(rèn)OBU合法后，記錄該OBU的MAC號(hào)，作為繳費(fèi)的依據(jù)，在后臺(tái)系統(tǒng)中完成扣費(fèi)，同時(shí)生成交易流水號(hào)；

圖像抓拍：在進(jìn)行通信交易的同時(shí)，圖像抓拍系統(tǒng)抓拍車(chē)輛照片，并對(duì)圖像進(jìn)行車(chē)牌識(shí)別。抓拍圖像同時(shí)也自動(dòng)生成流水號(hào)（規(guī)則與交易流水號(hào)相同），與交易流水號(hào)匹配，自動(dòng)轉(zhuǎn)入保存；不能與交易流水號(hào)對(duì)應(yīng)的圖像，判定為違規(guī)車(chē)輛，作為費(fèi)用追討的依據(jù)。

自由流由于不限制來(lái)車(chē)的車(chē)道，又要對(duì)非法車(chē)輛進(jìn)行稽查，所以需要對(duì)車(chē)輛及其所安裝的OBU進(jìn)行匹配，現(xiàn)有的匹配方法是用激光光柵對(duì)車(chē)體位置進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)用微波定位的方法對(duì)OBU的位置進(jìn)行測(cè)量，將兩者的位置進(jìn)行匹配，以最終實(shí)現(xiàn)車(chē)輛和OBU的配對(duì)。

多車(chē)道自由流的收費(fèi)方式已經(jīng)受到許多國(guó)家和城市的關(guān)注，是未來(lái)智能交通領(lǐng)域的一個(gè)重要發(fā)展方向。在自由流的使用中提出了對(duì)車(chē)輛OBU進(jìn)行定位的需求。現(xiàn)有的定位方案主要有兩種：

第一種方案是將RSU在龍門(mén)架每間隔約1m安裝一臺(tái)，從每臺(tái)RSU中提取OBU的幅度信息，通過(guò)相應(yīng)算法得到OBU的位置信息。該方案的優(yōu)點(diǎn)是單個(gè)模塊的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)較簡(jiǎn)單；該方案的缺點(diǎn)是需要的RSU模塊數(shù)量很多，對(duì)于三車(chē)道需要約十個(gè)模塊。各個(gè)模塊的一致性要求很高，校準(zhǔn)困難且模塊級(jí)聯(lián)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)較復(fù)雜。

第二種方案是利用相控陣天線進(jìn)行定位，即通過(guò)有源移相裝置在不同時(shí)間點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)多個(gè)波束，利用不同波束所得到的相位及幅度信息，通過(guò)相應(yīng)算法實(shí)現(xiàn)定位。該方案的優(yōu)點(diǎn)是模塊數(shù)量較少，一個(gè)車(chē)道只需要一個(gè)，該方案的缺點(diǎn)是硬件難度大，成本高，產(chǎn)品平均無(wú)故障時(shí)間短，各個(gè)波束為時(shí)分，加大定位難度。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種利用無(wú)源多波束天線進(jìn)行定位的方法和系統(tǒng)。該方法和系統(tǒng)能夠利用無(wú)源多波束的方法實(shí)現(xiàn)自由流定位的需求，以較低成本，較簡(jiǎn)單的方式達(dá)到較高的定位精度。

為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種利用無(wú)源多波束天線進(jìn)行定位的方法，包括以下步驟：

（1）利用無(wú)源的方式在一個(gè)定位模塊中產(chǎn)生多個(gè)波束，采集到同一OBU車(chē)載單元的信號(hào)；