CN112260771B - 一种用于etc的干扰信息检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于ETC的干扰信息检测系统，包括天线阵列模块、射频滤波器模块、低噪声放大器模块、状态检测模块、本振源模块、混频器模块、中频滤波器模块、中频自适应放大器模块、驱动放大器模块、模数转换器模块，其特征在于：还包括FPGA模块，所述FPGA模块包括多维特征分析子模块，本发明用于ETC的干扰信息检测系统采用了多维特征分析子模块，不仅能够检测ETC频段带内大信号的干扰，还能检测其他的一种或者多种组合的干扰以及其他的干扰与ETC频段带内大信号相结合的干扰，并通过接口上报ETC收费系统，ETC收费系统启动相应的稽查程序。

Description

一种用于ETC的干扰信息检测系统

技术领域

本发明涉及一种用于ETC的干扰信息检测系统，尤其涉及用一种具有多维特征分析子模块的ETC的干扰信息检测系统。

背景技术

ETC：(Electronic Toll Collection)不停车收费系统是目前世界上最先进的路桥收费方式，通过安装在车辆挡风玻璃上的车载电子标签与在收费站ETC车道上的微波天线之间的微波专用短程通讯，扣取用户卡上的金额或利用计算机联网技术与银行进行后台结算处理，从而达到车辆通过路桥收费站不需停车而能交纳路桥费的目的，ETC是先进的电子收费技术，目前主要应用在匝道出入口和主线标识站，均为封闭式高速公路收费场景下的ETC应用模式，随着国家高速公路供给侧的改革，提供更快的通行速度和更高的通行效率己是迫在眉睫，自由流高速公路收费模式通过建设虚拟主线路侧单元站，从而具有较高的通行效率和优良的通行服务体验。

OBU：(即On board Unit的缩写)，直译就是车载单元的意思，就是采用DSRC(Dedicated Short Range Communication)技术，与RSU进行通讯的微波装置，在ETC系统中，OBU放在车上，路边架设路侧单元(RSU-Road Side Unit)，相互之间通过微波进行通讯，车辆高速通过RSU的时候，OBU和RSU之间用微波通讯。

RSU：是Road Side Unit的英文缩写，直译就是路侧单元的意思，是ETC系统中，安装在路侧，采用DSRC(Dedicated Short Range Communication)技术，与车载单元(OBU，OnBoard Unit)进行通讯，实现车辆身份识别，电子扣费的装置。

随着ETC在高速公路不停车收费的普及应用，对高速公路通行效率有了极大提高，同时随着全国高速公路撤消省界站，给车主带来便利的同时，也催生了不法分子通过干扰ETC系统正常工作来进行逃费或少缴的行为。通过发射无线电干扰ETC系统的RSU或OBU，造成ETC系统无法正常工作，虽然稽查系统可以从视频、图像进行处理，但存在效率缓慢，精准度下降的情况，给ETC收费系统带来巨大压力，造成高速公路业主的经济损失。

无线电干扰源根据特征可以分为以下四个类别：ETC频段带内大信号干扰发射机、ETC频段带外大信号干扰发射机、ETC频段带内小信号干扰发射机、ETC伪信号干扰发射机，无线电干扰源的实际情况可能是上述的一种或者多种的组合。

目前公开的专利CN110288839A、CN110445556A通过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，对滤波后的信号进行模数转换；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，进而判断是否干扰信号。上述技术仅针对干扰类别为ETC频段带内大信号干扰发射机时有效；但对另外三种干扰源不起作用，也不能对两种或两种以上的干扰源的组合起作用。

为了解决上述技术问题，本申请提供一种具有多维特征分析子模块的ETC的干扰信息检测系统。

发明内容

基于现有技术的不足，本发明提供一种用于ETC的干扰信息检测系统，包括天线阵列模块、射频滤波器模块、低噪声放大器模块、状态检测模块、本振源模块、混频器模块、中频滤波器模块、中频自适应放大器模块、驱动放大器模块、模数转换器模块，其特征在于：还包括FPGA模块，所述天线阵列模块、所述射频滤波器模块、所述低噪声放大器模块、所述混频器模块、所述中频滤波器模块、所述中频自适应放大器模块、所述驱动放大器模块、所述模数转换器模块和所述FPGA模块之间的数据信息依次传递，所述低噪声放大器模块、所述状态检测模块和所述FPGA模块之间的监控信息依次传递，所述FPGA模块根据工作信道和模数转换后的数据生成监控信息并控制所述本振源模块和所述中频自适应放大器模块及所述混频器模块，所述FPGA模块包括多维特征分析子模块。

