CN104980237A - 通道相位延迟自动校准方法及信号处理器、rsu - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种通道相位延迟自动校准方法及信号处理器、RSU，所述方法包括：获取以通道m的微波信号作为发射源时通道间的固有输入相位延迟；数字接收机每次进行本振相位锁定后，获取以通道m的微波信号作为发射源时通道间的输出相位延迟，根据所述通道间的输出相位延迟，以及所述通道间的固有输入相位延迟，确定本次本振相位锁定后的通道间的通道相位延迟。本发明能够实现通道相位延迟的自动校准。

Description

通道相位延迟自动校准方法及信号处理器、RSU

技术领域

本发明涉及智能控制领域，具体涉及一种通道相位延迟自动校准方法及信号处理器、RSU。

背景技术

电子收费(ETC：Electronic Toll Collection)系统又称为不停车收费系统。ETC系统结构示意图如图1所示。ETC系统采用专用短程通信(DSRC：Dedicated Short-Range Communication)技术来完成整个收费过程，使车辆在整个收费过程中保持行驶状态而不用停车。目前这一技术在高速公路收费中已经得到广泛应用。

随着ETC系统应用的不断扩大，尤其是多车道自由流技术的应用，对ETC系统中的OBU(On Board Unit，车载单元)车辆进行精确定位的需求也越来越强。在目前的ETC收费系统中，对OBU的定位主要有两种：一是在车道上布置地感线圈等附加装置；二是增加专门的RSU(Road Side Unit，路侧单元)定向解调模块。在车道上布置地感线圈的定位方法精度太低，只能实现对车辆的大致估算，难以实现对OBU的定位，更加不能实现入射信号的定向解调。基于DBF(Digital BeamForming，数字波束形成)及多通道数字接收技术的RSU一般通过多通道同时接收入射信号来实现OBU信号入射方向的提取并以此实现定向解调。对OBU信号入射方向角提取的前提条件是保证各接收通道间相位延时的相对固定和稳定；对于一般用于RSU定向解调的接收机而言，多通过锁相环技术实现各通道间的相位延迟相对稳定；但设备的每次重新上电，会造成各通道间的相对通道相位延时发生改变，只有通过通道间的相位校准，求得新的通道相对相位延时，方可对保证对OBU信号定位的稳定性和正确性。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种通道相位延迟自动校准方法及信号处理器、RSU，能够实现通道相位延迟的自动校准。

为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种通道相位延迟自动校准方法，包括：

获取以通道m的微波信号作为发射源时通道间的固有输入相位延迟；

数字接收机每次进行本振相位锁定后，获取以通道m的微波信号作为发射源时通道间的输出相位延迟，根据所述通道间的输出相位延迟，以及所述通道间的固有输入相位延迟，确定本次本振相位锁定后的通道间的通道相位延迟；

其中，m＝1,2,…n，n为数字接收机的通道总数；所述通道间的固有输入相位延迟为所述微波信号到达两个天线单元、在进入两个通道传输之前的相位延迟；

所述通道间的输出相位延迟为微波信号到达两个天线单元、经过两个通道传输之后的相位总延迟；

所述通道间的通道相位延迟为微波信号在两个通道传输过程中的相位延迟。

其中，所述获取以通道m的微波信号作为发射源时通道间的固有输入相位延迟包括：

在数字接收机进行完上一次本振相位锁定之后和进行下一次本振相位锁定之前，以正前方无穷远处信源作为发射源，获取该发射源下的通道间的通道相位延迟以通道m的微波信号作为发射源，获取该发射源下的通道间的输出相位延迟ΔΦ_mik；

根据所述通道间的输出相位延迟ΔΦ_mik和所述通道间的通道相位延迟获取以通道m的微波信号作为发射源时通道间的固有输入相位延迟l_mik；

其中，为以正前方无穷远处信源作为发射源时通道i和通道k间的通道相位延迟， 为通道i的通道相位，为通道k的通道相位；

ΔΦ_mik为以通道m的微波信号作为发射源时通道i和通道k间的输出相位延迟，ΔΦ_mik＝Φ_mi-Φ_mk；Φ_mi为以通道m的微波信号作为发射源时通道i的输出相位，Φ_mk为以通道m的微波信号作为发射源时通道k的输出相位；

l_mik为以通道m的微波信号作为发射源时的通道i和通道k间的固有输入相位延迟，l_mik＝Δθ_mi-Δθ_mk，Δθ_mi为通道m到通道i的固有输入相位延迟，Δθ_mk为通道m到通道k的固有输入相位延迟，Δθ_mi＝θ_m-θ_i，Δθ_mk＝θ_m-θ_k，θ_m为通道m的输入相位，θ_i为通道i的输入相位，θ_k为通道k的输入相位。

其中，根据所述通道间的输出相位延迟ΔΦ_mik和所述通道间的通道相位延迟获取以通道m的微波信号作为发射源时通道间的固有输入相位延迟l_mik包括：

获取以通道m的微波信号作为发射源时的通道i和通道k间的固有输入相位延迟l_mik：

根据获取以通道m＝1,2,…n的微波信号作为发射源时通道k≠m与通道m+1间的固有输入相位延迟：

$\left(\begin{array}{c}{1}_{1k2}\\ 1_{2k3}\\ 1_{3k4}\\ 1_{4k5}\\ ...\\ 1_{nk1}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cccccc}-1& 0& 1_{132}& 1_{142}& ...& 1_{1n2}\\ 1_{213}& -1& 0& 1_{243}& ...& 1_{2n3}\\ 1_{314}& 1_{324}& -1& 0& ...& 1_{3n4}\\ 1_{415}& 1_{425}& 1_{435}& -1& ...& 1_{4n5}\\ ...& ...& ...& ...& ...& ...\\ 0& 1_{n21}& 1_{n31}& 1_{n41}& ...& -1\end{array}\right);$

其中，Φ_m0、分别为以通道m的微波信号作为发射源时，发射通道m的发射信号输入相位和发射通道相位；n表示通道总数，矩阵中的-1不具有实际含义，为默认值。

其中，数字接收机每次进行本振相位锁定后，获取以通道m的微波信号作为发射源时通道间的输出相位延迟，根据所述通道间的输出相位延迟，以及所述通道间的固有输入相位延迟，确定本次本振相位锁定后的通道间的通道相位延迟包括：

