基于DSRC的防邻道干扰方法、装置及应用系统
阅读：125发布：2024-02-27
专利汇可以提供基于DSRC的防邻道干扰方法、装置及应用系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 申请 公开了一种基于DSRC的防 邻道干扰 方法、装置和DSRC应用系统。方法包括以下步骤： 信号 接受步骤：RSU接收OBU发送的 微波 信号； 定位 步骤：RSU根据OBU发送的微波信号，获得OBU的定位信息；判断步骤：RSU根据OBU的定位信息，判断OBU的 位置 是否在预设的处理区域内；处理步骤：如果OBU的位置在预设的处理区域内，则RSU按预设方案发出处理指令。本申请利用车辆定位技术判断车辆属于本道车辆还是邻道车辆，并根据判断结果对本道车辆进行处理，使邻道车辆上的OBU不会对本道车辆上的OBU与RSU之间的正常交互过程产生干扰，从而有效地解决了车辆邻道干扰问题，降低了错误处理的几率。，下面是基于DSRC的防邻道干扰方法、装置及应用系统专利的具体信息内容。
1.一种基于专用短程通信的防邻道干扰方法,其特征在于，包括以下步骤：
信号接受步骤：路侧单元接收车载单元发送的微波信号；
定位步骤：路侧单元根据所述车载单元发送的微波信号，获得所述车载单元的定位信息；
判断步骤：路侧单元根据所述车载单元的定位信息，判断其位置是否在预设的处理区域内；
处理步骤：如果所述车载单元的位置在预设的处理区域内，路侧单元按预设方案发出处理指令。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述处理步骤中，路侧单元按预设方案发出处理指令的具体方式为：路侧单元向所述车载单元发出收费指令。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述判断处理步骤中，如果路侧单元判断所述车载单元的位置不在预设的处理区域内，则不发出处理指令。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述定位步骤中，所述车载单元的定位信息包括第一方向的位置坐标。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述定位步骤中，所述车载单元的定位信息还包括第二方向的位置坐标，其中，第一方向与第二方向垂直。
6.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述定位步骤采用相位差定位法。
7.一种基于专用短程通信的防邻道干扰装置，其特征在于，包括路侧单元，所述路侧单元包括：
信号接受模块：用于接收车载单元发送的微波信号；
定位模块：用于根据所述车载单元发送的微波信号，获得所述车载单元的定位信息；
判断模块：用于根据所述车载单元的定位信息，判断所述车载单元的位置是否在预设的处理区域内；
处理模块：用于当所述判断模块判断所述车载单元的位置在预设的处理区域内时，按预设方案发出处理指令。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述处理模块为交易模块，用于向所述车载单元发出收费指令。
9.一种专用短程通讯应用系统，其特征在于，包括权利要求7或8所述的防邻道干扰装置。
10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述专用短程通讯应用系统为单车道带栏杆机电子不停车收费系统、单车道自由流系统或多车道自由流系统，所述信号接收模块设置在所述单车道带栏杆机电子不停车收费系统或单车道自由流系统的对应车道上，或设置在多车道自由流系统中的至少一个自由流断面上。
基于DSRC的防邻道干扰方法、装置及应用系统
技术领域
