[发明专利]一种利用无源多波束天线进行定位的方法和系统

说明书

技术领域

本发明属于智能交通技术领域，具体涉及一种利用无源多波束天线进行定位的方法和系统。

背景技术

ETC系统（Electric Toll Collect，电子不停车收费）的出现，改变了传统人工收费的方式，使得车辆在通过高速公路、桥梁或隧道的收费站时，无需停车即可完成缴费的过程，大大提高了道路的利用率，提高了车辆的通行速度，降低了交通拥堵，在一定程度上减少了碳排放。同时也减少了收费站的人工需求，降低了收费车道的运营成本。不停车的收费方式被越来越多的国家和城市所采用。

随着经济的发展，城市车辆的快速增长导致的交通拥挤问题越来越严重。传统ETC采用单车道设置，一车一杆，车辆通行速度很难超过40km/h，且车道设备占用路面面积较大，不适于隧道、桥梁或宽度有限的收费路口。

而多车道自由流的收费方式不设置车道栏杆，多车道之间没有隔离，使得车辆通行速度进一步提高，收费站不再是道路拥堵的关卡。同时也降低了车道基础建设的成本和占用路面的面积，这尤其对路桥收费和隧道收费至关重要。另外，一些城市拥堵严重的国家，也采取多车道自由流的收费方式，实行拥堵收费，依照时间段对进入拥堵路段的车辆进行浮动收费，限制车辆数量，缓解拥堵状况。

多车道自由流是电子不停车收费的一种方式，它与传统ETC系统的区别是不划分车道，不使用栏杆。车辆直接通过而无需减速，可以任意并线行驶。对于自由流系统，其框架图如图1所示。

多车道自由流系统组成框图如图2所示，多车道自由流系统主要由以下几部分组成：车载电子标签OBU（On Board Unit，车载单元）、电子标签读写天线RSU（Roadside Unit，路测单元）、车辆检测与车型定位、图像抓拍与车牌识别、车道协调系统和结算后台。

安装OBU的车辆通过自由流收费站时，整个系统工作过程如下：

车型识别：车辆通过龙门架前，车辆检测与车型识别系统采用激光光栅扫描，获得通过的车辆在外形尺寸，判断车型，作为缴费金额的依据；

微波定位：通过接收OBU发射的射频信号，对OBU进行定位，配合车型识别功能一起，判断OBU上登记的车型与实际车型是否一致，若不一致则在后台记录，做违规处理；

标签读写：车辆进入RSU天线覆盖区域内，OBU被激活，开始与RSU进行认证通信。通常情况下，RSU在确认OBU合法后，记录该OBU的MAC号，作为缴费的依据，在后台系统中完成扣费，同时生成交易流水号；

图像抓拍：在进行通信交易的同时，图像抓拍系统抓拍车辆照片，并对图像进行车牌识别。抓拍图像同时也自动生成流水号（规则与交易流水号相同），与交易流水号匹配，自动转入保存；不能与交易流水号对应的图像，判定为违规车辆，作为费用追讨的依据。

自由流由于不限制来车的车道，又要对非法车辆进行稽查，所以需要对车辆及其所安装的OBU进行匹配，现有的匹配方法是用激光光栅对车体位置进行测量，同时用微波定位的方法对OBU的位置进行测量，将两者的位置进行匹配，以最终实现车辆和OBU的配对。

多车道自由流的收费方式已经受到许多国家和城市的关注，是未来智能交通领域的一个重要发展方向。在自由流的使用中提出了对车辆OBU进行定位的需求。现有的定位方案主要有两种：

第一种方案是将RSU在龙门架每间隔约1m安装一台，从每台RSU中提取OBU的幅度信息，通过相应算法得到OBU的位置信息。该方案的优点是单个模块的设计和实现较简单；该方案的缺点是需要的RSU模块数量很多，对于三车道需要约十个模块。各个模块的一致性要求很高，校准困难且模块级联的拓扑结构较复杂。

第二种方案是利用相控阵天线进行定位，即通过有源移相装置在不同时间点上实现多个波束，利用不同波束所得到的相位及幅度信息，通过相应算法实现定位。该方案的优点是模块数量较少，一个车道只需要一个，该方案的缺点是硬件难度大，成本高，产品平均无故障时间短，各个波束为时分，加大定位难度。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种利用无源多波束天线进行定位的方法和系统。该方法和系统能够利用无源多波束的方法实现自由流定位的需求，以较低成本，较简单的方式达到较高的定位精度。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种利用无源多波束天线进行定位的方法，包括以下步骤：

（1）利用无源的方式在一个定位模块中产生多个波束，采集到同一OBU车载单元的信号；