CN112986904A - 一种obu定位方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种OBU定位方法及装置，基于现有的OBU的通信协议即可以实现对OBU的定位，无需对OBU进行任何改变，仅对RSU端的天线和算法进行升级即可，且定位快速准确。

Description

一种OBU定位方法及装置

技术领域

本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种OBU定位方法及装置。

背景技术

目前，随着ETC(Electronic Toll Collection，不停车收费系统)的推广，需要对OBU(On board Unit，车载单元)进行定位的需求也日益严峻，然而如何对OBU进行定位成为了一项需要攻克的难题。

发明内容

本发明旨在解决上述问题。

本发明的主要目的在于提供一种OBU定位方法；

本发明的另一目的在于提供一种OBU定位装置。

为达到上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的：

本发明一方面提供了一种OBU定位方法，设置第一天线阵列、第二天线阵列以及第三天线阵列，第一天线阵列包括第一接收天线和第二接收天线，第二天线阵列包括第三接收天线和第四接收天线，第三天线阵列包括第四接收天线和第五接收天线，第一接收天线与第二接收天线之间的距离L12小于λ/2，第三接收天线与第四接收天线之间的距离L34小于λ/2，第四接收天线与第五接收天线之间的距离L45小于λ/2，且，第一接收天线、第二接收天线、第三接收天线、第四接收天线依次排列成第一直线，第五接收天线与第四接收天线所在的第二直线垂直于第一直线，第一直线与第二直线形成的平面垂直于地面，λ为电磁波波长；OBU定位方法包括：连通第一天线阵列，利用第一接收天线和第二接收天线接收OBU发送的模拟信号，模拟信号携带有信息帧，信息帧至少包括：前导码、帧起始标志、第二层信息帧、帧结束标志和后导码；在接收信息帧时，将第一天线阵列接收的模拟信号转换为第一正交调制信号，并对第一正交调制信号进行采样得到第一数字信号，利用第一数字信号解析信息帧，正交调制信号包括：I信号和Q信号；在解析帧结束标志后，在接收后导码时，通过幅度计算公式

计算后导码对应的第一正交调制信号的幅度A₁，且通过相位差计算公式

其中θ≠π/2，I₁为第一接收天线对应的I信号，Q₁为第一接收天线对应的Q信号，I₂为第二接收天线对应的I信号，Q₂为第二接收天线对应的Q信号，计算第一接收天线接收的信号与第二接收天线接收的信号之间的夹角θ₁，利用入射角计算公式

计算模拟信号对第一天线阵列的入射角α₁，L12为第一接收天线与第二接收天线之间的距离，在获取至少一个后导码对应的第一正交调制信号的幅度A1大于等于预设阈值之后，在后导码对应的第一正交调制信号的幅度A1小于预设阈值时，关闭第一天线阵列，连通第二天线阵列，利用第三接收天线和第四接收天线继续接收OBU发送的模拟信号；将第二天线阵列接收的模拟信号转换为第二正交调制信号，通过幅度计算公式

计算后导码对应的第二正交调制信号的幅度A₂，且通过相位差计算公式

其中θ≠π/2，I₃为第三接收天线对应的I信号，Q₃为第三接收天线对应的Q信号，I₄为第四接收天线对应的I信号，Q₄为第四接收天线对应的Q信号，计算第三接收天线接收的信号与第四接收天线接收的信号之间的夹角θ₂，利用入射角计算公式

计算模拟信号对第二天线阵列的入射角α₂，L34为第三接收天线与第四接收天线之间的距离，在获取至少一个后导码对应的第二正交调制信号的幅度A₂大于等于预设阈值之后，在后导码对应的第二正交调制信号的幅度A₂小于预设阈值时，关闭第二天线阵列，连通第三天线阵列，利用第四接收天线和第五接收天线继续接收OBU发送的模拟信号；将第三天线阵列接收的模拟信号转换为第三正交调制信号，通过幅度计算公式

计算后导码对应的第三正交调制信号的幅度A₃，且通过相位差计算公式

其中θ≠π/2，I₄为第四接收天线对应的I信号，Q₄为第四接收天线对应的Q信号，I₅为第五接收天线对应的I信号，Q₅为第五接收天线对应的Q信号，计算第四接收天线接收的信号与第五接收天线接收的信号之间的夹角θ₃，利用入射角计算公式