[0001] 本申请涉及智能交通（ITS：Intelligent Transportation System）领域，尤其涉及一种基于专用短程通信技术（DSRC：Dedicated Short Range Communications）的防邻道干扰方法、装置和DSRC应用系统。
背景技术
[0002] ETC电子不停车收费（ETC：Electronic Toll Collection）系统等采用DSRC关键设备路侧单元（RSU：Road Side Unit）和车载单元（OBU：On-board Units）对车辆进行收费、检测、监控或管理，这些系统在运行过程中有时会出现邻道干扰问题：即RSU与本车道的车辆上的OBU进行信息交互时，邻车道的车辆可能也会进入该RSU的信号覆盖区域内，并在同一时间通过其OBU向RSU发送信息，对本车道的车辆上的OBU与RSU之间的正常交互过程产生干扰，例如在ETC系统中，这些干扰有时会造成收费错误、检测错误等现象的发生，例如对有些车辆重复收费，而对有些车辆没有收费。
[0003] 为了确保DSRC应用系统的正常运行，亟待解决防邻道干扰问题。发明内容
[0004] 本申请提供一种抗干扰性能良好的基于DSRC的防邻道干扰方法、装置和DSRC应用系统。
[0005] 根据本申请的第一方面，本申请保护基于DSRC的防邻道干扰方法,包括以下步骤：
[0006] 信号接受步骤：RSU接收OBU发送的微波信号；
[0007] 定位步骤：RSU根据所述OBU发送的微波信号，获得所述OBU的定位信息；
[0008] 判断步骤：RSU根据所述OBU定位信息，判断其位置是否在预设的处理区域内；
[0009] 处理步骤：如果所述OBU的位置在预设的处理区域内，RSU按预设方案发出处理指令。
[0010] 一种实施例中，所述处理步骤中，RSU按预设方案发出处理指令的具体方式为：RSU向所述OBU发出收费指令。
[0011] 一种实施例中，所述判断处理步骤中，如果RSU判断所述OBU的位置不在预设的处理区域内，则不发出处理指令。
[0012] 一种实施例中，所述定位步骤中，所述OBU的定位信息包括第一方向的位置坐标。
[0013] 一种实施例中，所述定位步骤中，所述OBU的定位信息还包括第二方向的位置坐标，其中，第一方向与第二方向垂直。
[0014] 一种实施例中，所述定位步骤采用相位差定位法。
[0015] 根据本申请的第二方面，本申请还保护了一种基于DSRC的防邻道干扰装置，包括RSU，所述RSU包括：
[0016] 信号接受模块：用于接收OBU发送的微波信号；
[0017] 定位模块：用于根据所述OBU发送的微波信号，获得所述OBU的定位信息；
[0018] 判断模块：用于根据所述OBU的定位信息，判断所述OBU的位置是否在预设的处理区域内；
[0019] 处理模块，用于当所述判断模块判断所述OBU的位置在预设的处理区域内时，按预设方案发出处理指令。
[0020] 一种实施例中，所述处理模块为交易模块，用于向所述OBU发出收费指令。
[0021] 根据本申请的第三方面，本申请还保护了一种DSRC应用系统，包括以上所述的基于DSRC的防邻道干扰装置。
[0022] 一种实施例中，所述专用短程通讯应用系统为单车道带栏杆机ETC系统、多车道带栏杆机ETC系统、单车道自由流系统或多车道自由流系统，所述信号接收模块设置在所述单车道带栏杆机ETC系统、多车道带栏杆机ETC系统或单车道自由流系统的对应车道上，或设置在多车道自由流系统中的至少一个自由流断面上。
[0023] 一种实施例中，所述专用短程通讯应用系统包括车辆检测系统、车辆测速系统、车型识别系统、图像识别系统、图像抓拍系统中的至少一个。
