专利名称：一种基于微波测距的天线定位方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及智能交通技术领域，特别是涉及一种基于微波测距的天线定位方法和
直O
背景技术：
电子不停车收费系统(ETC，Electronic Toll Collection)是指车辆在通过收费站时，通过车载设备实现车辆识别、信息写入(入口 )并自动从预先绑定的IC卡或银行帐户上扣除相应资金(出口)，是国际上正在努力开发并推广普及的一种用于道路、大桥和隧道的电子收费系统。ETC系统主要是由通讯、监控、收费三大系统组成。在ETC系统中，一般通过在地表安装地感线圈确定是否有车辆的到来，通过在车道上方安装读写天线实现收费交易。所述地感线圈是用来检测车辆的一种探测装置，它通过与车辆检测器的配合，来确定一定范围内是否有大型金属物体(即车辆)进入。现有技术的ETC系统，通过地感线圈只能检测是否有车辆到来，而不能够确定车辆的具体的位置。因此，为了实现不停车收费，需要通过提前测试来设定读写天线的发射功率，使读写天线能够覆盖在一个合理的区域内，即交易收费区，当车辆进入该区域内时，则进行收费交易。但是，读写天线的发射功率设定好后就不再变化，也就是说，读写天线所覆盖交易收费区的范围是固定的，则当同时有其它车辆进入该区域时，读写天线无法对车辆进行识别，因此就不能确定需要对哪一车辆进行计费交易。由于不能对车辆进行定位，后面的跟车对前面的计费车辆产生了计费影响。总之，需要本领域技术人员迫切解决的一个技术问题就是如何能够提供一种针对车辆定位方法，能够调节天线所控制的区域范围，将区域控制在单一车辆的范围，减少跟车的影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于微波测距的天线定位方法和装置，能够调节天线所控制的区域范围，将区域控制在单一车辆的范围，减少跟车的影响。为了解决上述问题，本发明公开了一种基于微波测距的天线定位方法，包括通过测距天线阵列发射微波信号，并接收由微波信号反射回的回波信号；通过将所述回波信号与背景信号模型进行比较，判断是否有车辆进入车道；其中， 所述背景信号模型依据无车辆通过车道时的回波信号建立获得；当判断有车辆进入车道时，依据当前的回波信号和背景信号模型获取测距天线阵列与当前车辆之间的定位距离；依据所述定位距离调节读写天线的覆盖距离，使所述读写天线与当前车辆上的车载电子标签进行数据通信。优选的，所述测距天线阵列由多个测距天线构成；其中，各个测距天线按照不同的安装角度对应不同的探测距离。
优选的，接收到回波信号之后，还包括依据所述回波信号获取回波信号参数；其中，所述回波信号参数包括回波时间、回波信号的强弱、和/或信号波形的相位变化。优选的，背景信号模型的建立包括依据无车辆通过车道时获取的回波信号参数，将回波时间乘以光速并除以二计算得到探测距离；在所述背景信号模型中记录与各个测距天线对应的回波信号的回波信号参数、及其探测距离。优选的，所述判断是否有车辆进入车道，具体为当任一测距天线的回波信号的回波信号参数较之背景信号模型中相对应的回波信号参数发生变化时，则判断有车辆进入车道。优选的，依据当前的回波信号和背景信号模型获取测距天线阵列与当前车辆之间的定位距离，具体为在背景信号模型中获取发生变化的回波信号参数所对应的探测距离， 并将所获取的探测距离作为测距天线阵列与当前车辆之间的定位距离。