判断数字接收机是否进行了本振相位锁定，若是，则获取以通道m的微波信号作为发射源时通道间的输出相位延迟ΔΦ'_mik；

根据以及所述通道间的输出相位延迟ΔΦ'_mik和所述通道间的固有输入相位延迟l_mik，确定本次本振相位锁定后的通道间的通道相位延迟

其中，数字接收机进行了本振相位锁定后，通道间的通道相位延迟改变为通道间的输出相位延迟改变为ΔΦ'_mik，ΔΦ'_mik＝Φ'_mi-Φ'_mk，Φ'_mi为本振相位锁定后通道i的输出相位，Φ'_mk为本次本振相位锁定后通道k的输出相位；

以通道m＝1,2,…n的微波信号作为发射源时，通道间的通道相位延迟为：

由于因而得到n通道两两之间通道相位延迟为：

其中，矩阵中的-1不具有实际含义，为默认值。

第二方面，本发明还提供了一种信号处理器，包括：

获取单元，用于获取以通道m的微波信号作为发射源时通道间的固有输入相位延迟；

判断单元，用于判断数字接收机是否进行了本振相位锁定；

确定单元，用于在所述判断单元确定数字接收机进行了本振相位锁定之后，获取以通道m的微波信号作为发射源时通道间的输出相位延迟，根据所述通道间的输出相位延迟，以及所述获取单元获取的通道间的固有输入相位延迟，确定本次本振相位锁定后的通道间的通道相位延迟；

其中，m＝1,2,…n，n为数字接收机的通道总数；所述通道间的固有输入相位延迟为所述微波信号到达两个天线单元、在进入两个通道传输之前的相位延迟；

所述通道间的输出相位延迟为微波信号到达两个天线单元、经过两个通道传输之后的相位总延迟；

所述通道间的通道相位延迟为微波信号在两个通道传输过程中的相位延迟。

其中，所述获取单元包括第一获取模块、第二获取模块和第三获取模块；

所述第一获取模块，用于在数字接收机进行完上一次本振相位锁定之后和进行下一次本振相位锁定之前，以正前方无穷远处信源作为发射源，获取该发射源下的通道间的通道相位延迟

所述第二获取模块，用于在数字接收机进行完上一次本振相位锁定之后和进行下一次本振相位锁定之前，以通道m的微波信号作为发射源，获取该发射源下的通道间的输出相位延迟ΔΦ_mik；

所述第三获取模块，用于根据所述第一获取模块获取的通道间的输出相位延迟ΔΦ_mik和所述第二获取模块获取的通道间的通道相位延迟获取以通道m的微波信号作为发射源时通道间的固有输入相位延迟l_mik；

其中，为以正前方无穷远处信源作为发射源时通道i和通道k间的通道相位延迟， 为通道i的通道相位，为通道k的通道相位；

ΔΦ_mik为以通道m的微波信号作为发射源时通道i和通道k间的输出相位延迟，ΔΦ_mik＝Φ_mi-Φ_mk；Φ_mi为以通道m的微波信号作为发射源时通道i的输出相位，Φ_mk为以通道m的微波信号作为发射源时通道k的输出相位；

l_mik为以通道m的微波信号作为发射源时的通道i和通道k间的固有输入相位延迟，l_mik＝Δθ_mi-Δθ_mk，Δθ_mi为通道m到通道i的固有输入相位延迟，Δθ_mk为通道m到通道k的固有输入相位延迟，Δθ_mi＝θ_m-θ_i，Δθ_mk＝θ_m-θ_k，θ_m为通道m的输入相位，θ_i为通道i的输入相位，θ_k为通道k的输入相位。

其中，所述第三获取模块用于根据下式获取通道m的微波信号作为发射源时的通道i和通道k间的固有输入相位延迟l_mik：

所述第三获取模块还用于根据获取以通道m＝1,2,…n的微波信号作为发射源时通道k≠m与通道m+1间的固有输入相位延迟：

$\left(\begin{array}{c}{1}_{1k2}\\ 1_{2k3}\\ 1_{3k4}\\ 1_{4k5}\\ ...\\ 1_{nk1}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cccccc}-1& 0& 1_{132}& 1_{142}& ...& 1_{1n2}\\ 1_{213}& -1& 0& 1_{243}& ...& 1_{2n3}\\ 1_{314}& 1_{324}& -1& 0& ...& 1_{3n4}\\ 1_{415}& 1_{425}& 1_{435}& -1& ...& 1_{4n5}\\ ...& ...& ...& ...& ...& ...\\ 0& 1_{n21}& 1_{n31}& 1_{n41}& ...& -1\end{array}\right);$

其中，Φ_m0、分别为以通道m的微波信号作为发射源时，发射通道m的发射信号输入相位和发射通道相位；n表示通道总数，矩阵中的-1不具有实际含义，为默认值。

其中，所述确定单元包括第四获取模块和确定模块；

所述第四获取模块，用于在所述判断单元确定数字接收机进行了本振相位锁定之后，获取以通道m的微波信号作为发射源时通道间的输出相位延迟ΔΦ'_mik；

所述确定模块，用于根据以及所述第四获取模块获取的通道间的输出相位延迟ΔΦ'_mik和所述第三获取模块获取的通道间的固有输入相位延迟l_mik，确定本次本振相位锁定后的通道间的通道相位延迟

其中，数字接收机进行本振相位锁定后，通道间的通道相位延迟改变为通道间的输出相位延迟改变为ΔΦ'_mik，ΔΦ'_mik＝Φ'_mi-Φ'_mk，Φ'_mi为本振相位锁定后通道i的输出相位，Φ'_mk为本次本振相位锁定后通道k的输出相位；

