CN110288839B - 一种etc干扰器的检测定位的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种ETC干扰器的检测定位的装置和方法，包括：设定信号功率门限值；通过相控阵天线感应通过的车辆并触发干扰识别装置；干扰识别装置通过射频信号接收机接收包含ETC频段的信号，并对信号进行带通滤波；对滤波后信号进行模数转换；通过信号功率算法计算转换后的信号功率；判断计算出的信号功率是否大于门限值；当判定到干扰信号后，通过图像采集设备精确定位产生干扰的车辆；本发明通过对通带外信号的功率进行计算，并和预设门限值进行比较来判断是否为干扰信号，可以精准的识别出接收到的信号是否是干扰信号；通过图像采集装置以及相控阵天线的配合，可以准确的定位并记录发出干扰信号的车辆信息。

Description

一种ETC干扰器的检测定位的装置和方法
技术领域
本发明涉及信号监测领域，尤其是一种ETC干扰器的检测定位的装置和方法。
背景技术
随着高速公路的不断发展，高速上的汽车数量也在不断提高，为了加快汽车通过收费站时的效率，ETC系统应运而生；在ETC系统中，电子标签(OBU)放在车上，路测单元(RSU-Road Side Unit)放置在龙门架上，车辆通过RSU的时候，OBU和RSU之间使用微波通讯实现收费。
目前部分不法分子利用无线电干扰机干扰ETC的收费系统，达到逃避过路费的目的，造成一定的经济损失，对高速公路不停车收费发展产生较大的负面影响。所以，需要一种ETC干扰器的检测定位的装置和方法用来检测干扰并记录逃费车辆身份信息，进而实现追缴费甚至追究法律责任的后续处理工作。
在现有技术中，仅对相邻ETC或多辆车通过ETC时防止ETC被干扰的技术，还没有用于防止干扰设备对ETC干扰的方法。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种ETC干扰器的检测定位的装置和方法；本发明解决了车辆在通过ETC时，对ETC进行干扰的问题；还解决了不能有效追查违法车辆的问题。
本发明采用的技术方案如下：
一种ETC干扰器的检测定位的方法，包括：设定信号功率门限值；通过相控阵天线感应通过的车辆并触发干扰识别装置；干扰识别装置通过射频信号接收机接收包含ETC频段的信号，并对ETC频段信号进行带通滤波；对滤波后信号进行模数转换；通过信号功率算法计算转换后的信号功率；判断计算出的信号功率是否大于门限值，若是则判定为干扰信号，若否则判定为非干扰信号并继续检测其他车辆；当判定到干扰信号后，通过图像采集设备精确定位产生干扰的车辆。
进一步的，所述相控阵天线为三波束相控阵天线，包括3根可发出波束的天线。
进一步的，所述信号功率算法为FFT频域法；所述FFT频域法是将时域信号通过离散傅里叶变换变换到频域信号，并获取到等效模拟频点
Figure BDA0002148158470000011
上的信号频率响应值，通过取绝对值求平方得到相应频点上的信号功率值；其中
Figure BDA0002148158470000021
代表奈奎斯特采样频率。
进一步的，所述计算转换后的信号功率还包括参数动态调整；参数主要包括信号功率门限和观测时长。
一种ETC干扰器的检测定位的装置，包括感应装置、监测装置和图像采集装置；所述感应装置用于检测是否有车辆通过并触发检测装置并且可以定位车辆位置；监测装置用于识别通过车辆是否有干扰；图像采集装置用于识别发出干扰的车辆。
进一步的，所述感应装置为相控阵天线。
进一步的，所述监测装置包括射频信号接收机、模数转换模块、处理模块和存储模块。
进一步的，射频信号接收机用于接收无线信号并对无线信号进行带通滤波；模数转换器用于将模拟信号转换为数字信号；处理模块用于识别干扰信号；存储模块用于存储数据。
进一步的，所述射频信号接收机包括监测天线、射频通道和滤波模块。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明通过对信号的功率进行计算，并和预设门限值进行比较来判断是否为干扰信号，可以精准的识别出接收到的信号是否是干扰信号。