计算模拟信号对第三天线阵列的入射角α₃，L45为第四接收天线与第五接收天线之间的距离；利用距离公式

计算OBU与第一接收天线、第二接收天线、第三接收天线或第四接收天线所在的位置的距离S，其中，L1′2′为第一天线阵列与第二天线阵列之间的距离；将第四接收天线作为坐标原点，利用坐标公式X＝S*sinα3，Y＝S*cosα3计算OBU的位置信息。

本发明另一方面提供了一种OBU定位装置，设置第一天线阵列、第二天线阵列以及第三天线阵列，第一天线阵列包括第一接收天线和第二接收天线，第二天线阵列包括第三接收天线和第四接收天线，第三天线阵列包括第四接收天线和第五接收天线，第一接收天线与第二接收天线之间的距离L12小于λ/2，第三接收天线与第四接收天线之间的距离L34小于λ/2，第四接收天线与第五接收天线之间的距离L45小于λ/2，且，第一接收天线、第二接收天线、第三接收天线、第四接收天线依次排列成第一直线，第五接收天线与第四接收天线所在的第二直线垂直于第一直线，第一直线与第二直线形成的平面垂直于地面，λ为电磁波波长；OBU定位装置包括：控制模块，用于连通第一天线阵列，利用第一接收天线和第二接收天线接收OBU发送的模拟信号，模拟信号携带有信息帧，信息帧至少包括：前导码、帧起始标志、第二层信息帧、帧结束标志和后导码；转换模块，用于在接收信息帧时，将第一天线阵列接收的模拟信号转换为第一正交调制信号，并对第一正交调制信号进行采样得到第一数字信号，利用第一数字信号解析信息帧，正交调制信号包括：I信号和Q信号；计算模块，用于在解析帧结束标志后，在接收后导码时，通过幅度计算公式

计算后导码对应的第一正交调制信号的幅度A₁，且通过相位差计算公式

其中θ≠π/2，I₁为第一接收天线对应的I信号，Q₁为第一接收天线对应的Q信号，I₂为第二接收天线对应的I信号，Q₂为第二接收天线对应的Q信号，计算第一接收天线接收的信号与第二接收天线接收的信号之间的夹角θ₁，利用入射角计算公式

计算模拟信号对第一天线阵列的入射角α₁，L12为第一接收天线与第二接收天线之间的距离；控制模块，还用于在获取至少一个后导码对应的第一正交调制信号的幅度A1大于等于预设阈值之后，在后导码对应的第一正交调制信号的幅度A1小于预设阈值时，关闭第一天线阵列，连通第二天线阵列，利用第三接收天线和第四接收天线继续接收OBU发送的模拟信号；计算模块，还用于将第二天线阵列接收的模拟信号转换为第二正交调制信号，通过幅度计算公式

计算后导码对应的第二正交调制信号的幅度A₂，且通过相位差计算公式

其中θ≠π/2，I₃为第三接收天线对应的I信号，Q₃为第三接收天线对应的Q信号，I₄为第四接收天线对应的I信号，Q₄为第四接收天线对应的Q信号，计算第三接收天线接收的信号与第四接收天线接收的信号之间的夹角θ₂，利用入射角计算公式

计算模拟信号对第二天线阵列的入射角α₂，L34为第三接收天线与第四接收天线之间的距离；控制模块，还用于在获取至少一个后导码对应的第二正交调制信号的幅度A₂大于等于预设阈值之后，在后导码对应的第二正交调制信号的幅度A₂小于预设阈值时，关闭第二天线阵列，连通第三天线阵列，利用第四接收天线和第五接收天线继续接收OBU发送的模拟信号；计算模块，还用于将第三天线阵列接收的模拟信号转换为第三正交调制信号，通过幅度计算公式

计算后导码对应的第三正交调制信号的幅度A₃，且通过相位差计算公式

其中θ≠π/2，I₄为第四接收天线对应的I信号，Q₄为第四接收天线对应的Q信号，I₅为第五接收天线对应的I信号，Q₅为第五接收天线对应的Q信号，计算第四接收天线接收的信号与第五接收天线接收的信号之间的夹角θ₃，利用入射角计算公式