其中，以通道m＝1,2,…n的微波信号作为发射源时，所述确定模块确定的通道间的通道相位延迟为：

由于因而所述确定模块确定的n通道两两之间通道相位延迟为：

其中，矩阵中的-1不具有实际含义，为默认值。

第三方面，本发明还提供了一种RSU，包括上面所述的信号处理器。

由上述技术方案可知，本发明所述的通道相位延迟自动校准方法，首先获取以通道m的微波信号作为发射源时通道间的固有输入相位延迟；然后在数字接收机每次进行本振相位锁定后，获取以通道m的微波信号作为发射源时通道间的输出相位延迟，再根据所述通道间的输出相位延迟，以及之前获取的通道间的固有输入相位延迟，确定本次本振相位锁定后的通道间的通道相位延迟，完成通道相位延迟的自动校准。本发明在每次数字接收机进行本振相位锁定之后，只需进行上述通道延迟自动校准过程，无需借助于无穷远处正前方信源就可以得到当前通道相对相位延迟。本发明利用RSU通道之间收发以及信号空间相位的相对性差原理对RSU设备进行通道延迟测量，避免了每次测量通道延迟依靠外部校准设备这一条件，提高了设备使用的易用性和灵活性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是ETC系统结构示意图；

图2是基于DBF技术的多通道数字接收机原理示意图；

图3是正前方无穷远处微波到达方向示意图；

图4是本发明第一个实施例提供的通道相位延迟自动校准方法的流程图；

图5是以m通道作为发射通道时通道间的收发相位示意图；

图6是以m通道作为发射通道时通道间固有输入相位延迟示意图；

图7是包含3个天线单元的多通道数字接收机原理示意图；

图8是本发明第二个实施例提供的信号处理器的结构示意图；

图9是本发明第三个实施例提供的信号处理器的结构示意图；

图10是本发明第四个实施例提供的RSU的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

基于DBF技术的多通道数字接收机原理示意图如图2所示。图2中θ₁,θ₂,...θ_n为微波信号到达天线单元的相位(到达天线单元的相位与发射源至天线单元的距离有关)，为各通道接收机的通道延时相位，Φ₁,Φ₂,...Φ_n为各通道接收机最终可拾取的输出信号相位，n为总的通道数。

在实际的多通道数字接收机应用中，最终被提取的微波信号相位不仅包含了微波到达天线单元的相位，而且还包含了由于接收通道本身电路、器件等硬件固有差异造成的通道相位延时，故有

微波信号到达两个天线单元的通道延时的相位差为：

Δθ_ij＝θ_i-θ_j；i,j∈(1,2,...n)；

其中，Δθ_ij为微波信号到达天线单元i和j之间的空间相位延时之差，本发明中将其命名为输入相位延迟，对应θ_i为i通道的输入相位；

微波信号在两个通道间传输所产生相位差为：

其中，为两个通道间传输所产生相位延时之差，本发明中将其命名为通道相位延迟，对应为i通道的通道相位。

相应微波信号经过通道板处理后可拾取的相位延时之差为：

其中，ΔΦ_ij为微波信号到达天线单元i和j后经过通道传输之后可以拾取的相位总延迟，本发明中将其命名为输出相位延迟，对应Φ_i为i通道的输出相位；

上述Δθ_ij、和ΔΦ_ij除了具有上述关系以外，还具备如下特性：

a.Δθ_ij只与微波入射方向角α相关，也即发射信源到各个天线单元的距离相关，通过α可实现OBU的方向定位；

b.只与本振相位的重新锁定相关，每次本振锁定后，至下次本振锁定前，其值不会改变；

c.ΔΦ_ij为可测量的量，其值可以通过测量获得。

从上面描述可知，由于会因为本振的重新锁定而改变，因此在每次本振相位锁定之后需要立即通过特定流程并配合特定算法得到的值，此过程即为基于DBF技术以及多通道数字接收技术的RSU通道相位延迟自动校准。通道相位延迟自动校准完成之后，在下次本振相位重新锁定之前，作为硬件固有属性(固定的已知值)，对RSU接收到的微波信号进行通道延时补偿，从而保证OBU定位的稳定性和正确性。

特殊地，当微波信号从阵列天线正前方无穷远处入射时，入射角为α＝90°，则微波到达方向示意图如图3所示。此时，微波到达各天线单元间的输入相位延迟为：Δθ_ij＝0。

因此当α＝90°时，通道间的通道相位延迟为：

由上式可以看出，通过正前方无穷远处信源发射即可通过测量直接得到当前的通道相位延迟；但在实际应用过程中，一旦设备在使用过程中，是不可能随时找到可以用作计算通道延迟的正前方无穷远处发射信源的，由于数字接收机的n个通道均同时具备接收和发送功能，因此可将各通道用作校准信源。

根据上面的分析，本发明将各通道用作校准信源，来实现通道相位延迟的自动校准。本发明第一个实施例提供了一种通道相位延迟自动校准方法。图4示出了本实施例所述的通道相位延迟自动校准方法的流程图，参见图4，该方法包括步骤101和步骤102。

步骤101：获取以通道m的微波信号作为发射源时通道间的固有输入相位延迟。

在本步骤中，根据上述分析的ΔΦ_ij,Δθ_ij之间的关系可知，若要实现通道相位延迟的自动校准，就必须知道每次本振相位锁定后的通道相位延迟而又有其中ΔΦ_ij可以通过测量手段测量，因而若要实现通道相位延迟的自动校准，就必须知道Δθ_ij的值。另外，Δθ_ij只与微波入射方向角α相关，也即发射信源到各个天线单元的距离相关，而与本振相位锁定无关。因此可以先获取Δθ_ij，然后再获取每次本振相位锁定后的通道相位延迟进而实现通道相位延迟的自动校准。

本步骤利用同一本振相位锁定周期内通道间的通道相位延迟不变这一特征，通过变换不同的发射源求取通道间的固有输入相位延迟。具体地，由于各通道天线单元位于同一平面，在以通道m的微波信号作为发射源，与其他接收通道i之间的(通道m与i的间距)d_mi与α_mi(m通道发，i通道接收的入射相位角度)是确定的但未知，因此对应的输入相位延迟Δθ_mi是确定的但未知。因此在使用通道本身作为发射信源的自动校准过程中，需要首先计算出通道间的固有输入相位延迟l_mik。

