[发明专利]一种高速公路ETC性能快速检测车系统

权利要求书

1.一种高速公路ETC性能快速检测车系统，其特征在于，ETC性能检测模块和轮速编码器采集等间距标准阵列天线的ETC射频物理信息和检测车的轮速和车速信息，构建ETC射频采集信息与采集点位置之间的映射关系，所述ETC射频采集信息包括物理性能指标和协议指标，并以检测车自动采集结束后采集点的路面中心线为坐标系建立三维ETC射频采集数据矩阵D：

D = {X-x_r，Y，S}

X={x ₀，x₁，…，x_m}^T

Y={y₀，y₁，…，y_n} ^T

S={S₀₀，S₀₁，…，S_mn} ^T

式中，x为车道标横向坐标位置集合，由等距标准天线距离确定，其标准天线数量为m；x_r为检测车中心与车道中心之间距离差，由全景相机采集标线位置像素距离确定；y为车道纵向ETC采集点纵向坐标集合，由单位采集频率下的检测车行车距离确定；S为采集的ETC场强信息集合；

在车道纵向上按每隔距离L提取ETC场强最大值实现轮廓提取以形成新矩阵D_L:

D_L={X-x_r，Y_L，S_L}

X = {x₀，x₁，…，x_m}^T

Y_L={y_L0，y_L1，…，y_Ln} ^T

S_L={S_L00，S_L01，…，S_Lmn} ^T

基于S_L，以X向量为轴，构建表示每个X_i对应的Y-S平面的矩阵D_LD：

D_LD={(x₀,y_1,2,…,n,S_{00,01, …,0n}),

(x₁,y_0,1,…,n,S_{10,11, …,1n}), …,

(x_m,y_0,1,…,n,S_{m0,m1, …,mn})}

对D_LD矩阵的X向量进行自适应滤波器进行滤波运算，采用LMS算法对数据进行处理消除信号传播过程中随机噪声:

S_w(n-1) = w_(n-1)^T y_(n-1)

e_(n-1) = S_(n-1) – S_w(n-1)

w_(n) = w_(n-1) + e_(n-1)y_(n-1)*

式中，y_(n-1) 为前一组数据经过滤波窗后的结果；e_(n-1)为前一组数据滤波结果与实际数据的差值；w_(n)为新的滤波器参数，其中，S_(n-1)为前一组场强值滤波窗口处理后的结果；S_(n-1)为前一组场强原数据；y_(n-1)*为y_(n-1)的共轭矩阵；矩阵D_LD通过LMS滤波器后得到新的矩阵D_LDF矩阵形式与D_LD相同；

基于矩阵D_LDF对数据进行函数拟合，采用三级傅里叶级数形式的拟合计算出拟合系数以及反映拟合效果的参数R，其中R为拟合结果与原数据相关系数的平方值:

S_Li=a₀+a₁cos(ωy_i)+b₁sin(ωy_i)+a₂cos(2ωy_i)+b₂sin(2ωy_i)+a₃cos(3ωy_i)+b3sin(3ωy_i)

式中，S_Li为拟合之后新的场强数据，a₀为傅里叶级数常数项系数，a_i为余弦项系数，b_i为正弦项系数，ω为三角函数的角频率；

或者采用一阶函数拟合法逐点计算出场强在当前距离的一阶导数:

S_Li=a_iy_Li+b_i

通过拟合方法得到表示数据分布特性的函数后，按固定间距对其进行插值获得新的拟合矩阵D_Fit：

D_Fit={X_Fit-x_r，Y_Fit，S_Fit}

X_Fit={x₀，x_Fit1，…，x_Fitm}^T

Y_Fit={y_L0，y_Fit1，…，y_Fitn} ^T

S_Fit={S_Fit00，S_Fit01，…，S_Fitmn}^T

基于拟合矩阵D_Fit针对不同S_Fit场强值，通过最小二乘法数值拟合出不同场强下的ETC场强数据分布函数F(x,y,S)，即获得车道路面的场强分布情况；

基于分布函数求出场强最大值的坐标（x_max，y_max，S_max）计算出ETC天线安装的纵向偏角和俯角，其中：

θ_偏角=arctan((x_max)/(y_max))

θ_俯角= arctan(h_安装/(y_max))

式中，h_安装为ETC天线的安装高度。