2、本发明通过图像采集装置以及相控阵天线的配合，可以准确的定位并记录发出干扰信号的车辆信息，方便了后期对违法车辆的追查和处罚。
3、本发明有效提高了打击损害交通秩序违法行为的效率，为高速交通挽回巨额损失。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是一种ETC干扰器的检测定位的方法流程图。
图2是一种ETC干扰器的检测定位的装置结构图。
图3是射频信号接收机结构图。
其中，1-感应装置；2-监测装置；21-射频信号接收机；22-模数转换模块；23-处理模块；24-存储模块；3-图像采集装置；监测天线-211；射频通道-212；滤波模块-213。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书(包括任何附加权利要求、摘要)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
实施例1
一种检测和定位ETC干扰器的方法，如图1所示，包括：
S1：设定信号功率门限值。
上述步骤中，在干扰机发出干扰信号后,不仅会影响ETC信号通带内,也会影响通带外，当无干扰时，信号通带外的信号强度较小，可以认为是噪声；当有干扰时，信号通带外的信号强度大大增强，认为是噪声和干扰信号的叠加；因此可以选择信号通带外的一段频带，并设定一个信号功率门限值，当此频带信号功率小于门限值，认为无干扰；当此频带内信号功率大于门限值，认为有干扰。这样，就可以将干扰信号的检测转变为选取一个合适的门限值。
S2：通过相控阵天线感应通过的车辆并触发干扰识别装置。
上述步骤中，所述相控阵天线为三波束相控阵天线，即包括3根可发出波束的天线，将ETC入口前方位置分为3个不同的区域，并测量这3个区域中的干扰场强，当车辆行驶过某一区域时会触发干扰识别装置，若该区域干扰场强大于其余两个区域，则说明该车辆上有干扰器，相控阵天线可以配合对干扰车辆进行精准定位。
S3：干扰识别装置通过射频信号接收机接收包含ETC频段的信号，并对ETC频带信号进行带通滤波。
上述步骤中，所述射频信号接收机上设置有监测天线，所述监测天线采用窄波速天线，当被监测的汽车后方的车辆上载有干扰设备的时候可以避免其影响，避免误触发；射频信号接收机内还设置有滤波模块，可以将接收到的信号进行带通滤波。
S4：对滤波后信号进行模数转换。
上述步骤中，滤波后的信号可以通过模数转换器将模拟信号转换为数字信号，以便进行计算。
S5：通过信号功率算法计算转换后的信号功率。
上述步骤中，由于汽车与RSU、ETC干扰检测器之间距离短，收发信机之间无线信道多建模为平衰落传播，ETC干扰机与OBU位置接近，都来自同一辆车辆，故假定二者到ETC干扰检测机无线信道响应类似，最终，第k个奈奎斯特采样时刻的复基带观测等效为：
Figure BDA0002148158470000031
其中，xk代表第k时刻发射ASK(Amplitude Shift Keying)符号，ek代表干扰信号，ρ是与传播距离d若干次方成反比的大尺度衰落系数，即
Figure BDA0002148158470000041
hk为小尺度信道响应，wk为背景噪声，H0/H1代表无干扰/有干扰事件，H0为无干扰事件，H1为有干扰事件。
所述信号功率算法为FFT(Fast Fourier Transformation)频域法；所述FFT频域法是将时域信号通过离散傅里叶变换变换到频域信号，并获取到等效模拟频点
Figure BDA0002148158470000042
上的信号频率响应值，通过取绝对值求平方得到相应频点上的信号功率值；其中
Figure BDA0002148158470000043
代表奈奎斯特采样频率。
通过设置工作频点、扫频带宽对采集ETC上下行可用频带以及干扰频段内基带观测数据，对长数据序列按照FFT大小NFFT进行分段；每一数据段通过NFFT点FFT变换完成时域到离散频域变换；在频域，对FFT变换系数进行模平方，对多段数据FFT模平方结果取平均，得到不同频点上信号功率大小。
在计算信号功率时，还要考虑背景噪声、目标信号、干扰信号功率动态多变，并且信道衰落随机变化(如天气变化、地理环境变化等)，均导致接收机侧接收信号功率变化，需要动态调整检测器参数如门限值和观测窗口长度即观测时长。