本步骤101进一步包括如下子步骤A1和A2：

A1.在数字接收机进行完上一次本振相位锁定之后和进行下一次本振相位锁定之前，以正前方无穷远处信源作为发射源，获取该发射源下的通道间的通道相位延迟然后再以通道m的微波信号作为发射源，获取该发射源下的通道间的输出相位延迟ΔΦ_mik。

在本步骤A1中，为以正前方无穷远处信源作为发射源时通道i和通道k间的通道相位延迟， 为通道i的通道相位，为通道k的通道相位；ΔΦ_mik为以通道m的微波信号作为发射源时通道i和通道k间的输出相位延迟，ΔΦ_mik＝Φ_mi-Φ_mk；Φ_mi为以通道m的微波信号作为发射源时通道i的输出相位，Φ_mk为以通道m的微波信号作为发射源时通道k的输出相位；m＝1,2,…n，n为数字接收机的通道总数；其中，Φ_mi、Φ_mk可按照现有技术中的获取方式获取，本发明的重点不在于此，因此不再对Φ_mi、Φ_mk的获取方法进行详细描述。

A2.根据所述通道间的输出相位延迟ΔΦ_mik和所述通道间的通道相位延迟获取以通道m的微波信号作为发射源时通道间的固有输入相位延迟l_mik；

在本步骤A2中，l_mik为以通道m的微波信号作为发射源时的通道i和通道k间的固有输入相位延迟，l_mik＝Δθ_mi-Δθ_mk，Δθ_mi为通道m到通道i的固有输入相位延迟，Δθ_mk为通道m到通道k的固有输入相位延迟，Δθ_mi＝θ_m-θ_i，Δθ_mk＝θ_m-θ_k，θ_m为通道m的输入相位，θ_i为通道i的输入相位，θ_k为通道k的输入相位。

从上面可以看出，本步骤A2根据以通道m的微波信号作为发射源获取的通道间的输出相位延迟ΔΦ_mik和以正前方无穷远处信源作为发射源获取的通道间的通道相位延迟获取以通道m的微波信号作为发射源时通道间的固有输入相位延迟l_mik。

进一步地，上述步骤A2根据所述通道间的输出相位延迟ΔΦ_mik和所述通道间的通道相位延迟获取以通道m的微波信号作为发射源时通道间的固有输入相位延迟l_mik具体包括步骤A20。

A20.获取以通道m的微波信号作为发射源时的通道i和通道k间的固有输入相位延迟l_mik：

在执行完步骤A20后，进一步地，还可以根据获取以通道m＝(1,2,…n)的微波信号作为发射源时通道k≠m与通道m+1间的固有输入相位延迟：

$\left(\begin{array}{c}{1}_{1k2}\\ 1_{2k3}\\ 1_{3k4}\\ 1_{4k5}\\ ...\\ 1_{nk1}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cccccc}-1& 0& 1_{132}& 1_{142}& ...& 1_{1n2}\\ 1_{213}& -1& 0& 1_{243}& ...& 1_{2n3}\\ 1_{314}& 1_{324}& -1& 0& ...& 1_{3n4}\\ 1_{415}& 1_{425}& 1_{435}& -1& ...& 1_{4n5}\\ ...& ...& ...& ...& ...& ...\\ 0& 1_{n21}& 1_{n31}& 1_{n41}& ...& -1\end{array}\right);$

其中，Φ_m0、分别为以通道m的微波信号作为发射源时，发射通道m的发射信号输入相位和发射通道相位；n表示通道总数，矩阵中的-1不具有实际含义，为默认值。

下面对上面步骤A1和A2进行详细解释和说明。

首先以正前方无穷远处信源作为发射源(例如4m开外，对于天线单元间距d_ik而言，4m>>d_ik，可认为是无限远处)，发射源发射信号，各通道进行接收信号采集，正前方微波入射对应各通道的输入相位θ_i为未知常量θ_f0(在进行重新本振相位锁定之前保持不变)，即θ_fi＝θ_f0；i∈(1,2,...,n)。其中下标f表示信源为正前方时的变量标识。然后根据各通道收集到的信号波形并通过特定算法，得到各通道的输出相位ΔΦ_fi，再根据得到进而得到通道i和j之间通道相位延迟为：

在未进行本振相位重新锁定的前提下，再以通道m的微波信号作为发射源，此时通道i通道相位恒定不变，输出相位Φ_mi(下标m表示信源为通道m∈(1,2,...,n)本身的变量标识)可测量；以m通道作为发射信源，发射信源相位Φ_m0，发射通道相位通道m到通道i的固有输入相位延迟Δθ_mi示意图如图5所示。

参见图5可知，那么其中i,m∈(1,2,...,n),i≠m。

以m通道作为发射信源，可以得到n-1个输入相位延迟，且均满足关系n-1个输入相位延迟可参见图6。

天线单元i到k之间满足如下等式：

令l_mik＝Δθ_mi-Δθ_mk，其中，当m＝n时，k＝1，否则k＝m+1，则有：

通过上述可以计算出以通道m＝(1,2,…n)的微波信号作为发射源时通道k≠m与通道m+1间的固有输入相位延迟：

$\left(\begin{array}{c}{1}_{1k2}\\ 1_{2k3}\\ 1_{3k4}\\ 1_{4k5}\\ ...\\ 1_{nk1}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cccccc}-1& 0& 1_{132}& 1_{142}& ...& 1_{1n2}\\ 1_{213}& -1& 0& 1_{243}& ...& 1_{2n3}\\ 1_{314}& 1_{324}& -1& 0& ...& 1_{3n4}\\ 1_{415}& 1_{425}& 1_{435}& -1& ...& 1_{4n5}\\ ...& ...& ...& ...& ...& ...\\ 0& 1_{n21}& 1_{n31}& 1_{n41}& ...& -1\end{array}\right);$

上述即为阵列天线阵元之间的固有输入相位延迟关系等式。得到固有输入相位延迟之后，可将其作为多通道数字接收机的固有参数，保留至多通道数字接收机中。

步骤102：数字接收机每次进行本振相位锁定后，获取以通道m的微波信号作为发射源时通道间的输出相位延迟，根据所述通道间的输出相位延迟，以及所述通道间的固有输入相位延迟，确定本次本振相位锁定后的通道间的通道相位延迟。