计算模拟信号对第三天线阵列的入射角α₃，L45为第四接收天线与第五接收天线之间的距离；利用距离公式

计算OBU与第一接收天线、第二接收天线、第三接收天线或第四接收天线所在的位置的距离S，其中，L1′2′为第一天线阵列与第二天线阵列之间的距离；将第四接收天线作为坐标原点，利用坐标公式X＝S*sinα3，Y＝S*cosα3计算OBU的位置信息。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明提供了一种OBU定位方法及装置，基于现有的OBU的通信协议即可以实现对OBU的定位，无需对OBU进行任何改变，仅对RSU端的天线和算法进行升级即可，且定位快速准确。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，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附图。

图1为本发明实施例提供的OBU定位方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的天线阵列排布示意图；

图3为本发明实施例提供的天线阵列排布正视图；

图4为本发明实施例提供的向量夹角计算示意图；

图5为本发明实施例提供的信号入射角计算示意图；

图6为本发明实施例提供的距离计算示意图；

图7为本发明实施例提供的OBU定位计算示意图；

图8为本发明实施例提供的OBU定位装置的结构示意图。

具体实施方式

下面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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或数量或位置。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述。

图1示出了本发明实施例提供的OBU定位方法的流程图，参见图1，本发明实施例提供的OBU定位方法，包括：

设置第一天线阵列、第二天线阵列以及第三天线阵列，第一天线阵列包括第一接收天线和第二接收天线，第二天线阵列包括第三接收天线和第四接收天线，第三天线阵列包括第四接收天线和第五接收天线，第一接收天线与第二接收天线之间的距离L12小于λ/2，第三接收天线与第四接收天线之间的距离L34小于λ/2，第四接收天线与第五接收天线之间的距离L45小于λ/2，且，第一接收天线、第二接收天线、第三接收天线、第四接收天线依次排列成第一直线，第五接收天线与第四接收天线所在的第二直线垂直于第一直线，第一直线与第二直线形成的平面垂直于地面，λ为电磁波波长。

具体地，预先设置天线阵列，该天线阵列的排布参见图2和图3，本发明实际应用中，按天线工作的时序分为三个天线阵列，每个天线阵列由两个天线组成。其中，对于第一天线阵列，是由天线1和天线2构成的，并且天线1、2之间中心距离应小于λ/2，同理，第二天线阵列与第三天线阵列也分别通过两个天线构成。其中，第一天线阵列、第二天线阵列、第三天线阵列在同一平面上，在同一平面内设置五个天线，该五个天线形成三个天线阵列，该平面垂直于地面，即该平面垂直于道路方向，由此在计算OBU的位置时，可以以该平面为起点进行计算，使得计算简单快捷。且由于仅设置五个接收天线，相较于六个接收天线，可以节约成本，且使得计算简单方便。

同时，为了便于计算，因此，在设置天线阵列时，每个天线阵列中的接收天线的距离小于λ/2，可以避免计算过程中出现不同象限相同角度的问题出现，同时减小了天线阵列的体积。

OBU定位方法包括：

S1，连通第一天线阵列，利用第一接收天线和第二接收天线接收OBU发送的模拟信号，模拟信号携带有信息帧，信息帧至少包括：前导码、帧起始标志、第二层信息帧、帧结束标志和后导码。

具体地，在本发明正常进行信息帧接收时，可以默认通过第一天线阵列进行接收，需要进行定位时，则可以进行第二天线阵列和第三天线阵列的切换。

值得说明的是，本步骤中连通第一天线阵列的操作可以为默认连接的，并不需要特别执行该步骤。

在OBU与RSU进行数据交互时，规定发送的信息帧包括前导码、帧起始标志、第二层信息帧、帧结束标志和后导码，前导码可以为预设个数的比特1，例如为16个比特1，帧起始标志和帧结束标志均为二进制序列01111110，其中的第二层信息帧可以包括MAC地址、MAC控制域、LPDU(可选)以及帧校验位等，这在本发明中不做具体说明。后导码可以为预设个数的比特0，例如可以设置为1-8个比特0或者比特1等，这在本发明中并不做具体限制。

S2，在接收信息帧时，将第一天线阵列接收的模拟信号转换为第一正交调制信号，并对第一正交调制信号进行采样得到第一数字信号，利用第一数字信号解析信息帧，正交调制信号包括：I信号和Q信号。

具体地，一般IQ信号通常用复数来表示，写成：x(t)+jy(t)，也可以用I(t)，Q(t)来表示，对应复平面一个点，所以IQ信号也叫做复信号。这个复数点在X实数轴上的投影叫做同相分量，在Y虚数轴上的投影叫做正交分量。