作为本发明用于ETC的干扰信息检测系统的改进，本发明用于ETC的干扰信息检测系统的所述多维特征分析子模块包括六个程序单元，所述六个检测分析程序单元分别为电路检测程序单元、频谱分析程序单元、基带参数分析程序单元、数据帧持续时间程序单元、交易逻辑程序单元和干扰类型分析程序单元，所述六个程序单元对干扰源进行检测分析。

作为本发明用于ETC的干扰信息检测系统的改进，本发明用于ETC的干扰信息检测系统的所述电路检测程序单元通过状态检测模块判断所述噪声放大器模块的干扰状态。

作为本发明用于ETC的干扰信息检测系统的改进，本发明用于ETC的干扰信息检测系统的所述频谱分析程序单元用于分析频谱的中心频率、占用带宽及信号强度。

作为本发明用于ETC的干扰信息检测系统的改进，本发明用于ETC的干扰信息检测系统的所述基带参数分析程序单元用于判断基带是否符合ETC的规范，所述基带参数分析程序单元的参数包括调制方式、调制速率、编码方式。

作为本发明用于ETC的干扰信息检测系统的改进，本发明用于ETC的干扰信息检测系统的所述数据帧持续时间程序单元用于检测数据帧长度。

作为本发明用于ETC的干扰信息检测系统的改进，本发明用于ETC的干扰信息检测系统的所述交易逻辑程序单元用于分析ETC交易流程的数据。

作为本发明用于ETC的干扰信息检测系统的改进，本发明用于ETC的干扰信息检测系统的所述干扰类型分析程序单元对所述电路检测程序单元、所述频谱分析程序单元、所述基带参数分析程序单元、所述数据帧持续时间程序单元和所述交易逻辑程序单元检测到的干扰特征进行干扰类型分析。

作为本发明用于ETC的干扰信息检测系统的改进，本发明用于ETC的干扰信息检测系统的所述状态检测模块检测所述低噪声放大器模块的状态。

作为本发明用于ETC的干扰信息检测系统的改进，本发明用于ETC的干扰信息检测系统的所述用于ETC的干扰信息检测系统与ETC收费系统同步运行。

与现有技术相比较，本发明用于ETC的干扰信息检测系统具有以下有益效果：由于采用所述多维特征分析子模块，使得该系统不仅能够检测ETC频段带内大信号的干扰，还能够检测ETC频段带外大信号的干扰、ETC频段带内小信号的干扰、ETC伪信号的干扰，也能够检测上述多种干扰的组合，并通过接口上报ETC收费系统，ETC收费系统启动相应的稽查程序。

附图说明

图1为本发明用于ETC的干扰信息检测系统优选实施例的所述干扰信息检测系统框图。

图2为本发明用于ETC的干扰信息检测系统优选实施例的所述多维特征分析子模块框图。

图3为本发明用于ETC的干扰信息检测系统优选实施例的所述多维特征分子子模块流程图。

图4为本发明用于ETC的干扰信息检测系统优选实施例的所述干扰信息检测系统工作示意图。

图5为本发明用于ETC的干扰信息检测系统优选实施例的干扰源的波形图。

具体实施方式

本发明用于ETC的干扰信息检测系统主要适用于检测ETC的干扰信息。

参考图1、图2、图3、图4和图5，下文将详细描述本发明用于ETC的干扰信息检测系统。

如图1所示，本实施例中的一种用于ETC的干扰信息检测系统，包括天线阵列模块、射频滤波器模块、低噪声放大器模块、状态检测模块、本振源模块、混频器模块、中频滤波器模块、中频自适应放大器模块、驱动放大器模块、模数转换器模块，其特征在于：还包括FPGA模块，所述天线阵列模块、所述射频滤波器模块、所述低噪声放大器模块、所述混频器模块、所述中频滤波器模块、所述中频自适应放大器模块、所述驱动放大器模块、所述模数转换器模块和所述FPGA模块之间的数据信息依次传递，所述低噪声放大器模块、所述状态检测模块和所述FPGA模块之间的监控信息依次传递，所述FPGA模块根据工作信道和模数转换后的数据生成监控信息并控制所述本振源模块和所述中频自适应放大器模块及所述混频器模块，所述FPGA模块包括多维特征分析子模块，所述用于ETC的干扰信息检测系统能够对ETC收费系统工作环境中的无线电干扰源进行无线电检测并确定其干扰源类别，并将得到的干扰源类型通过接口上报系统，提示ETC收费系统启动相应稽查程序。