在本步骤102中，所述通道间的固有输入相位延迟为所述微波信号到达两个天线单元、在进入两个通道传输之前的相位延迟；所述通道间的输出相位延迟为微波信号到达两个天线单元、经过两个通道传输之后的相位总延迟；所述通道间的通道相位延迟为微波信号在两个通道传输过程中的相位延迟。

本步骤102进一步包括如下子步骤B1和B2：

B1.判断数字接收机是否进行了本振相位锁定，若是，则获取以通道m的微波信号作为发射源时通道间的输出相位延迟ΔΦ'_mik；

B2.根据以及所述通道间的输出相位延迟ΔΦ'_mik和所述通道间的固有输入相位延迟l_mik，确定本次本振相位锁定后的通道间的通道相位延迟

其中，数字接收机进行了本振相位锁定之后，通道间的通道相位延迟改变为通道间的输出相位延迟改变为ΔΦ'_mik，ΔΦ'_mik＝Φ'_mi-Φ'_mk，Φ'_mi为本振相位锁定后通道i的输出相位，Φ'_mk为本次本振相位锁定后通道k的输出相位；

根据所述步骤B2可知，分别以通道m＝(1,2,…n)的微波信号作为发射源时，通道间的通道相位延迟为：

由于因而得到n通道两两之间通道相位延迟为：

其中，矩阵中的-1不具有实际含义，为默认值。

在本步骤102中，当本振相位重新锁定(或者接收机重新上电)后，通道相位改变为求解此时的通道延迟并进行通道延迟相位补偿的过程即为通道延迟自校准。

当通道1作为发射源时，各通道输出相位为(-1,Φ₁₂,Φ₁₃,Φ₁₄,...,Φ_1n)，对应固有输入延迟为(-1,0,l₁₃₂,l₁₄₂,...,l_1n2)，此时通道延迟：

当通道2作为发射源时，各通道输出相位为(Φ₂₁,-1,Φ₂₃,Φ₂₄,...,Φ_2n)，对应固有输入延迟为(l₂₁₃,-1,0,l₂₄₃,...,l_2n3)，此时通道延迟：

当通道n作为发射源时，各通道输出相位为(Φ_n1,Φ_n2,Φ_n3,Φ_n4,...,-1)，对应固有输入延迟为(0,l_n21,l_n31,l_n41,...,-1)，此时通道延迟：

由于改变通道收发状态不会进行本振相位重新锁定，那么分别以1～n通道作为发射源，对应的通道相位不会发生改变，则有

联立以上各通道作为发射源时的通道相位延迟得到：

由于因而最终得到n通道两两之间通道相位延迟为：

综上所述，本实施例所述的通道延迟自动校准方法可以总结为以下几个步骤：

步骤S1：以正前方无穷远处信源作为入射信源，求得通道之间的通道相位延时

步骤S2：在未进行本振相位重新锁定的前提下，以m通道为发射信源，求得两两通道间的固有输入相位延时l_mik，i,m,k∈(1,2,...,n),i≠m，并将固有输入相位延时作为设备固定参数存储设备中。

步骤S3：设备断电(本振相位重新锁定情况下)，以m通道为发射源，求得各通道输出相位延时Φ'_ik，i,k∈(1,2,...,n),i≠k。

步骤S4：根据通道输出相位延时和设备中存储的固有输入相位延时，求得各个通道的通道相位延时，至此自校准流程结束，将通道相位延时补偿通道之后，RSU根据特定算法即可对OBU设备进行定位和定向解调。

从上面总结可知，本实施例利用RSU通道之间收发以及信号空间相位的相对性差原理对RSU设备进行通道延迟测量，避免了每次测量通道延迟依靠外部校准设备这一条件，提高了设备使用的易用性和灵活性。

本实施例所述的通道相位延迟自动校准方法，首先获取以通道m的微波信号作为发射源时通道间的固有输入相位延迟；然后在数字接收机每次进行本振相位锁定后，获取以通道m的微波信号作为发射源时通道间的输出相位延迟，再根据所述通道间的输出相位延迟，以及之前获取的通道间的固有输入相位延迟，确定本次本振相位锁定后的通道间的通道相位延迟，完成通道相位延迟的自动校准。本实施例在每次数字接收机进行本振相位锁定之后，只需进行上述通道延迟自动校准过程，无需借助于无穷远处正前方信源就可以得到当前通道相对相位延迟，在进行通道延迟相位补偿后，目标信源输入相位延迟将直接对应于可拾取的输出相位延迟，进而通过DOA和DBF特定算法对OBU入射信号进行定位和定向解调

下面以一个三个通道的数字接收机的通道延迟自动校准为例对本发明进行解释说明。具体情况参见图7。图7中各字母含义和图2中的类似，此处不再一一解释。在该实例当中通道延迟的自动校准由两步执行完成。

第一步，求三单元面阵输入相位延迟。

C1：发射源从正前方无穷远处发射，测得各通道输出相位为(Φ_f1,Φ_f2,Φ_f3)；此时各通道输入相位为(θ_f0,θ_f0,θ_f0)，则各通道相位为：(Φ_f1-θ_f0,Φ_f2-θ_f0,Φ_f3-θ_f0)，则两两通道之间的通道相位延迟为：

C2：各通道作为发射信源。

其中，通道1为信源，可测通道2、3的输出相位延迟分别为Φ₁₂,Φ₁₃；

令l₁₃₂＝Δθ₁₃-Δθ₁₂，则

同理，通道2为信源，可测通道1、3的输出相位延迟分别为Φ₂₁,Φ₂₃；

令l₂₁₃＝Δθ₂₁-Δθ₂₃，则

同理，通道2为信源，可测通道1、3的输出相位延迟分别为Φ₂₁,Φ₂₃；

令l₃₂₁＝Δθ₃₂-Δθ₃₁，则

最终得到，三单元面阵两两通道之间的固有输入相位延迟为：

(l₁₃₂,l₂₁₃,l₃₂₁)。

第二步，通道延迟自动校准。

C3：上述得到固有输入相位延迟之后，可将其作为多通道数字接收机的固有参数，保留至多通道数字接收机中。本振相位重新锁定(或者接收机重新上电)后，通道相位改变为求解通道延迟的过程即为通道延迟自校准。

