CN103812542A - 一种智能交通中基于位置传感器的波束成型方法 - Google Patents

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CN103812542A CN201410026792.XA CN201410026792A CN103812542A CN 103812542 A CN103812542 A CN 103812542A CN 201410026792 A CN201410026792 A CN 201410026792A CN 103812542 A CN103812542 A CN 103812542A
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瞿逢重
杨柳青
白俊彦
张斌
陈世超
杨坚
韩双双
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Zhejiang University ZJU
Institute of Automation of Chinese Academy of Science
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Zhejiang University ZJU
Institute of Automation of Chinese Academy of Science
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Abstract

本发明公开了一种智能交通中基于位置传感器的波束成型方法，该在车辆上安装GPS、指南针和接收天线阵，GPS得到车载节点的实时GPS信息，与预先存储于车辆上的地图信息进行匹配，确定车辆在地图中的位置，由确定的车辆在地图中的位置和地图中预先已知的路侧节点的位置，可确定目标节点相对于车辆的位置，再通过指南针获得的方向信息即可确定路侧节点相对于天线阵的方向，最后依据波束成型算法天线阵进行波束成型。本发明对设备要求简单，大大提高了智能交通无线通信的距离和可靠性。

Description

一种智能交通中基于位置传感器的波束成型方法
技术领域
本发明涉及智能交通和无线通信领域，尤其涉及一种智能交通中基于位置传感器的波束成型方法。
背景技术
天线波束成型方法对无线通信系统所带来的通信距离和可靠性提升优势是目前任何技术难以替代的，已经成为无线通信中最具有吸引力的技术之一。波束成型方法通过将主要能量对准期望用户以提高信噪比，是天线技术与数字信号处理技术的结合，目的是用于定向信号传输或接收，提高目标节点方向的增益，进而提高通信节点间的距离和可靠性。
在智能交通领域中，车载节点和路侧节点的通信至关重要。车载节点在与路侧节点通信的过程中，一直在移动，相对与路侧节点的位置和角度也在改变。一般的波束成型方法都需要路侧节点对车载节点有实时的信道反馈。这种反馈需在通信链路建立之后才能实现。所以建立通信链路，无法依赖反馈。因此，传统的波束成型技术难以满足智能交通中车路通信的需求。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种智能交通中基于位置传感器的波束成型方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种智能交通中基于位置传感器的波束成型方法，包括以下步骤：
（1）在车辆上安装GPS，得到车载节点的实时GPS信息。
（2）利用步骤（1）所得车载节点的GPS信息，与预先存储于车辆上的地图信息进行匹配，确定车辆在地图中的位置。
（3）在车辆上安装指南针和接收天线阵，天线阵为线性方阵，安装在车辆前部。根据步骤（2）所确定的车辆在地图中的位置，和地图中预先已知的路侧节点的位置，可确定目标节点相对于车辆的位置，再通过指南针获得的方向信息即可确定路侧节点相对于天线阵的方向。
（4）根据步骤（3）所得的结果，依据波束成型算法天线阵进行波束成型。
进一步地，所述步骤（4）中，所述依据波束成型算法天线阵进行波束成型具体为：在相控阵天线中，波束扫描过程是这样的：根据天线波束所应指向的空间位置，波控计算机计算出相应的方位及仰角初始相位值，然后再计算出阵列天线中每个单元移相器所需的相位值，通过驱动器使移相器移相，从而使天线波束指向规定的方向。
本发明的有益效果是，本发明在车辆上安装位置传感器、方向传感器和地图，利用传感器信息，确定路侧节点相对于车载节点的位置和角度，并利用这个位置和角度信息做波束成型，使波束方向始终跟踪路侧节点，不因车辆移动而改变，保证节点间的可靠通信，这种方法所有信息均由车辆自身获取，不依赖路侧节点对车载节点的信道反馈，可实现性强。
附图说明
图1是智能交通中波束成型技术示意图；
图2是相控阵坐标示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细描述本发明，本发明的目的和效果将变得更加明显。以下所述的波束成型算法仅为本发明的一个实例，本发明适用于任何波束成型算法。并不构成对本发明的限制，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
本发明智能交通中基于位置传感器的波束成型方法，包括以下步骤：
（1）在车辆上安装GPS，得到车载节点的实时GPS信息；
（2）利用步骤（1）所得车载节点的GPS信息，与预先存储于车辆上的地图信息进行匹配，确定车辆在地图中的位置；
（3）在车辆上安装指南针和接收天线阵，天线阵为线性方阵，安装在车辆前部。根据步骤（2）所确定的车辆在地图中的位置，和地图中预先已知的路侧节点的位置，可确定目标节点相对于车辆的位置，再通过指南针获得的方向信息即可确定路侧节点相对于天线阵的方向。
（4）根据步骤（3）所得的结果，依据波束成型算法天线阵进行波束成型。
现举一例子，可采用如下方法：
在相控阵天线中，波束扫描过程是这样的：根据天线波束所应指向的空间位置，波控计算机计算出相应的方位及仰角初始相位值，然后再计算出阵列天线中每个单元移相器所需的相位值，通过驱动器使移相器移相，从而使天线波束指向规定的方向。
以M×N矩形平面阵（如图2）为例。在(x,y)平面上，各相邻单元的间距在x,y方向分别为dx与dy。当采用数字式移相器时，由于阵面第(m,n)单元相对于第(0,0)单元的阵内相位波控数码值为
Figure BDA0000459420100000021
其中：
Figure BDA0000459420100000032
Figure BDA0000459420100000033
为阵内最小相移量，
Figure BDA0000459420100000034
为初始向量，
Figure BDA0000459420100000035
为波束指向与平面阵坐标系x,y轴的夹角，K为移向器位数。
以上方法就是平面阵列中通常采用的一种行列分离计算、单元集中配相的算法。所谓行列分离算法，就是按照初始向量
Figure BDA0000459420100000036
分别计算出坐标系中x,y平面上各对应点的相位值；所谓单元集中配相就是将第(m,n)单元所在的行和列的相位值相加所得到的相位值。
由以上
Figure BDA0000459420100000037
再按照相应的时序关系，通过控制接口将移相量送至各移相器，即可得到定向的波束。

