CN112802357B - 基于rfid的车辆识别定位装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于RFID的车辆识别定位装置，包括：电连接的圆形相控阵天线和RFID读写器主机；圆形相控阵天线用于根据RFID读写器主机的控制信号沿圆形相控阵天线的周向以预设角速度和预设功率旋转发射载波信号，并接收车身反射载波信号的反射波信号以及接收车载RFID标签的返回信号；RFID读写器主机用于根据反射波信号和返回信号分别计算车辆与圆形相控阵天线之间的直线距离和方位角，并基于直线距离和方位角计算车辆的位置信息。实现车辆定位功能。

Description

基于RFID的车辆识别定位装置
技术领域
本发明涉及超高频RFID读写器定位技术领域，更具体地，涉及一种基于RFID的车辆识别定位装置。
背景技术
汽车电子标识(electronic registration identification of the motorvehicle，简称ERI)也叫汽车电子身份证、汽车数字化标准信源、俗称"电子车牌"，将车牌号码等信息存储在射频标签中，能够自动、非接触、不停车地完成车辆的识别和监控，是基于物联网无源射频识别(RFID)在智慧交通领域的延伸。车电子标识技术突破了原有交通信息采集技术的瓶颈，实现车辆交通信息的分类采集、精确化采集、海量采集，动态采集，抓住了智能交通应用系统采集源头的关键问题，是构建智慧交通应用系统的基础。
现有的汽车电子标识读写器，在覆盖的车道上方悬挂天线，通过轮询的方式覆盖多个车道，只能识别车辆位于哪个车道，并不具备完整的车辆定位功能。
发明内容
本发明的目的是提出一种基于RFID的车辆识别定位装置，实现车辆定位。
为实现上述目的，本发明提出了一种基于RFID的车辆识别定位装置，包括：
电连接的圆形相控阵天线和RFID读写器主机；
所述圆形相控阵天线用于根据所述RFID读写器主机的控制信号沿所述圆形相控阵天线的周向以预设角速度和预设功率旋转发射载波信号，并接收车身反射所述载波信号的反射波信号以及接收车载RFID标签的返回信号；
所述RFID读写器主机用于根据所述反射波信号和所述返回信号分别计算车辆与所述圆形相控阵天线之间的直线距离和方位角，并基于所述直线距离和所述方位角计算所述车辆的位置信息，同时获取所述车载RFID标签中存储的车辆信息。
可选地，所述圆形相控阵天线包括呈圆形阵列排布的多个天线单元和数控移相器，所述天线单元与所述数控移相器电连接；
所述数控移相器用于根据所述控制信号控制多个天线通道的相位偏移，使多个所述天线单元合成的最大辐射方向沿着所述圆形相控阵天线的圆周做360度旋转。
可选地，所述RFID读写器主机包括射频收发通道、模数转换模块、FPGA模块和微处理单元；
所述射频收发通道、所述模数转换模块、所述FPGA模块、所述微处理单元依次电连接，所述射频收发通道还与所述数控移相器电性连接。
可选地，所述RFID读写器主机还包括电源模块，所述电源模块与所述射频收发通道、所述模数转换模块、所述FPGA模块、所述微处理单元和所述圆形相控阵天线电连接。
可选地，所述FPGA模块用于解算所述返回信号的频率偏移值并将所述频率偏移值发送给所述微处理单元。
可选地，所述微处理单元用于根据所述频率偏移值从预存的频率偏移和方向角对应表中匹配获取所述车辆相对于所述圆形相控阵天线的方向角。
可选地，所述FPGA模块还用于根据所述载波信号的发射功率和所述反射波信号的功率值计算传输损耗值，并将所述传输损耗值发送给所述微处理单元。
可选地，所述微处理单元还用于根据所述传输损耗值在预存的传输损耗值和距离对照表中匹配获取所述圆形相控阵天线与车辆之间的直线距离。
可选地，所述微处理单元还用于根据所述直线距离、所述方向角获得所述车辆与所述圆形相控阵天线的相对位置，并根据所述圆形相控阵天线的预设位置信息计算所述车辆的所述位置信息。
可选地，所述FPGA模块通过基带信号大小和当前所述反射波信号接收链路的增益值计算天线口的等效接收功率，并通过当前的发射功率值和所述等效接收功率值计算出所述传输损耗。
本发明的有益效果在于：
通过采用圆形相控阵天线预设角速度和预设功率旋转发射载波信号，并接收车身反射载波信号的反射波信号以及接收车载RFID标签的返回信号，并通过RFID读写器主机根据反射波信号和返回信号分别计算车辆与圆形相控阵天线之间的直线距离和方位角，然后基于直线距离和方位角计算车辆的位置信息，能够在获取车辆信息的同时实现对车辆的定位功能。