S6：判断计算出的信号功率是否大于门限值，若是则判定为干扰信号，若否则判定为非干扰信号并继续检测其他车辆。
上述步骤中，需要对单个或若干频点功率取平均后与干扰判决门限进行比较实现特定频段干扰存在与否的二分类判决；当计算出的信号功率大于门限值时，会判定该信号是干扰信号，此时会激活图像采集设备对发出干扰信号的车辆进行识别；当计算出的信号功率小于门限值时，会判定该信号是非干扰信号，此时不会触发图像采集设备，并且会继续对下一辆车进行干扰信号的识别。
S7：当判定到干扰信号后，通过图像采集设备精确定位产生干扰的车辆。
上述步骤中，在识别出干扰信号后，图像采集设备会被激活，本实施例中，图像采集设备为摄像头，当摄像头被激活后，摄像头会将发出干扰信号的车辆进行拍照并存储，以便之后对相应车辆的信息查询和处罚。
本实施例通过对信号的功率进行计算，并和预设门限值进行比较来判断是否为干扰信号，可以精准的识别出接收到的信号是否是干扰信号；同时通过图像采集设备和相控阵天线的配合，可以准确的定位到发出干扰信号的车辆，减小高速公路的经济损失。
实施例2
一种检测和定位ETC干扰器的装置，如图2所示，包括感应装置1、监测装置2和图像采集装置3。
所述感应装置1用于检测是否有车辆通过并触发检测装置；本实施例中，感应装置1采用相控阵天线，相控阵天线设置在ETC入口的龙门架上，所述相控阵天线为三波束相控阵天线，即包括3根可发出波束的天线，将ETC入口前方位置分为3个不同的区域，并测量这3个区域中的干扰场强，当车辆行驶过某一区域时会触发干扰识别装置。
监测装置2用于识别通过车辆是否有干扰；所述检测装置包括射频信号接收机21、模数转换模块22、处理模块23和存储模块24。
射频信号接收机21，如图3所示，包括监测天线211、射频通道212和滤波模块213，当有信号发出时，监测天线211会接收该信号，本实施例中，监测天线211为窄波速天线，当被监测的汽车后方的车辆上载有干扰设备的时候可以避免其影响，避免误触发；射频通道212可以将接收到的信号传输至滤波模块213处，滤波模块213可以将接收到的信号进行带通滤波，并将滤波后的信号传输至模数转换模块22中。
模数转换模块22在接收到滤波后的信号后，会将接收到的模拟信号转换为数字信号，并将转换后的数字信号传输至处理模块23中。
处理模块23在接收到转换后的数字信号后，会计算该信号的频率并与预先设定的门限值进行比较，若计算出的信号频率大于门限值，则说明该信号为干扰信号；若计算出的信号频率小于门限值，则说明该信号为非干扰信号；本实施例中，处理模块23为FPGA。
本实施例中，通过FFT频域法计算信号频率，具体为：由于汽车与RSU、ETC干扰检测器之间距离短，收发信机之间无线信道多建模为平衰落传播，ETC干扰机与OBU位置接近，都来自同一辆车辆，故假定二者到ETC干扰检测机无线信道响应类似，最终，第k个奈奎斯特采样时刻的复基带观测等效为：
Figure BDA0002148158470000051
其中，xk代表第k时刻发射ASK(Amplitude Shift Keying)符号，ek代表干扰信号，ρ是与传播距离d若干次方成反比的大尺度衰落系数，即
Figure BDA0002148158470000052
hk为小尺度信道响应，wk为背景噪声，H0/H1代表无干扰/有干扰事件。
所述信号功率算法为FFT(Fast Fourier Transformation)频域法；所述FFT频域法是将时域信号通过离散傅里叶变换变换到频域信号，并获取到等效模拟频点
Figure BDA0002148158470000061
上的信号频率响应值，通过取绝对值求平方得到相应频点上的信号功率值；其中
Figure BDA0002148158470000062
代表奈奎斯特采样频率。
通过设置工作频点、扫频带宽对采集ETC上下行可用频带以及干扰频段内基带观测数据，对长数据序列按照FFT大小NFFT进行分段；每一数据段通过NFFT点FFT变换完成时域到离散频域变换；在频域，对FFT变换系数进行模平方，对多段数据FFT模平方结果取平均，得到不同频点上信号功率大小。