通道1为信源则有，可测通道2、3的输出相位延迟分别为Φ'₁₂,Φ'₁₃，

则通道2、3间的通道延迟为：

同理，通道2为信源则有，可测通道1、3的输出相位延迟分别为Φ'₂₁,Φ'₂₃，通道1、3间的通道延迟为：

同理，通道3为信源则有，可测通道1、2的输出相位延迟分别为Φ'₃₁,Φ'₃₂，通道1、2间的通道延迟为：

最终得到，三单元面阵在此次本振相位锁定之后，两两通道之间的通道相位延迟为完成此次通道间的通道延迟自校准。

之后，每次数字接收机进行本振相位锁定之后，只需进行上述通道延迟自校准过程，无需借助于无穷远处正前方信源就可以得到当前通道相对相位延迟，进行通道延迟相位补偿后，目标信源输入相位延迟将直接对应于可拾取的输出相位延迟，进而通过DOA和DBF特定算法对OBU入射信号进行定位和定向解调。

本发明第二个实施例提供了一种信号处理器。图8示出了本实施例提供的信号处理器的结构示意图，参见图8，所述信号处理器包括获取单元10、判断单元20和确定单元30。

所述获取单元10，用于获取以通道m的微波信号作为发射源时通道间的固有输入相位延迟；

所述判断单元20，用于判断数字接收机是否进行了本振相位锁定；

所述确定单元30，用于在所述判断单元20确定数字接收机进行了本振相位锁定之后，获取以通道m的微波信号作为发射源时通道间的输出相位延迟，根据所述通道间的输出相位延迟，以及所述获取单元10获取的通道间的固有输入相位延迟，确定本次本振相位锁定后的通道间的通道相位延迟；

其中，m＝1,2,…n，n为数字接收机的通道总数；所述通道间的固有输入相位延迟为所述微波信号到达两个天线单元、在进入两个通道传输之前的相位延迟；

所述通道间的输出相位延迟为微波信号到达两个天线单元、经过两个通道传输之后的相位总延迟；

所述通道间的通道相位延迟为微波信号在两个通道传输过程中的相位延迟。

在本发明第三个实施例中，参见图9，所述获取单元10进一步包括第一获取模块11、第二获取模块12和第三获取模块13；

所述第一获取模块11，用于在数字接收机进行完上一次本振相位锁定之后和进行下一次本振相位锁定之前，以正前方无穷远处信源作为发射源，获取该发射源下的通道间的通道相位延迟

所述第二获取模块12，用于在数字接收机进行完上一次本振相位锁定之后和进行下一次本振相位锁定之前，以通道m的微波信号作为发射源，获取该发射源下的通道间的输出相位延迟ΔΦ_mik；

所述第三获取模块13，用于根据所述第一获取模块11获取的通道间的输出相位延迟ΔΦ_mik和所述第二获取模块12获取的通道间的通道相位延迟获取以通道m的微波信号作为发射源时通道间的固有输入相位延迟l_mik；

其中，为以正前方无穷远处信源作为发射源时通道i和通道k间的通道相位延迟， 为通道i的通道相位，为通道k的通道相位；

ΔΦ_mik为以通道m的微波信号作为发射源时通道i和通道k间的输出相位延迟，ΔΦ_mik＝Φ_mi-Φ_mk；Φ_mi为以通道m的微波信号作为发射源时通道i的输出相位，Φ_mk为以通道m的微波信号作为发射源时通道k的输出相位；

l_mik为以通道m的微波信号作为发射源时的通道i和通道k间的固有输入相位延迟，l_mik＝Δθ_mi-Δθ_mk，Δθ_mi为通道m到通道i的固有输入相位延迟，Δθ_mk为通道m到通道k的固有输入相位延迟，Δθ_mi＝θ_m-θ_i，Δθ_mk＝θ_m-θ_k，θ_m为通道m的输入相位，θ_i为通道i的输入相位，θ_k为通道k的输入相位。

进一步地，所述第三获取模块13用于根据下式获取通道m的微波信号作为发射源时的通道i和通道k间的固有输入相位延迟l_mik：

所述第三获取模块13还用于根据获取以通道m＝(1,2,…n)的微波信号作为发射源时通道k≠m与通道m+1间的固有输入相位延迟：

$\left(\begin{array}{c}{1}_{1k2}\\ 1_{2k3}\\ 1_{3k4}\\ 1_{4k5}\\ ...\\ 1_{nk1}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cccccc}-1& 0& 1_{132}& 1_{142}& ...& 1_{1n2}\\ 1_{213}& -1& 0& 1_{243}& ...& 1_{2n3}\\ 1_{314}& 1_{324}& -1& 0& ...& 1_{3n4}\\ 1_{415}& 1_{425}& 1_{435}& -1& ...& 1_{4n5}\\ ...& ...& ...& ...& ...& ...\\ 0& 1_{n21}& 1_{n31}& 1_{n41}& ...& -1\end{array}\right);$

其中，Φ_m0、分别为以通道m的微波信号作为发射源时，发射通道m的发射信号输入相位和发射通道相位；n表示通道总数，矩阵中的-1不具有实际含义，为默认值。

在本发明第三个实施例中，所述确定单元30包括第四获取模块31和确定模块32；

所述第四获取模块31，用于在所述判断单元20确定数字接收机进行了本振相位锁定之后，获取以通道m的微波信号作为发射源时通道间的输出相位延迟ΔΦ'_mik；

所述确定模块32，用于根据以及所述第四获取模块31获取的通道间的输出相位延迟ΔΦ'_mik和所述第三获取模块13获取的通道间的固有输入相位延迟l_mik，确定本次本振相位锁定后的通道间的通道相位延迟