在现代通信中，IQ调制属于标准配置，利用IQ调制可以做出所有的调制方式。因此可以将一个信号s(t)写成下面的表示形式：

s(t)＝I(t)coswt-Q(t)sinwt＝Acos(wt+θ) (1)

其中

举个例子，时间t为t0时，如果已知天线1和天线2收到的IQ值，可以得到对应的输出信号相位如下：

上述结果计算过程如下：

因此，可以通过IQ值来求两个向量的夹角θ，参见图4：

将天线1、天线2的信号用复数表示：

由(i)可推导出：

当|θ1-θ2|∈[0,π)，且|θ1-θ2|≠π/2，将天线1、天线2的信号用复数极坐标表示：

由(ii)可推导出：

由公式(2)和公式(3)可得

公式(4)除以公式(5)可得

可得

其中θ≠π/2； (7)

因此，可以利用第一天线阵列中的第一接收天线和第二接收天线各自的IQ值来计算OBU向第一接收天线发送信号的向量与向第二接收天线发送信号的向量的夹角；同理，可以利用第二天线阵列中的第三接收天线和第四接收天线各自的IQ值来计算OBU向第三接收天线发送信号的向量与向第四接收天线发送信号的向量的夹角，可以利用第三天线阵列中的第四接收天线和第五接收天线各自的IQ值来计算OBU向第四接收天线发送信号的向量与向第五接收天线发送信号的向量的夹角。

在计算完向量夹角后，参见图5，可以根据计算得到的夹角，计算信号入射角α，由于天线1和天线2之间的距离是预先设置好的，因此，可以利用以下两个公式：

Δd＝L12*coaα (8)

其中，Δd为入射波到达天线1后需要行进到天线2的距离，L12为天线1至天线2的距离。

根据公式(8)，公式(9)

可得

根据公式(10)，易求出信号入射角α。

由此，可以通过上述方式计算得到OBU发送的信号对第一天线阵列的入射角度，同理，可以计算得到OBU发送的信号对第二天线阵列的入射角度，以及OBU发送的信号对第三天线阵列的入射角度。

S3，在解析帧结束标志后，在接收后导码时，通过幅度计算公式

计算后导码对应的第一正交调制信号的幅度A₁，且通过相位差计算公式

其中θ≠π/2，I₁为第一接收天线对应的I信号，Q₁为第一接收天线对应的Q信号，I₂为第二接收天线对应的I信号，Q₂为第二接收天线对应的Q信号，计算第一接收天线接收的信号与第二接收天线接收的信号之间的夹角θ₁，利用入射角计算公式

计算模拟信号对第一天线阵列的入射角α₁，L12为第一接收天线与第二接收天线之间的距离，在获取至少一个后导码对应的第一正交调制信号的幅度A₁大于等于预设阈值之后，在后导码对应的第一正交调制信号的幅度A₁小于预设阈值时，关闭第一天线阵列，连通第二天线阵列，利用第三接收天线和第四接收天线继续接收OBU发送的模拟信号。

具体地，本发明在解析帧结束标志后，在接收后导码时，在幅度大于等于预设阈值(有载波)的情况下进行IQ采样，在幅度小于预设阈值(无载波)的情况下进行天线阵列的切换。从而不影响第二信息帧的接收，且可以利用后导码进行定位计算。

在解析帧结束标志后，由于已经连续接收了部分后导码，因此，后导码的长度需要满足预设的长度，以便可以在各个天线阵列接收完毕后，完成OBU的定位计算。作为本发明实施例的一个可选实施方式，后导码长度为1-8个比特。

作为本发明实施例的一个可选实施方式，可以在接收完一个完整的幅度A₁大于等于预设阈值的波形后，在幅度A₁小于预设阈值时立即切换为第二天线阵列接收后导码，也可以接受完多个幅度A₁大于等于预设阈值的波形后，在幅度A₁小于预设阈值时切换为第二天线阵列接收后导码，接收到完整的波形的个数可以根据实际需要进行设置，这在本发明中并不做具体限制。

S4，将第二天线阵列接收的模拟信号转换为第二正交调制信号，通过幅度计算公式

计算后导码对应的第二正交调制信号的幅度A₂，且通过相位差计算公式

其中θ≠π/2，I₃为第三接收天线对应的I信号，Q₃为第三接收天线对应的Q信号，I₄为第四接收天线对应的I信号，Q₄为第四接收天线对应的Q信号，计算第三接收天线接收的信号与第四接收天线接收的信号之间的夹角θ₂，利用入射角计算公式