优选的，当多个测距天线的回波信号的回波信号参数较之背景信号模型中相对应的回波信号参数发生变化时，所述方法还包括在发生变化的回波信号参数所对应的探测距离中，获取多个探测距离中的最小值；则将所获取的探测距离的最小值作为测距天线阵列与当前车辆之间的定位距离。优选的，所述方法还包括对读写天线进行测试，通过调节发射功率改变读写天线的覆盖距离，并记录每个发射功率及其对应的覆盖距离；则，通过将读写天线的发射功率设为覆盖距离取值为所述定位距离时的所对应的发射功率，调节读写天线的覆盖距离。优选的，所述方法还包括判断所述定位距离是否处于预置可通信距离范围之内； 若是，则依据所述定位距离调节读写天线的覆盖距离；若否，则返回测距天线阵列发射微波信号的步骤。相应的，本发明还公开了一种基于微波测距的天线定位装置，包括测距天线阵列，用于发射微波信号并接收由微波信号反射回的回波信号；背景模型建立�？椋糜谝谰菸蕹盗就ü档朗钡幕夭ㄐ藕沤⒈尘靶藕拍Ｐ停怀盗窘肱卸夏？椋糜谕ü龌夭ㄐ藕庞氡尘靶藕拍Ｐ徒斜冉希卸鲜欠裼谐盗窘氤档溃欢ㄎ痪嗬牖袢∧？椋糜诘迸卸嫌谐盗窘氤档朗保谰莸鼻暗幕夭ㄐ藕藕捅尘靶藕拍Ｐ突袢〔饩嗵煜哒罅杏氲鼻俺盗局涞亩ㄎ痪嗬耄桓哺蔷嗬氲鹘谀？椋糜谝谰菟龆ㄎ痪嗬氲鹘诙列刺煜叩母哺蔷嗬耄欢列刺煜撸糜谟氲鼻俺盗旧系某翟氐缱颖昵┙惺萃ㄐ�。优选的，所述测距天线阵列由多个测距天线构成；其中，各个测距天线按照不同的安装角度对应不同的探测距离。优选的，所述装置还包括信号参数获取�？椋糜诓饩嗵煜哒罅薪邮盏交夭ㄐ藕胖螅谰菟龌夭ㄐ藕呕袢』夭ㄐ藕挪问黄渲校龌夭ㄐ藕挪问ɑ夭ㄊ奔洹⒒夭ㄐ藕诺那咳�、和/或信号波形的相位变化。优选的，所述背景模型建立模块包括探测距离获取子�？椋糜谝谰菸蕹盗就ü档朗被袢〉幕夭ㄐ藕挪问夭ㄊ奔涑艘怨馑俨⒊远扑愕玫教讲饩嗬耄徊问锹甲幽？椋糜谠谒霰尘靶藕拍Ｐ椭屑锹加敫鞲霾饩嗵煜叨杂Φ幕夭ㄐ藕诺幕夭ㄐ藕挪问�、及其探测距离。优选的，所述车辆进入判断模块判断是否有车辆进入车道，具体为当任一测距天线的回波信号的回波信号参数较之背景信号模型中相对应的回波信号参数发生变化时，则判断有车辆进入车道。优选的，定位距离获取�？橐谰莸鼻暗幕夭ㄐ藕藕捅尘靶藕拍Ｐ突袢〔饩嗵煜哒罅杏氲鼻俺盗局涞亩ㄎ痪嗬耄咛逦诒尘靶藕拍Ｐ椭谢袢》⑸浠幕夭ㄐ藕挪问杂Φ奶讲饩嗬耄⒔袢〉奶讲饩嗬胱魑饩嗵煜哒罅杏氲鼻俺盗局涞亩ㄎ痪嗬�。优选的，所述装置还包括距离取值�？椋糜诘倍喔霾饩嗵煜叩幕夭ㄐ藕诺幕夭ㄐ藕挪问现尘靶藕拍Ｐ椭邢喽杂Φ幕夭ㄐ藕挪问⑸浠保诜⑸浠幕夭ㄐ藕挪问杂Φ奶讲饩嗬胫校袢《喔鎏讲饩嗬胫械淖钚≈担辉蚨ㄎ痪嗬牖袢∧？榻袢〉奶讲饩嗬氲淖钚≈底魑饩嗵煜哒罅杏氲鼻俺盗局涞亩ㄎ痪嗬�。优选的，所述装置还包括读写天线测试�？椋糜诙远列刺煜呓胁馐裕ü鹘诜⑸涔β矢谋涠列刺煜叩母哺蔷嗬耄⒓锹济扛龇⑸涔β始捌涠杂Φ母哺蔷嗬耄辉颍哺蔷嗬氲鹘谀？橥ü列刺煜叩姆⑸涔β噬栉哺蔷嗬肴≈滴龆ㄎ痪嗬胧钡乃杂Φ姆⑸涔β剩鹘诙列刺煜叩母哺蔷嗬�。优选的，所述装置还包括通信距离判断模块，用于判断所述定位距离是否处于预置可通信距离范围之内； 若是，则触发覆盖距离调节�？椋蝗舴瘢蚬乇崭哺蔷嗬氲鹘谀？�。与现有技术相比，本发明具有以下优点本发明利用测距天线阵列发射微波信号并接收反射回的回波信号，通过对回波信号与背景信号模型进行比较，可以在不使用地感线圈的情况下，判定车辆是否进入车道。进一步，本发明依据当前的回波信号可以确定测距天线阵列与当前车辆之间的定位距离，并可依此调节读写天线的覆盖距离，该覆盖距离所达到的目标位置即为当前车辆所在的位置，则通过测距天线的定位，相比于现有技术中固定覆盖范围，本发明可以实时的、动态的调整读写天线的覆盖距离，并将交易区域控制在单一车辆的范围，避免其他车辆对当前所探测车辆的干扰，减少了跟车的影响。