如图2所示，在本实施例中，本发明用于ETC的干扰信息检测系统的所述多维特征分析子模块包括六个程序单元，所述六个检测分析程序单元分别为电路检测程序单元、频谱分析程序单元、基带参数分析程序单元、数据帧持续时间程序单元、交易逻辑程序单元和干扰类型分析程序单元，所述六个程序单元对信号进行检测分析，所述干扰信息检测系统安装于ETC天线附近或集成一体，便于检测其ETC无线电环境的情况，在ETC天线启动后，干扰检测系统处于常开模式，无需ETC天线检测OBU后触发，对无线电信号进行多维特征分析。

在本实施例中，本发明用于ETC的干扰信息检测系统的所述电路检测程序单元通过状态检测模块判断所述低噪声放大器模块的状态，如果处于正常状态，则进入所述频谱分析程序单元，如果处于干扰状态，可以判定存在大信号干扰。

在本实施例中，本发明用于ETC的干扰信息检测系统的所述频谱分析程序单元用于分析频谱的中心频率、占用带宽及信号强度，正常ETC工作频段占用带宽小于5MHz，信号强度在频谱上为山峰，如果分析频谱的中心频率、占用带宽及信号强度处于正常状态，则进入所述基带参数分析程序单元，如果占用带宽超出此范围或信号强度的频谱异常则可判定为存在带内干扰。

在本实施例中，本发明用于ETC的干扰信息检测系统的所述基带参数分析程序单元用于判断基带是否符合ETC的规范，所述基带参数分析程序单元的参数包括调制方式、调制速率、编码方式，目前使用的ETC基带参数调制方式为ASK，调制速率为512KHz(上行)/256KHz(下行),编码方式采用FM0编码，分析过程需要根据其信号幅度、相位、频率来判断其参数，如果正常则进入所述数据帧持续时间程序单元，如果有一项参数不符合则可认定为存在干扰信号。

在本实施例中，本发明用于ETC的干扰信息检测系统的所述数据帧持续时间程序单元用于检测数据帧长度和间隔发送频率，针对伪装RSU/OBU信号发送的干扰源，其频谱分析、基带参数与正常信号并无差异，通过分析其时间特性，如果数据帧长度、间隔发送频率等参数存在异常，则可判定存在带内小信号干扰。

在本实施例中，本发明用于ETC的干扰信息检测系统的所述交易逻辑程序单元用于分析ETC交易流程的数据，如存在设备ID地址异常、数据帧内容不符合交易流程等现象，则可判定存在ETC伪信号干扰。

在本实施例中，本发明用于ETC的干扰信息检测系统的所述干扰类型分析程序单元对所述电路检测程序单元、所述频谱分析程序单元、所述基带参数分析程序单元、所述数据帧持续时间程序单元和所述交易逻辑程序单元检测到的干扰特征进行干扰类型分析。

在本实施例中，本发明用于ETC的干扰信息检测系统的所述状态检测模块检测所述低噪声放大器模块的状态。

在本实施例中，本发明用于ETC的干扰信息检测系统的所述干扰信息检测系统与ETC收费系统同步运行。

在本实施例中，主要列举了以下四种无线电干扰源：

ETC频段带内大信号干扰发射机发射出的干扰源：通过发射带内强干扰信号，一定信号强度的干扰既可以造成RSU/OBU的接收机对正常ETC信号解码失败甚至失效，从而无法进行正常通信，造成ETC交易失败；当信号足够强时，超过接收机的动态范围，使接收机电路信号饱和，造成阻塞。此类干扰具有带内信号可检测、解码失败的特点。

ETC频段带外大信号干扰发射机发射出的干扰源：通过发射带外强干扰信号，当信号足够强时，超过接收机电路的动态范围，使接收机的前端电路信号饱和，造成阻塞。此类干扰具有后端接收机硬件电路正常，且带内信号不可测的特点。