计算模拟信号对第二天线阵列的入射角α₂，L34为第三接收天线与第四接收天线之间的距离，在获取至少一个后导码对应的第二正交调制信号的幅度A₂大于等于预设阈值之后，在后导码对应的第二正交调制信号的幅度A₂小于预设阈值时，关闭第二天线阵列，连通第三天线阵列，利用第四接收天线和第五接收天线继续接收OBU发送的模拟信号；

S5，将第三天线阵列接收的模拟信号转换为第三正交调制信号，通过幅度计算公式

计算后导码对应的第三正交调制信号的幅度A₃，且通过相位差计算公式

其中θ≠π/2，I₄为第四接收天线对应的I信号，Q₄为第四接收天线对应的Q信号，I₅为第五接收天线对应的I信号，Q₅为第五接收天线对应的Q信号，计算第四接收天线接收的信号与第五接收天线接收的信号之间的夹角θ₃，利用入射角计算公式

计算模拟信号对第三天线阵列的入射角α₃，L45为第四接收天线与第五接收天线之间的距离。

具体地，在第一天线阵列工作时，即第一接收天线和第二接收天线同时工作，之后可以按上述计算公式，可以计算得到第一天线阵列的信号入射角度α₁。对于第二天线阵列和第三天线阵列，也可以计算得到信号在相应天线阵列的入射角度α₂和α₃。

S6，利用距离公式

计算OBU与第一接收天线、第二接收天线、第三接收天线或第四接收天线所在的位置的距离S，其中，L1′2′为第一天线阵列与第二天线阵列之间的距离。

具体地，参见图6，其中：

S＝tanα1*(H-h) (11)

S＝tanα2*(H-h-L1′2′) (12)

上面两个方程未知量有两个S，h。可解出：

其中，L1′2′为第一天线阵列和第二天线阵列的布置距离，是已知的；α₁、α₂均小于90度，且α₁<α₂。

基于此，可以计算出OBU到第一天线阵列或者第二天线阵列的距离。

值得说明的是，本步骤S6可以与步骤S5同时执行，也可以在步骤S5之前执行，也可以在步骤S5之后执行，这在本发明中并不做具体限制。

S7，将第四接收天线作为坐标原点，利用坐标公式X＝S*sinα3，Y＝S*cosα3计算OBU的位置信息。

具体地，仅仅知道距离S还无法实现定位，参见图7，从俯视图上看，满足距离S条件的点的轨迹是一条以天线4(第四接收天线)为圆心的半圆弧，使用天线4(第四接收天线)和天线5(第五接收天线)的IQ数据，同理可算出信号方向角α3。

由此可以完成OBU位置的定位。

以天线4为坐标原点，建立直角坐标系，OBU的位置横纵坐标表示为：

X＝S*sinα3 (14)

Y＝S*cosα3 (15)

由此可见，利用三个天线阵列可以计算得到OBU的定位信息。

本发明实际应用中，可以利用5.8G Transceiver芯片进行IQ信号的输出，通过AD采样模块进行信号采样，得到IQ值，之后可以利用FPGA进行天线阵列切换的控制以及定位信息的计算，或者也可以利用FPGA进行天线阵列切换的控制并将数据输出至MCU或者CPU，以实现OBU的定位计算。

通过本发明实施例提供的OBU定位方法，基于现有的OBU的通信协议即可以实现对OBU的定位，无需对OBU进行任何改变，仅对RSU端的天线和算法进行升级即可，且定位快速准确。

图8示出了本发明实施例提供的OBU定位装置的结构示意图，本发明实施例提供的OBU定位装置应用于上述OBU定位方法，以下仅对本发明实施例提供的OBU定位装置的结构进行简要说明，其他未尽事宜，请参照上述OBU定位方法的相关描述，在此不再赘述，参见图8，本发明实施例提供的OBU定位装置，设置第一天线阵列、第二天线阵列以及第三天线阵列，第一天线阵列包括第一接收天线和第二接收天线，第二天线阵列包括第三接收天线和第四接收天线，第三天线阵列包括第四接收天线和第五接收天线，第一接收天线与第二接收天线之间的距离L12小于λ/2，第三接收天线与第四接收天线之间的距离L34小于λ/2，第四接收天线与第五接收天线之间的距离L45小于λ/2，且，第一接收天线、第二接收天线、第三接收天线、第四接收天线依次排列成第一直线，第五接收天线与第四接收天线所在的第二直线垂直于第一直线，第一直线与第二直线形成的平面垂直于地面，λ为电磁波波长；