其中，数字接收机进行本振相位锁定后，通道间的通道相位延迟改变为通道间的输出相位延迟改变为ΔΦ'_mik，ΔΦ'_mik＝Φ'_mi-Φ'_mk，Φ'_mi为本振相位锁定后通道i的输出相位，Φ'_mk为本次本振相位锁定后通道k的输出相位；

其中，以通道m＝(1,2,…n)的微波信号作为发射源时，所述确定模块32确定的通道间的通道相位延迟为：

由于因而所述确定模块32确定的n通道两两之间通道相位延迟为：

其中，矩阵中的-1不具有实际含义，为默认值。

本发明第二个实施例和第三个实施例所述的信号处理器可以执行上述第一个实施例所述的通道延迟自动校准方法，其原理和技术效果类似，此处不再详述。

本发明第四个实施例提供了一种RSU，所述RSU包括上述实施例所述的信号处理器。

其中，基于DBF技术以及多通道数字接收技术的RSU通道延迟自动校准是RSU实现目标信源定向接收和解调的基础。本实施例提供的RSU的结构框图10所示。

图10中，RSU定位由多通道微波天线模块、多通道收(发)通道模块、多通道A/D采集模块、多通道数字信号处理模块、射频本振模块、时钟分配模块、信号处理器模块、存储器模块、接口模块和电源模块组成。

其中，多通道微波天线模块用于接收OBU发出的微波信号。

多通道收(发)通道模块对微波天线接收到的信号进行同步下变频处理，得到中频信号，同时也作为通道延迟自校准的发射信源通道。

多通道A/D采集模块对多通道的中频信号进行同步采集，将模拟信号变为数字信号，发送到处理器中进行DBF算法处理。

射频本振模块产生同步的射频本振源，以保证多通道下变频的同步。

时钟分配模块产生同步的采样时钟，使多个A/D采集模块同步进行数据转换。

信号处理器模块，采用上述实施例所述的信号处理器实现，用于接收A/D采集的数据，实现上述的通道延迟自动校准，并将校准结果发送给RSU控制器以对通道延迟进行补偿。

ROM模块用于保存系统上电信息和参数，以使系统能被正确初始化。

RAM模块用于保存临时数据和运行程序。

现场总线接口和串行通信接口用于实现与RSU控制器的通信功能。

电源模块为整个系统提供稳定的电压。

以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种通道相位延迟自动校准方法，其特征在于，包括：

获取以通道m的微波信号作为发射源时通道间的固有输入相位延迟；

数字接收机每次进行本振相位锁定后，获取以通道m的微波信号作为发射源时通道间的输出相位延迟，根据所述通道间的输出相位延迟，以及所述通道间的固有输入相位延迟，确定本次本振相位锁定后的通道间的通道相位延迟；

其中，m＝1,2,…n，n为数字接收机的通道总数；所述通道间的固有输入相位延迟为所述微波信号到达两个天线单元、在进入两个通道传输之前的相位延迟；

所述通道间的输出相位延迟为微波信号到达两个天线单元、经过两个通道传输之后的相位总延迟；

所述通道间的通道相位延迟为微波信号在两个通道传输过程中的相位延迟。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取以通道m的微波信号作为发射源时通道间的固有输入相位延迟包括：

在数字接收机进行完上一次本振相位锁定之后和进行下一次本振相位锁定之前，以正前方无穷远处信源作为发射源，获取该发射源下的通道间的通道相位延迟以通道m的微波信号作为发射源，获取该发射源下的通道间的输出相位延迟ΔΦ_mik；

根据所述通道间的输出相位延迟ΔΦ_mik和所述通道间的通道相位延迟获取以通道m的微波信号作为发射源时通道间的固有输入相位延迟l_mik；

其中，为以正前方无穷远处信源作为发射源时通道i和通道k间的通道相位延迟，为通道i的通道相位，为通道k的通道相位；

ΔΦ_mik为以通道m的微波信号作为发射源时通道i和通道k间的输出相位延迟，ΔΦ_mik＝Φ_mi-Φ_mk；Φ_mi为以通道m的微波信号作为发射源时通道i的输出相位，Φ_mk为以通道m的微波信号作为发射源时通道k的输出相位；

l_mik为以通道m的微波信号作为发射源时的通道i和通道k间的固有输入相位延迟，l_mik＝Δθ_mi-Δθ_mk，Δθ_mi为通道m到通道i的固有输入相位延迟，Δθ_mk为通道m到通道k的固有输入相位延迟，Δθ_mi＝θ_m-θ_i，Δθ_mk＝θ_m-θ_k，θ_m为通道m的输入相位，θ_i为通道i的输入相位，θ_k为通道k的输入相位。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述通道间的输出相位延迟ΔΦ_mik和所述通道间的通道相位延迟获取以通道m的微波信号作为发射源时通道间的固有输入相位延迟l_mik包括：

获取以通道m的微波信号作为发射源时的通道i和通道k间的固有输入相位延迟l_mik：

根据获取以通道m＝1,2,…n的微波信号作为发射源时通道k≠m与通道m+1间的固有输入相位延迟：

$\left(\begin{array}{c}{1}_{1k2}\\ 1_{2k3}\\ 1_{3k4}\\ 1_{4k5}\\ ...\\ 1_{nk1}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cccccc}-1& 0& 1_{132}& 1_{142}& ...& 1_{1n2}\\ 1_{213}& -1& 0& 1_{243}& ...& 1_{2n3}\\ 1_{314}& 1_{324}& -1& 0& ...& 1_{3n4}\\ 1_{415}& 1_{425}& 1_{435}& -1& ...& 1_{4n5}\\ ...& ...& ...& ...& ...& ...\\ 0& 1_{n21}& 1_{n31}& 1_{n41}& ...& -1\end{array}\right);$

其中，分别为以通道m的微波信号作为发射源时，发射通道m的发射信号输入相位和发射通道相位；n表示通道总数，矩阵中的-1不具有实际含义，为默认值。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，数字接收机每次进行本振相位锁定后，获取以通道m的微波信号作为发射源时通道间的输出相位延迟，根据所述通道间的输出相位延迟，以及所述通道间的固有输入相位延迟，确定本次本振相位锁定后的通道间的通道相位延迟包括：