ETC频段带内小信号干扰发射机发射出的干扰源：小信号干扰发射机通过发射ETC带内干扰信号，对正常的ETC信号产生干扰，从信号功率强度上来说与正常的ETC信号相当，甚至在特定情况下小于正常ETC信号功率强度也可以实现干扰。小信号干扰发射机可以根据编码、调制方式、频率偏移进行细分，进而根据其特征进行检测。此类干扰隐蔽性较强，不易被发现。

ETC伪信号干扰发射机发射出的干扰源：通过模拟RSU/OBU发射伪ETC信号，对正常的ETC信号产生干扰，从信号物理参数上来说与正常的ETC信号相当，此类干扰隐蔽性极强，很难发现。

针对ETC频段带内大信号干扰发射机发射出来的干扰源，所述ETC的干扰信息检测系统表现为所述电路检测程序单元接收到的信息是所述低噪声放大器模块处于干扰状态，且所述频谱分析程序单元的分析结果是存在信号；针对ETC频段带外大信号干扰发射机发射出来的干扰源，所述ETC的干扰信息检测系统表现为所述电路检测程序单元接收到的信息是所述低噪声放大器模块处于干扰状态，且所述频谱分析程序单元的分析结果是不存在信号；针对ETC频段带内小信号干扰发射机发射出来的干扰源，所述ETC的干扰信息检测系统表现为所述电路检测程序单元接收到的信息是所述低噪声放大器模块处于正常状态，且所述频谱分析程序单元分析的中心频率、占用带宽及信号强度正常，但所述基带参数分析程序单元的调制方式、调制速率、编码方式其中一项不符合规范(所述调制方式为ASK、所述调制速率为512KHz(上行)/256KHz(下行)、所述编码方式为FM0编码)或者所述数据帧持续时间阶段的数据帧长度异常(数据帧长度正常范围值为小于128字节)；针对ETC伪信号干扰发射机发射出来的干扰源，所述ETC的干扰信息检测系统表现为所述交易逻辑程序单元的交易逻辑或所述数据帧持续时间阶段的数据帧长度存在异常。

ETC天线启动，所述用于ETC的干扰信息检测系统也同步启动，首先，所述电路检测程序单元通过状态检测模块判断所述低噪声放大器模块的状态，检测所述低噪声放大器是否处于干扰状态，如果所述低噪声放大器处于正常状态则进入所述频谱分析程序单元；所述频谱分析程序单元的特征分析包括频谱的中心频率、占用带宽及信号强度，如果经过所述中心频率、占用带宽及信号强度的特征分析显示正常则进入所述基带参数分析程序单元；所述基带参数分析程序单元的特征分析包括调制方式、调制速率、编码方式，如果经过所述调制方式、调制速率、编码方式的特征分析显示正常则进入所述数据帧持续时间程序单元；所述数据帧持续时间程序单元的特征分析包括检测数据帧长度，如果检测的所述数据帧长度显示正常则进入所述交易逻辑程序单元，所述交易逻辑程序单元的特征分析包括所述ETC交易流程的数据，如果分析的所述ETC交易流程的数据显示正常则可以判断无干扰。如果所述低噪声放大器模块处于干扰状态，可以判定存在大信号干扰，如果所述中心频率、占用带宽及信号强度的特征分析显示中心频率异常或占用带宽(正常范围值小于5M)超出范围或信号强度的频谱异常则可判定为存在带内干扰，如果所述调制方式、调制速率、编码方式的特征分析其中一项不符合规范(所述调制方式为ASK，所述调制速率为512KHz(上行)/256KHz(下行),所述编码方式采用FM0编码)或者所述数据帧长度、间隔发送频率等参数存在异常，则可判定存在带内小信号干扰，如果所述交易逻辑程序单元出现设备ID地址异常、数据帧长度不符合交易流程等现象，则可判定存在ETC伪信号干扰，现在详细描述所述用于ETC的干扰信息检测系统是如何检测四种干扰源：如果所述电路检测程序单元的检测到所述低噪声放大器模块处于干扰状态，且所述频谱分析程序单元结果显示存在干扰信号，所述干扰类型分析程序单元则可以确定干扰源为ETC频段带内大信号干扰；如果所述电路检测程序单元的检测到所述低噪声放大器模块处于干扰状态，且所述频谱分析程序单元结果不存在信号，所述干扰类型分析程序单元则可以确定干扰源为ETC频段带外大信号干扰；如果电路检测程序单元检测到所述低噪声放大器模块处于正常状态，且所述频谱分析程序单元分析的中心频率、占用带宽及信号强度正常，但所述基带参数分析程序单元的调制方式、调制速率、编码方式其中一项不符合规范(所述调制方式为ASK、所述调制速率为512KHz(上行)/256KHz(下行)、所述编码方式为FM0编码)或者所述数据帧持续时间阶段的数据帧持续时间异常，所述干扰类型分析程序单元则可以确定干扰源为ETC频段带内小信号干扰；如果所述数据帧持续时间或交易逻辑存在异常，所述干扰类型分析程序单元则可以确定干扰源为ETC伪信号干扰，紧接着，所述用于ETC的干扰信息检测系统将上述干扰类型上报至ETC收费系统，ETC收费系统启动相应的稽查程序，参考图3、图4和图5。