OBU定位装置包括：

控制模块，用于连通第一天线阵列，利用第一接收天线和第二接收天线接收OBU发送的模拟信号，模拟信号携带有信息帧，信息帧至少包括：前导码、帧起始标志、第二层信息帧、帧结束标志和后导码；

转换模块，用于在接收信息帧时，将第一天线阵列接收的模拟信号转换为第一正交调制信号，并对第一正交调制信号进行采样得到第一数字信号，利用第一数字信号解析信息帧，正交调制信号包括：I信号和Q信号；

计算模块，用于在解析帧结束标志后，在接收后导码时，通过幅度计算公式

计算后导码对应的第一正交调制信号的幅度A₁，且通过相位差计算公式

其中θ≠π/2，I₁为第一接收天线对应的I信号，Q₁为第一接收天线对应的Q信号，I₂为第二接收天线对应的I信号，Q₂为第二接收天线对应的Q信号，计算第一接收天线接收的信号与第二接收天线接收的信号之间的夹角θ₁，利用入射角计算公式

计算模拟信号对第一天线阵列的入射角α₁，L12为第一接收天线与第二接收天线之间的距离；

控制模块，还用于在获取至少一个后导码对应的第一正交调制信号的幅度A1大于等于预设阈值之后，在后导码对应的第一正交调制信号的幅度A1小于预设阈值时，关闭第一天线阵列，连通第二天线阵列，利用第三接收天线和第四接收天线继续接收OBU发送的模拟信号；

计算模块，还用于将第二天线阵列接收的模拟信号转换为第二正交调制信号，通过幅度计算公式

计算后导码对应的第二正交调制信号的幅度A₂，且通过相位差计算公式

其中θ≠π/2，I₃为第三接收天线对应的I信号，Q₃为第三接收天线对应的Q信号，I₄为第四接收天线对应的I信号，Q₄为第四接收天线对应的Q信号，计算第三接收天线接收的信号与第四接收天线接收的信号之间的夹角θ₂，利用入射角计算公式

计算模拟信号对第二天线阵列的入射角α₂，L34为第三接收天线与第四接收天线之间的距离；

控制模块，还用于在获取至少一个后导码对应的第二正交调制信号的幅度A₂大于等于预设阈值之后，在后导码对应的第二正交调制信号的幅度A₂小于预设阈值时，关闭第二天线阵列，连通第三天线阵列，利用第四接收天线和第五接收天线继续接收OBU发送的模拟信号；

计算模块，还用于将第三天线阵列接收的模拟信号转换为第三正交调制信号，通过幅度计算公式

计算后导码对应的第三正交调制信号的幅度A₃，且通过相位差计算公式

其中θ≠π/2，I₄为第四接收天线对应的I信号，Q₄为第四接收天线对应的Q信号，I₅为第五接收天线对应的I信号，Q₅为第五接收天线对应的Q信号，计算第四接收天线接收的信号与第五接收天线接收的信号之间的夹角θ₃，利用入射角计算公式

计算模拟信号对第三天线阵列的入射角α₃，L45为第四接收天线与第五接收天线之间的距离；利用距离公式

计算OBU与第一接收天线、第二接收天线、第三接收天线或第四接收天线所在的位置的距离S，其中，L1′2′为第一天线阵列与第二天线阵列之间的距离；将第四接收天线作为坐标原点，利用坐标公式X＝S*sinα3，Y＝S*cosα3计算OBU的位置信息。

由此可见，通过本发明实施例提供的OBU定位装置，基于现有的OBU的通信协议即可以实现对OBU的定位，无需对OBU进行任何改变，仅对RSU端的天线和算法进行升级即可，且定位快速准确。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (2)

1.一种OBU定位方法，其特征在于，设置第一天线阵列、第二天线阵列以及第三天线阵列，所述第一天线阵列包括第一接收天线和第二接收天线，所述第二天线阵列包括第三接收天线和第四接收天线，所述第三天线阵列包括所述第四接收天线和第五接收天线，所述第一接收天线与所述第二接收天线之间的距离L12小于λ/2，所述第三接收天线与所述第四接收天线之间的距离L34小于λ/2，所述第四接收天线与所述第五接收天线之间的距离L45小于λ/2，且，所述第一接收天线、所述第二接收天线、所述第三接收天线、所述第四接收天线依次排列成第一直线，所述第五接收天线与所述第四接收天线所在的第二直线垂直于所述第一直线，所述第一直线与所述第二直线形成的平面垂直于地面，λ为电磁波波长；