本发明的装置具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，在本发明示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了根据本发明的一个实施例的一种基于RFID的车辆识别定位装置的结构示意图。
图2示出了根据本发明的一个实施例的一种基于RFID的车辆识别定位装置中圆形相控阵天线的结构示意图。
图3示出了根据本发明的一个实施例的一种基于RFID的车辆识别定位装置中RFID读写器主机的结构示意图。
图4示出了根据本发明的一个实施例的一种基于RFID的车辆识别定位装置的使用原理示意图。
附图标记：
1-圆形相控阵天线，2-RFID读写器主机，101-天线单元，102-数控移相器，201-射频收发通道，202-模数转换模块，203-FPGA模块，204-微处理单元。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明。虽然附图中显示了本发明的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
图1示出了根据本发明的一个实施例的一种基于RFID的车辆识别定位装置的结构示意图。
如图1所示，一种基于RFID的车辆识别定位装置，包括：
电连接的圆形相控阵天线1和RFID读写器主机2；
圆形相控阵天线1用于根据RFID读写器主机2的控制信号沿圆形相控阵天线1的周向以预设角速度和预设功率旋转发射载波信号，并接收车身反射载波信号的反射波信号以及接收车载RFID标签的返回信号；
RFID读写器主机2用于根据反射波信号和返回信号分别计算车辆与圆形相控阵天线1之间的直线距离和方位角，并基于直线距离和方位角计算车辆的位置信息，同时获取所述车载RFID标签中存储的车辆信息。
其中车辆信息包括车牌号码、年检信息等车辆信息。
参考图2，本实施例中，圆形相控阵天线1包括呈圆形阵列排布的多个天线单元101和数控移相器102，天线单元101与数控移相器102电连接；
数控移相器102用于根据控制信号控制多个天线通道的相位偏移，使多个天线单元101合成的最大辐射方向沿着圆形相控阵天线1的圆周做360度旋转。
具体地，圆形相控阵天线1的主要由数控移相器102和天线单元101两部分组成。数控移相器102的主要作用是接收主机发送来的控制信号，控制N个通道的相位偏移，使N个天线单元101的合成方向图的最大辐射方向沿着圆周做360度旋转，即整个相控阵天线的方向图最大辐射方向沿着圆周做360度旋转。
参考图3，本实施例中，RFID读写器主机2包括射频收发通道201、模数转换模块202、FPGA模块203和微处理单元204；
射频收发通道201、模数转换模块202(ADC/DAC)、FPGA模块203、微处理单元204(MCU)依次电连接，射频收发通道201还与数控移相器102电性连接。
还包括电源模块，电源模块与射频收发通道201、模数转换模块202、FPGA模块203、微处理单元204和圆形相控阵天线1电连接。
其中，FPGA模块203用于解算返回信号的频率偏移值并将频率偏移值发送给微处理单元204。微处理单元204用于根据频率偏移值从预存的频率偏移和方向角对应表中匹配获取车辆相对于圆形相控阵天线1的方向角。
参考图4，在一个具体应用场景中，相控阵天线布设在高速公路的双方向车道中间，因此只需要测定车辆的方位角Θ和天线与车辆的距离L就可以确定车辆的位置，实现车辆定位。
方位角Θ的确定过程如下。读写器主机控制圆形相控阵天线1使其最大辐射方向以预设的角速度ω(ω＝2Πf)旋转，车载标签接收到的载波信号相应会产生一定的多普勒频偏，当Θ的值与多普勒频偏的大小一一对应，只需要将接收到的标签返回信号的多普勒频偏值确定，就可以确定方位角的值。
具体地，当车辆驶入读写器的工作范围内时，由于读写器的圆形相控阵天线1的辐射方向以角速度ω旋转，所以车载标签接收到的载波也会有相应的多普勒频偏，车辆的方位角Θ不同时，多普勒频偏的大小也会随之变化。标签发回给读写器的信号也会产生相应的多普勒频偏，该信号经过圆形相控阵天线1、射频线进入读写器主机。在读写器主机内部经过射频通道和模数转换模块202进入FPGA模块203，FPGA模块203能够解算出此时的多普勒频偏值并将该值传送给微处理单元204，微处理单元204查找预置的频偏和方向角的对应表格(在出厂前预先测试若干个方向角对应的多普勒频偏，存储在微处理单元204中)。通过线性插值可得出当前的方位角。