Claims (3)

1.一种智能交通中基于位置传感器的波束成型方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）在车辆上安装GPS，得到车载节点的实时GPS信息。
（2）利用步骤（1）所得车载节点的GPS信息，与预先存储于车辆上的地图信息进行匹配，确定车辆在地图中的位置。
（3）在车辆上安装指南针和接收天线阵，天线阵为线性方阵，安装在车辆前部。根据步骤（2）所确定的车辆在地图中的位置，和地图中预先已知的路侧节点的位置，可确定目标节点相对于车辆的位置，再通过指南针获得的方向信息即可确定路侧节点相对于天线阵的方向。
（4）根据步骤（3）所得的结果，依据波束成型算法天线阵进行波束成型。
2.根据权利要求1所述智能交通中基于位置传感器的波束成型方法，其特征在于，所述步骤4中，所述依据波束成型算法天线阵进行波束成型具体为：在相控阵天线中，波束扫描过程是这样的：根据天线波束所应指向的空间位置，波控计算机计算出相应的方位及仰角初始相位值，然后再计算出阵列天线中每个单元移相器所需的相位值，通过驱动器使移相器移相，从而使天线波束指向规定的方向。
3.根据权利要求2所述智能交通中基于位置传感器的波束成型方法，其特征在于，所述计算出阵列天线中每个单元移相器所需的相位值由以下方式来实现：在(x,y)平面上，各相邻单元的间距在x,y方向分别为dx与dy，当采用数字式移相器时，由于阵面第(m,n)单元相对于第(0,0)单元的阵内相位波控数码值为
Figure FDA0000459420090000017
其中：
Figure FDA0000459420090000012
Figure FDA0000459420090000013
为阵内最小相移量，
Figure FDA0000459420090000014
为初始向量，
Figure FDA0000459420090000015
为波束指向与平面阵坐标系x,y轴的夹角，K为移向器位数；
由以上
Figure FDA0000459420090000016
再按照相应的时序关系，通过控制接口将移相量送至各移相器，即可得到定向的波束。
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