所述OBU定位方法包括：

连通所述第一天线阵列，利用所述第一接收天线和所述第二接收天线接收OBU发送的模拟信号，所述模拟信号携带有信息帧，所述信息帧至少包括：前导码、帧起始标志、第二层信息帧、帧结束标志和后导码；

在接收所述信息帧时，将所述第一天线阵列接收的所述模拟信号转换为第一正交调制信号，并对所述第一正交调制信号进行采样得到第一数字信号，利用所述第一数字信号解析所述信息帧，所述正交调制信号包括：I信号和Q信号；

在解析所述帧结束标志后，在接收所述后导码时，通过幅度计算公式

计算所述后导码对应的第一正交调制信号的幅度A₁，且通过相位差计算公式

其中θ≠π/2，I₁为所述第一接收天线对应的I信号，Q₁为所述第一接收天线对应的Q信号，I₂为所述第二接收天线对应的I信号，Q₂为所述第二接收天线对应的Q信号，计算所述第一接收天线接收的信号与所述第二接收天线接收的信号之间的夹角θ₁，利用入射角计算公式

计算所述模拟信号对所述第一天线阵列的入射角α₁，所述L12为所述第一接收天线与所述第二接收天线之间的距离，在获取至少一个所述后导码对应的第一正交调制信号的幅度A1大于等于预设阈值之后，在所述后导码对应的第一正交调制信号的幅度A1小于预设阈值时，关闭所述第一天线阵列，连通所述第二天线阵列，利用所述第三接收天线和所述第四接收天线继续接收所述OBU发送的模拟信号；

将所述第二天线阵列接收的所述模拟信号转换为第二正交调制信号，通过幅度计算公式

计算所述后导码对应的第二正交调制信号的幅度A₂，且通过相位差计算公式

其中θ≠π/2，I₃为所述第三接收天线对应的I信号，Q₃为所述第三接收天线对应的Q信号，I₄为所述第四接收天线对应的I信号，Q₄为所述第四接收天线对应的Q信号，计算所述第三接收天线接收的信号与所述第四接收天线接收的信号之间的夹角θ₂，利用入射角计算公式

计算所述模拟信号对所述第二天线阵列的入射角α₂，所述L34为所述第三接收天线与所述第四接收天线之间的距离，在获取至少一个所述后导码对应的第二正交调制信号的幅度A₂大于等于预设阈值之后，在所述后导码对应的第二正交调制信号的幅度A₂小于预设阈值时，关闭所述第二天线阵列，连通所述第三天线阵列，利用所述第四接收天线和所述第五接收天线继续接收所述OBU发送的模拟信号；

将所述第三天线阵列接收的所述模拟信号转换为第三正交调制信号，通过幅度计算公式

计算所述后导码对应的第三正交调制信号的幅度A₃，且通过相位差计算公式

其中θ≠π/2，I₄为所述第四接收天线对应的I信号，Q₄为所述第四接收天线对应的Q信号，I₅为所述第五接收天线对应的I信号，Q₅为所述第五接收天线对应的Q信号，计算所述第四接收天线接收的信号与所述第五接收天线接收的信号之间的夹角θ₃，利用入射角计算公式

计算所述模拟信号对所述第三天线阵列的入射角α₃，所述L45为所述第四接收天线与所述第五接收天线之间的距离；

利用距离公式

计算所述OBU与所述第一接收天线、所述第二接收天线、所述第三接收天线或所述第四接收天线所在的位置的距离S，其中，所述L1′2′为所述第一天线阵列与所述第二天线阵列之间的距离；