[0024] 本申请的有益效果是：本申请应用于公路交通领域，利用车辆定位技术判断OBU是否位于预设的处理范围内，如果OBU在预设的处理范围内，则RSU认为带有该OBU的车辆为本道车辆，则按照预设方案发出处理指令，对带有该OBU的车辆进行收费或其他形式的处理，如果OBU不在预设的处理范围内，则RSU认为带有该OBU的车辆为邻道车辆，对其不做处理，因此本申请能够有效判断车辆属于本道车辆还是邻道车辆，并对其区分处理，使邻道车辆上的OBU并不会对本道车辆上的OBU与RSU之间的正常交互过程产生干扰，从而有效地解决了车辆邻道干扰问题，确保了DSRC应用系统的正常运行。附图说明
[0026] 图2为本申请一种实施例的车辆位于RSU信号覆盖区域内的侧视图；
[0027] 图3为本申请一种实施例的定位方法的接收天线布局图；
[0028] 图4为本申请一种实施例的防邻道干扰的OBU信号处理装置的结构框图。
具体实施方式
[0029] 下面通过具体实施方式结合附图对本申请作进一步详细说明。
[0030] 在本申请的实施例中，RSU利用定位技术确定与RSU进行交互的车辆上的OBU的定位信息，从而确定该OBU的位置，RSU再判断该OBU的位置是否位于预设的处理区域内，如果是，则认为带有该OBU的车辆为本道车辆，对其进行收费或其他形式的处理，否则可以认为该车辆为邻道车辆，对其不做处理。
[0031] 实施例一：
[0032] 本实施方式的防邻道干扰方法基于RSU与OBU之间的信息交互。其中，RSU包括室外单元和室内单元，RSU室外单元具有收发天线，用于向OBU发送微波信号并接收来自OBU的微波信号，RSU室外单元通常安装在道路上方或侧部，RSU室内单元用于对RSU室外单元进行控制并对RSU室外单元接收和发送的信息进行处理；OBU也具有天线，用于向RSU发送微波信号并接收来自RSU的微波信号，OBU通常安装在车辆内，例如固定在车辆的前挡风玻璃上。请参考图1和图2，本实施例的方法主要包括以步骤：
[0033] S101：当第一车辆进入虚线所示的RSU信号覆盖区域内后，该车辆上安装的OBU1被RSU周期性发送的唤醒信号唤醒，OBU1向RSU发送应答信号从而与RSU之间建立通信链路。
[0034] S102：RSU向OBU1发送微波信号，该微波信号中携带请求数据帧，该请求数据帧的具体内容根据需要而定，通常用于请求OBU1向RSU返回一定的信息，例如本实施例的请求数据帧用于请求车辆信息（包括车牌号、车辆型号、车辆颜色等信息中的一种或几种）。
[0035] S103：OBU1收到RSU的微波信号后，对其进行解析，然后通过内部计算获得RSU所请求的车辆信息并封装成应答数据帧，接着向RSU发送微波信号，该微波信号包含应答数据帧以及OBU1的ID等信息。
[0036] S104：信号接收步骤，RSU接收到OBU 1向RSU返回的微波信号B。
[0037] S105：定位步骤：RSU对微波信号B进行解析后获取应答数据帧，并利用该微波信号B获得OBU1的定位信息即第一车辆的定位信息。本实施例中，RSU对OBU进行两个方向的定位而获得包含二维坐标的定位信息，即OBU 1的定位信息包括该OBU 1在第一方向的位置坐标y1和第二方向的位置坐标x1，其中第二方向和第一方向都在路面平面内且相互垂直，第一方向与道路延伸方向平行，第二方向与道路延伸方向垂直。获得OBU 1的定位信息的方法包括多种，例如相位差定位法或信号强度定位法，前者利用RSU中不同接收天线接收同一微波信号时对应的相位差值对OBU 1进行定位，后者利用RSU中接收天线接收微波信号时对应的信号强度大小对OBU 1进行定位。
[0038] 例如一种微波信号的相位差定位法具体为：
[0039] 请参考图3，利用在同一直线上排布的接收天线1、接收天线2、接收天线3形成天线组接收同一OBU发送的微波信号，接收天线1与接收天线2之间的距离d12<λ，接收天线1与接收天线3之间的距离d13>Nλ，OBU发送的微波信号的来波方向与天线阵列法线之间的夹角为θ，即微波信号的方向角。微波信号分别到达三个接收天线时，由于微波信号与接收天线之间距离比较远，属于接收天线远场区域，因此相当于微波信号平行到达各个接收天线，接收天线2接收的微波信号比接收天线1接收的微波信号的相位滞后 即接收天线