本实施例中，FPGA模块203还用于根据载波信号的发射功率和反射波信号的功率值计算传输损耗值，并将传输损耗值发送给微处理单元204。微处理单元204还用于根据传输损耗值在预存的传输损耗值和距离对照表中匹配获取圆形相控阵天线1与车辆之间的直线距离。
在上述具体应用场景中，参考图4，距离L的测定，主要依靠射频收发通道201和模数转换模块202和FPGA模块203三个模块测量出车体反射波的强度，并根据发射功率计算出链路损耗，进而计算出距离L。距离和方位角确定后，车辆相对于圆形相控阵天线1的位置即可确定。
具体地，FPGA模块203将通过基带信号的大小和当前的接收链路增益值计算出天线口的等效接收功率。然后通过当前的发射功率值和天线口等效接收功率值计算出传输损耗。同时将该损耗值传送给微处理单元204，微处理单元204查找预置的损耗值和距离对照表(出厂前预先测试若干个损耗值对应的距离，存储在微处理单元中)。通过线性插值可得到当前的距离L。
本实施例中，微处理单元204还用于根据直线距离、方向角获得车辆与圆形相控阵天线1的相对位置，并根据圆形相控阵天线1的预设位置信息计算车辆的位置信息。
在上述具体应用场景中，圆形相控阵天线1的绝对位置是已知的(在布设设备时可以通过GPS接收机等设备测出)，所以车辆的绝对位置即可通过简单计算得出。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (7)

1.一种基于RFID的车辆识别定位装置，其特征在于，包括：
电连接的圆形相控阵天线和RFID读写器主机；
所述圆形相控阵天线用于根据所述RFID读写器主机的控制信号沿所述圆形相控阵天线的周向以预设角速度和预设功率旋转发射载波信号，并接收车身反射所述载波信号的反射波信号以及接收车载RFID标签的返回信号；
所述RFID读写器主机用于根据所述反射波信号和所述返回信号分别计算车辆与所述圆形相控阵天线之间的直线距离和方位角，并基于所述直线距离和所述方位角计算所述车辆的位置信息，同时获取所述车载RFID标签中存储的车辆信息；
所述RFID读写器主机包括FPGA模块和微处理单元，所述FPGA模块用于解算所述返回信号的频率偏移值并将所述频率偏移值发送给所述微处理单元；所述微处理单元用于根据所述频率偏移值从预存的频率偏移和方向角对应表中匹配获取所述车辆相对于所述圆形相控阵天线的方向角；
所述微处理单元还用于根据所述直线距离、所述方向角获得所述车辆与所述圆形相控阵天线的相对位置，并根据所述圆形相控阵天线的预设位置信息计算所述车辆的所述位置信息。
2.根据权利要求1所述的基于RFID的车辆识别定位装置，其特征在于，所述圆形相控阵天线包括呈圆形阵列排布的多个天线单元和数控移相器，所述天线单元与所述数控移相器电连接；
所述数控移相器用于根据所述控制信号控制多个天线通道的相位偏移，使多个所述天线单元合成的最大辐射方向沿着所述圆形相控阵天线的圆周做360度旋转。
3.根据权利要求2所述的基于RFID的车辆识别定位装置，其特征在于，所述RFID读写器主机还包括射频收发通道和模数转换模块；
所述射频收发通道、所述模数转换模块、所述FPGA模块、所述微处理单元依次电连接，所述射频收发通道还与所述数控移相器电性连接。
4.根据权利要求3所述的基于RFID的车辆识别定位装置，其特征在于，所述RFID读写器主机还包括电源模块，所述电源模块与所述射频收发通道、所述模数转换模块、所述FPGA模块、所述微处理单元和所述圆形相控阵天线电连接。
5.根据权利要求1所述的基于RFID的车辆识别定位装置，其特征在于，所述FPGA模块还用于根据所述载波信号的发射功率和所述反射波信号的功率值计算传输损耗值，并将所述传输损耗值发送给所述微处理单元。
6.根据权利要求5所述的基于RFID的车辆识别定位装置，其特征在于，所述微处理单元还用于根据所述传输损耗值在预存的传输损耗值和距离对照表中匹配获取所述圆形相控阵天线与车辆之间的直线距离。
7.根据权利要求5所述的基于RFID的车辆识别定位装置，其特征在于，所述FPGA模块通过基带信号大小和当前所述反射波信号接收链路的增益值计算天线口的等效接收功率，并通过当前的发射功率值和等效接收功率值计算出所述传输损耗。
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