将所述第四接收天线作为坐标原点，利用坐标公式X＝S*sinα3，Y＝S*cosα3计算所述OBU的位置信息。

2.一种OBU定位装置，其特征在于，设置第一天线阵列、第二天线阵列以及第三天线阵列，所述第一天线阵列包括第一接收天线和第二接收天线，所述第二天线阵列包括第三接收天线和第四接收天线，所述第三天线阵列包括所述第四接收天线和第五接收天线，所述第一接收天线与所述第二接收天线之间的距离L12小于λ/2，所述第三接收天线与所述第四接收天线之间的距离L34小于λ/2，所述第四接收天线与所述第五接收天线之间的距离L45小于λ/2，且，所述第一接收天线、所述第二接收天线、所述第三接收天线、所述第四接收天线依次排列成第一直线，所述第五接收天线与所述第四接收天线所在的第二直线垂直于所述第一直线，所述第一直线与所述第二直线形成的平面垂直于地面，λ为电磁波波长；

所述OBU定位装置包括：

控制模块，用于连通所述第一天线阵列，利用所述第一接收天线和所述第二接收天线接收OBU发送的模拟信号，所述模拟信号携带有信息帧，所述信息帧至少包括：前导码、帧起始标志、第二层信息帧、帧结束标志和后导码；

转换模块，用于在接收所述信息帧时，将所述第一天线阵列接收的所述模拟信号转换为第一正交调制信号，并对所述第一正交调制信号进行采样得到第一数字信号，利用所述第一数字信号解析所述信息帧，所述正交调制信号包括：I信号和Q信号；

计算模块，用于在解析所述帧结束标志后，在接收所述后导码时，通过幅度计算公式

计算所述后导码对应的第一正交调制信号的幅度A₁，且通过相位差计算公式

其中θ≠π/2，I₁为所述第一接收天线对应的I信号，Q₁为所述第一接收天线对应的Q信号，I₂为所述第二接收天线对应的I信号，Q₂为所述第二接收天线对应的Q信号，计算所述第一接收天线接收的信号与所述第二接收天线接收的信号之间的夹角θ₁，利用入射角计算公式

计算所述模拟信号对所述第一天线阵列的入射角α₁，所述L12为所述第一接收天线与所述第二接收天线之间的距离；

所述控制模块，还用于在获取至少一个所述后导码对应的第一正交调制信号的幅度A₁大于等于预设阈值之后，在所述后导码对应的第一正交调制信号的幅度A₁小于预设阈值时，关闭所述第一天线阵列，连通所述第二天线阵列，利用所述第三接收天线和所述第四接收天线继续接收所述OBU发送的模拟信号；

所述计算模块，还用于将所述第二天线阵列接收的所述模拟信号转换为第二正交调制信号，通过幅度计算公式

计算所述后导码对应的第二正交调制信号的幅度A₂，且通过相位差计算公式

其中θ≠π/2，I₃为所述第三接收天线对应的I信号，Q₃为所述第三接收天线对应的Q信号，I₄为所述第四接收天线对应的I信号，Q₄为所述第四接收天线对应的Q信号，计算所述第三接收天线接收的信号与所述第四接收天线接收的信号之间的夹角θ₂，利用入射角计算公式

计算所述模拟信号对所述第二天线阵列的入射角α₂，所述L34为所述第三接收天线与所述第四接收天线之间的距离；

所述控制模块，还用于在获取至少一个所述后导码对应的第二正交调制信号的幅度A₂大于等于预设阈值之后，在所述后导码对应的第二正交调制信号的幅度A₂小于预设阈值时，关闭所述第二天线阵列，连通所述第三天线阵列，利用所述第四接收天线和所述第五接收天线继续接收所述OBU发送的模拟信号；

所述计算模块，还用于将所述第三天线阵列接收的所述模拟信号转换为第三正交调制信号，通过幅度计算公式

计算所述后导码对应的第三正交调制信号的幅度A₃，且通过相位差计算公式

其中θ≠π/2，I₄为所述第四接收天线对应的I信号，Q₄为所述第四接收天线对应的Q信号，I₅为所述第五接收天线对应的I信号，Q₅为所述第五接收天线对应的Q信号，计算所述第四接收天线接收的信号与所述第五接收天线接收的信号之间的夹角θ₃，利用入射角计算公式

计算所述模拟信号对所述第三天线阵列的入射角α₃，所述L45为所述第四接收天线与所述第五接收天线之间的距离；利用距离公式

计算所述OBU与所述第一接收天线、所述第二接收天线、所述第三接收天线或所述第四接收天线所在的位置的距离S，其中，所述L1′2′为所述第一天线阵列与所述第二天线阵列之间的距离；将所述第四接收天线作为坐标原点，利用坐标公式X＝S*sinα3，Y＝S*cosα3计算所述OBU的位置信息。

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