2相对于接收天线1的相位差为 接收天线3接收的微波信号比接收天线1接收的微波信号的相位滞后 即接收天线3相对于接收天线1的相位差为
2相对于接收天线1的相位差为 接收天线3接收的微波信号比接收天线1接收的微波信号的相位滞后 即接收天线3相对于接收天线1的相位差为
[0040] 则 （公式一）
[0041] 则 （公式二）
[0042] 其中，为通过相位比较获取相位差 时的实际度数，由于 因此该数值具有唯一性。
[0043] 为了确定N值,可利用如下公式：
[0044] （公式三）
[0045]
[0046] 以上公式中，d12和d13已知， 可通过相位比较得到实际读数，而 可根据公式三计算得出。
[0047] 在可接受的误差范围内，如果假设：
[0048]
[0049] 则可结合公式三得到以下公式以确定N：
[0050] （公式四）
[0051] 考虑到 中包含有信号接收通路中各项处理所造成的误差，由公式三计算出的的误差数值为 的误差数值的 因此通过公式三和公式二计算出的 仅近似相等，无法完全相等，只要计算出的 的误差在可接受范围内，就可以用结合公式二和公式四得到以下公式来确定θ：
[0052] （公式五）
[0053] 以上推导过程中，由公式二可知， 的数值与假设值之间的差值为 N值越大，则的误差值越小，然而N值过大则d13较大，导致定位天线的总长度增加而布局困难，因此可选取3≤N≤10，既能够确保一定的定位精度，又方便天线布局。最后，根据θ的数值，结合各接收天线的安装高度和角度，计算出OBU的定位信息，即其在RSU天线垂直投影点前方覆盖区域的具体坐标。
[0054] 根据以上方式可对OBU进行一维定位，如果再增加一组与以上天线组垂直的天线组，采用同样的处理方式即可对OBU进行二维定位。
[0055] S106：判断步骤：RSU根据OBU 1的定位信息，判断该OBU 1的位置是否在预设的处理区域内，判断方式具有很多种，例如一种方式可预存处理区域内所有位置点在第一方向和第二方向的位置坐标，如果OBU 1在第一方向的位置坐标y1和第二方向的位置坐标x1与预存的某一位置点的位置坐标相同，则表明OBU 1的位置在预存的处理区域内，否则表明OBU 1的位置不在预存的处理区域内；另一种方式可预设处理区域在第一方向和第二方向的区间范围，如果OBU 1在第一方向的位置坐标y1和第二方向的位置坐标x1都在预设的区间范围内，则表明OBU 1的位置在预存的处理区域内，否则表明OBU 1的位置不在预存的处理区域内。
[0056] S107：如果RSU判断OBU 1的位置在预设的处理区域内，则视第一车辆为本道车辆，RSU按照预设方案向OBU 1发出处理指令，例如处理指令可为收费指令，准备对第一车辆进行收费处理，当然，根据具体需要，RSU还可按照预设方案发出其他的处理指令，例如处理指令可为检测指令、监控指令、拍照指令等，分别用于对第一车辆进行检测、监控、拍照等其他形式的处理。
[0057] 对于第二车辆，类似于步骤S101至步骤S105，RSU根据该车辆上安装的OBU 2发出的微波信号A获取该OBU 2的定位信息，包括OBU 2在第一方向的位置坐标y2和第二方向的位置坐标x2，类似与步骤S106至步骤S107，如果RSU判断该OBU 2的位置不在预设的处理区域内，则视第二车辆为邻道车辆，对其不作处理，或者有些实施方式中，也可处理完本道车辆后对邻道车辆延后处理，例如RSU可优先向OBU 1发出处理指令，再向OBU 2发出同样的处理指令。
[0058] 实际应用中，RSU与每个OBU之间的信息交互可能具有多次，OBU向RSU发送的微波信号相应地也具有多个，这些微波信号都包含OBU的ID号，为了达到定位的目的，OBU向RSU发送的微波信号中，至少应当有一个微波信号用于定位。