判断数字接收机是否进行了本振相位锁定，若是，则获取以通道m的微波信号作为发射源时通道间的输出相位延迟ΔΦ'_mik；

根据以及所述通道间的输出相位延迟ΔΦ'_mik和所述通道间的固有输入相位延迟l_mik，确定本次本振相位锁定后的通道间的通道相位延迟

其中，数字接收机进行了本振相位锁定后，通道间的通道相位延迟改变为通道间的输出相位延迟改变为ΔΦ'_mik，ΔΦ'_mik＝Φ'_mi-Φ'_mk，Φ'_mi为本振相位锁定后通道i的输出相位，Φ'_mk为本次本振相位锁定后通道k的输出相位；

以通道m＝1,2,…n的微波信号作为发射源时，通道间的通道相位延迟为：

由于因而得到n通道两两之间通道相位延迟为：

其中，矩阵中的-1不具有实际含义，为默认值。

5.一种信号处理器，其特征在于，包括：

获取单元，用于获取以通道m的微波信号作为发射源时通道间的固有输入相位延迟；

判断单元，用于判断数字接收机是否进行了本振相位锁定；

确定单元，用于在所述判断单元确定数字接收机进行了本振相位锁定之后，获取以通道m的微波信号作为发射源时通道间的输出相位延迟，根据所述通道间的输出相位延迟，以及所述获取单元获取的通道间的固有输入相位延迟，确定本次本振相位锁定后的通道间的通道相位延迟；

其中，m＝1,2,…n，n为数字接收机的通道总数；所述通道间的固有输入相位延迟为所述微波信号到达两个天线单元、在进入两个通道传输之前的相位延迟；

所述通道间的输出相位延迟为微波信号到达两个天线单元、经过两个通道传输之后的相位总延迟；

所述通道间的通道相位延迟为微波信号在两个通道传输过程中的相位延迟。

6.根据权利要求5所述的信号处理器，其特征在于，所述获取单元包括第一获取模块、第二获取模块和第三获取模块；

所述第一获取模块，用于在数字接收机进行完上一次本振相位锁定之后和进行下一次本振相位锁定之前，以正前方无穷远处信源作为发射源，获取该发射源下的通道间的通道相位延迟

所述第二获取模块，用于在数字接收机进行完上一次本振相位锁定之后和进行下一次本振相位锁定之前，以通道m的微波信号作为发射源，获取该发射源下的通道间的输出相位延迟ΔΦ_mik；

所述第三获取模块，用于根据所述第一获取模块获取的通道间的输出相位延迟ΔΦ_mik和所述第二获取模块获取的通道间的通道相位延迟获取以通道m的微波信号作为发射源时通道间的固有输入相位延迟l_mik；

其中，为以正前方无穷远处信源作为发射源时通道i和通道k间的通道相位延迟，为通道i的通道相位，为通道k的通道相位；

ΔΦ_mik为以通道m的微波信号作为发射源时通道i和通道k间的输出相位延迟，ΔΦ_mik＝Φ_mi-Φ_mk；Φ_mi为以通道m的微波信号作为发射源时通道i的输出相位，Φ_mk为以通道m的微波信号作为发射源时通道k的输出相位；

l_mik为以通道m的微波信号作为发射源时的通道i和通道k间的固有输入相位延迟，l_mik＝Δθ_mi-Δθ_mk，Δθ_mi为通道m到通道i的固有输入相位延迟，Δθ_mk为通道m到通道k的固有输入相位延迟，Δθ_mi＝θ_m-θ_i，Δθ_mk＝θ_m-θ_k，θ_m为通道m的输入相位，θ_i为通道i的输入相位，θ_k为通道k的输入相位。

7.根据权利要求6所述的信号处理器，其特征在于，所述第三获取模块用于根据下式获取通道m的微波信号作为发射源时的通道i和通道k间的固有输入相位延迟l_mik：

所述第三获取模块还用于根据获取以通道m＝1,2,…n的微波信号作为发射源时通道k≠m与通道m+1间的固有输入相位延迟：

$\left(\begin{array}{c}{1}_{1k2}\\ 1_{2k3}\\ 1_{3k4}\\ 1_{4k5}\\ ...\\ 1_{nk1}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cccccc}-1& 0& 1_{132}& 1_{142}& ...& 1_{1n2}\\ 1_{213}& -1& 0& 1_{243}& ...& 1_{2n3}\\ 1_{314}& 1_{324}& -1& 0& ...& 1_{3n4}\\ 1_{415}& 1_{425}& 1_{435}& -1& ...& 1_{4n5}\\ ...& ...& ...& ...& ...& ...\\ 0& 1_{n21}& 1_{n31}& 1_{n41}& ...& -1\end{array}\right);$

其中，分别为以通道m的微波信号作为发射源时，发射通道m的发射信号输入相位和发射通道相位；n表示通道总数，矩阵中的-1不具有实际含义，为默认值。

8.根据权利要求7所述的信号处理器，其特征在于，所述确定单元包括第四获取模块和确定模块；

所述第四获取模块，用于在所述判断单元确定数字接收机进行了本振相位锁定之后，获取以通道m的微波信号作为发射源时通道间的输出相位延迟ΔΦ'_mik；

所述确定模块，用于根据以及所述第四获取模块获取的通道间的输出相位延迟ΔΦ'_mik和所述第三获取模块获取的通道间的固有输入相位延迟l_mik，确定本次本振相位锁定后的通道间的通道相位延迟

其中，数字接收机进行本振相位锁定后，通道间的通道相位延迟改变为通道间的输出相位延迟改变为ΔΦ'_mik，ΔΦ'_mik＝Φ'_mi-Φ'_mk，Φ'_mi为本振相位锁定后通道i的输出相位，Φ'_mk为本次本振相位锁定后通道k的输出相位；

其中，以通道m＝1,2,…n的微波信号作为发射源时，所述确定模块确定的通道间的通道相位延迟为：

由于因而所述确定模块确定的n通道两两之间通道相位延迟为：

其中，矩阵中的-1不具有实际含义，为默认值。

9.一种RSU，其特征在于，包括如权利要求5～8任一所述的信号处理器。