与现有技术相比较，本发明用于ETC的干扰信息检测系统具有以下有益效果：由于采用所述多维特征分析子模块，使得该系统不仅能够检测ETC频段带内大信号的干扰，还能够检测ETC频段带外大信号的干扰、ETC频段带内小信号的干扰、ETC伪信号的干扰，也能够检测上述多种干扰源的组合，并通过接口上报ETC收费系统，ETC收费系统启动相应的稽查程序。

以上所揭露的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (9)

1.一种用于ETC的干扰信息检测系统，包括天线阵列模块、射频滤波器模块、低噪声放大器模块、状态检测模块、本振源模块、混频器模块、中频滤波器模块、中频自适应放大器模块、驱动放大器模块、模数转换器模块，其特征在于：还包括FPGA模块，所述天线阵列模块、所述射频滤波器模块、所述低噪声放大器模块、所述混频器模块、所述中频滤波器模块、所述中频自适应放大器模块、所述驱动放大器模块、所述模数转换器模块和所述FPGA模块之间的数据信息依次传递，所述低噪声放大器模块、所述状态检测模块和所述FPGA模块之间的监控信息依次传递，所述FPGA模块根据工作信道和模数转换后的数据生成监控信息并控制所述本振源模块和所述中频自适应放大器模块及所述混频器模块，所述FPGA模块包括多维特征分析子模块，所述多维特征分析子模块包括六个程序单元，所述六个程序单元分别为电路检测程序单元、频谱分析程序单元、基带参数分析程序单元、数据帧持续时间程序单元、交易逻辑程序单元和干扰类型分析程序单元，所述六个程序单元对干扰源进行检测分析。

2.根据权利要求1所述用于ETC的干扰信息检测系统，其特征在于：所述电路检测程序单元通过状态检测模块判断所述低噪声放大器模块的干扰状态。

3.根据权利要求1所述用于ETC的干扰信息检测系统，其特征在于：所述频谱分析程序单元用于分析频谱的中心频率、占用带宽及信号强度。

4.根据权利要求1所述用于ETC的干扰信息检测系统，其特征在于：所述基带参数分析程序单元用于判断基带是否符合ETC的规范，所述基带参数分析程序单元的参数包括调制方式、调制速率、编码方式。

5.根据权利要求1所述用于ETC的干扰信息检测系统，其特征在于：所述数据帧持续时间程序单元用于检测数据帧长度。

6.根据权利要求1所述用于ETC的干扰信息检测系统，其特征在于：所述交易逻辑程序单元用于分析ETC交易流程的数据。

7.根据权利要求2或3或4或5或6所述用于ETC的干扰信息检测系统，其特征在于：所述干扰类型分析程序单元对所述电路检测程序单元、所述频谱分析程序单元、所述基带参数分析程序单元、所述数据帧持续时间程序单元和所述交易逻辑程序单元检测到的干扰特征进行干扰类型分析。

8.根据权利要求7所述用于ETC的干扰信息检测系统，其特征在于：所述状态检测模块检测所述低噪声放大器模块的信号强度。

9.根据权利要求8所述用于ETC的干扰信息检测系统，其特征在于：所述用于ETC的干扰信息检测系统与ETC收费系统同步运行。

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