在计算信号功率时，还要考虑背景噪声、目标信号、干扰信号功率动态多变，并且信道衰落随机变化(如天气变化、地理环境变化等)，均导致接收机侧接收信号功率变化，需要动态调整检测器参数如门限值和观测窗口长度即观测时长。
存储模块24用于存储检测和计算出的各项数据信息，可以通过调取存储的信息对发出干扰信号的车辆进行排查。
图像采集装置3用于识别发出干扰的车辆；本实施例中，图像采集装置3为摄像头；当监测装置2发现有车辆发出干扰信号后，会激活图像采集装置3，图像采集装置3会记录发出干扰信号的车辆照片，详细记录车辆的颜色、大小、型号和车牌号等信息，以便之后对相应车辆的信息查询和处罚；本实施例中，图像采集装置3可以和感应装置1配合，更加精准快速的定位到干扰车辆。
本发明通过感应装置1对行驶至ETC入口的车辆感应，并通过监测装置2计算车辆上发出的信号频率，并通过计算出的频率和门限值对比可以有效且精准的判断出是否为干扰信号，同时通过图像采集装置3和感应装置1的配合可以准确的记录发出干扰信息的车辆，方便了后期对相应车辆的追查和处罚，本发明可以有效发现故意干扰逃费行为，打击损害交通秩序的违法行为，为高速交通挽回巨额损失。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (7)

1.一种ETC干扰器的检测定位的方法，其特征在于，包括：设定信号功率门限值；通过相控阵天线感应通过的车辆并触发干扰识别装置；干扰识别装置通过射频信号接收机接收包含ETC频段的信号，并对ETC频段信号进行带通滤波；对滤波后信号进行模数转换；通过信号功率算法计算转换后的信号功率；判断计算出的信号功率是否大于门限值，若是则判定为干扰信号，若否则判定为非干扰信号并继续检测其他车辆；当判定到干扰信号后，通过图像采集设备精确定位产生干扰的车辆；所述相控阵天线为三波束相控阵天线，包括3根可发出波束的天线，将ETC入口前方位置分为3个不同的区域，并测量这3个区域中的干扰场强，当车辆行驶过某一区域时会触发干扰识别装置，若该区域干扰场强大于其余两个区域，则说明该车辆上有ETC干扰器。
2.如权利要求1所述的ETC干扰器的检测定位的方法，其特征在于，所述信号功率算法为FFT频域法；所述FFT频域法是将时域信号通过离散傅里叶变换变换到频域信号，并获取到等效模拟频点
Figure FDA0003542424010000011
上的信号频率响应值，通过取绝对值求平方得到相应频点上的信号功率值；其中
Figure FDA0003542424010000012
代表奈奎斯特采样频率。
3.如权利要求1所述的ETC干扰器的检测定位的方法，其特征在于，所述计算转换后的信号功率还包括参数动态调整；参数主要包括信号功率门限和观测时长。
4.一种ETC干扰器的检测定位的装置，其特征在于，包括感应装置(1)、监测装置(2)和图像采集装置(3)；所述感应装置(1)用于检测是否有车辆通过并触发监测装置(2)并且可以定位车辆位置；监测装置(2)用于识别通过车辆是否有干扰；图像采集装置(3)用于识别发出干扰的车辆；所述感应装置(1)为相控阵天线，包括3根可发出波束的天线，将ETC入口前方位置分为3个不同的区域，并测量这3个区域中的干扰场强；当车辆行驶过某一区域时会触发干扰识别装置，若该区域干扰场强大于其余两个区域，则说明该车辆上有ETC干扰器。
5.如权利要求4所述的ETC干扰器的检测定位的装置，其特征在于，所述监测装置(2)包括射频信号接收机(21)、模数转换模块(22)、处理模块(23)和存储模块(24)。
6.如权利要求5所述的ETC干扰器的检测定位的装置，其特征在于，射频信号接收机(21)用于接收无线信号并对无线信号进行带通滤波；模数转换器用于将模拟信号转换为数字信号；处理模块(23)用于识别干扰信号；存储模块(24)用于存储数据。
7.如权利要求6所述的ETC干扰器的检测定位的装置，其特征在于，所述射频信号接收机(21)包括监测天线(211)、射频通道(212)和滤波模块(213)。
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