[0059] 实施例二：
[0060] 本实施例与上一实施例不同的是，RSU对OBU进行定位的过程中仅实现了一个方向的定位，尤其是实现了OBU在平行于道路延伸方向的第一方向的定位而获得包含一维坐标的定位信息，具体地，本实施例对OBU 1的定位步骤中，得到OBU 1的定位信息包括OBU1在第一方向的位置坐标y1，判断步骤中，判断方式具有很多种，例如一种方式可预存处理区域内所有位置点在第一方向的位置坐标，如果OBU 1的在第一方向的位置坐标y1与预存的某一位置点的位置坐标相同，则表明OBU 1的位置在预存的处理区域内，否则表明OBU 1的位置不在预存的处理区域内；另一种方式可预设处理区域在第一方向的区间范围，如果OBU 1的在第一方向的位置坐标y1在预设的区间范围内，则表明OBU 1的位置在预存的处理区域内，否则表明OBU 1的位置不在预存的处理区域内。
[0061] 实施例三：
[0062] 如图4所示，本实施例用于实现实施例一或实施例二的基于DSRC的防邻道干扰装置包括RSU，RSU主要包括信号接收模块10、定位模块20、判断模块30和处理模块40。
[0063] 其中，信号接受模块10设置在RSU室外单元，其包括天线，用于接收OBU发送的微波信号。
[0064] 定位模块20用于根据OBU发送的微波信号，获得OBU的定位信息。根据定位方式的不同，定位模块20可对OBU进行一个方向的定位而获得包含一维坐标的定位信息，也可进行两个方向的定位而获得包含二维坐标的定位信息。
[0065] 判断模块30用于根据OBU的定位信息，判断所述OBU的位置是否在预设的处理区域内。根据比较方式的不同，判断模块30可对所述OBU进行一个方向的位置判断，也可进行两个方向的位置判断。
[0066] 处理模块40用于当判断模块30判断OBU的位置在预设的处理区域内时，视带有该OBU的车辆为本道车辆，例如处理模块40可为交易模块，处理指令可为收费指令，用于对车辆进行收费处理，当然，根据具体需要，处理模块40还可按照预设方案发出其他的处理指令，例如处理指令可为检测指令、监控指令、拍照指令等从而对车辆进行其他形式的处理；当判断模块30判断OBU的位置不在预设的处理区域内时，视带有该OBU的车辆为邻道车辆，对带有该OBU的车辆不作处理。
[0067] 本申请以上实施例的防邻道干扰方法可广泛适用于各类DSRC应用系统，例如单车道带栏杆机ETC系统、多车道带栏杆机ETC系统、单车道自由流系统、多车道自由流系统、以及用于对车辆进行实时监控或违规稽查的车辆测速系统、车型识别系统、图像识别系统、图像抓拍系统等各类车辆监控系统。其中，信号接收模块设置在单车道带栏杆机电子ETC系统、多车道带栏杆机ETC系统或单车道自由流系统的对应车道上，或设置在多车道自由流系统中的至少一个自由流断面上，能够准确识别本道车辆和邻道车辆，并对本道车辆准确实现不停车收费，而对邻道车辆不进行收费，避免邻道车辆对本道车辆上的OBU与RSU之间的正常交互过程产生干扰，从而避免了收费错误、检测错误等现象的发生，确保收费的正常进行。以上实施例二可用于单车道DSRC应用系统，RSU的结构和信息处理方比较相对简单，成本较低，实施例一可用于单车道或多车道DSRC应用系统，判断结果更加准确、可靠。
[0068] 本申请根据车辆的具体位置判断其是否在本道行驶，在实际应用过程中抗干扰性能良好，大大降低了错误处理的几率，而且本申请无需对现有设备结构做出较大改动或增加任何辅助设备，因此不会增加设备成本。
[0069] 以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。
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