图1是本发明一种基于微波测距的天线定位方法实施例一的流程图；图2是本发明一种基于微波测距的天线定位方法实施例二的流程图；图3是本发明一种基于微波测距的天线定位方法实施例三的流程图；图4是本发明一种基于微波测距的天线定位装置实施例一的结构图；图5是本发明一种基于微波测距的天线定位装置实施例二的结构图。
具体实施例方式为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明。参照图1，示出了本发明一种基于微波测距的天线定位方法实施例一的流程图，包括步骤101，通过测距天线阵列发射微波信号，并接收由微波信号反射回的回波信号；本发明所述的测距天线阵列可向外发射微波信号，微波信号在空中传播遇到障碍物后反射回来，再次被测距天线阵列所接收。则依据接收到的回波信号可探测到测距天线与前面障碍物之间的距离。具体的，所述测距天线阵列由多个测距天线构成；其中，各个测距天线按照不同的安装角度对应不同的探测距离。通常的，安装角度倾斜较大时，该测距天线的探测距离较大；安装角度倾斜较小时，该测距天线的探测距离较小。例如，本发明的一个实施例中，测距天线阵列可测量的探测距离为6 10米。进一步，接收到回波信号之后，还包括步骤依据所述回波信号获取回波信号参数。其中，所述回波信号参数包括回波时间、回波信号的强弱、和/或信号波形的相位变化。所述回波时间即，以微波信号从测距天线发射出去，到通过反射再次被测距天线接收， 中间所经历的时间。所述信号波形的相位变化即发射的微波信号的相位与接收的回波信号的相位之差。步骤102，通过将所述回波信号与背景信号模型进行比较，判断是否有车辆进入车道；其中，所述背景信号模型依据无车辆通过车道时的回波信号建立获得；在进行车辆的定位之前，需要建立背景信号模型，测试出每个测距天线与微波信号覆盖距离的各个位置之间的距离，即将测距天线阵列所覆盖的区域当成一个背景，将其建模。具体的，所述背景信号模型的建立包括Al，依据无车辆通过车道时获取的回波信号参数，将回波时间乘以光速并除以二计算得到探测距离；测距天线的测距原理就是根据发出去的信号与反射回来的信号之间的时间间隔算出距离，即将回波时间T乘以光速再除以二就是测距天线与被测物体之间的距离。将光速记为C，则被测物体和测距天线之间的距离R = CT/2。通过角度控制(即安装不同角度的测距天线)，就可以将测距天线阵列正前方的不同角度上的障碍物的距离探测出来。A2，在所述背景信号模型中记录与各个测距天线对应的回波信号的回波信号参数、及其探测距离。无车辆通过车道时，回波信号参数和探测距离是固定的，将其记录下来建立背景信号模型。在背景信号模型中，针对每一个测距天线都记录有对应的回波信号参数和探测距离，它们之间是一一对应的关系。例如，可以记录如下信息
权利要求
1.一种基于微波测距的天线定位方法，其特征在于，包括通过测距天线阵列发射微波信号，并接收由微波信号反射回的回波信号； 通过将所述回波信号与背景信号模型进行比较，判断是否有车辆进入车道；其中，所述背景信号模型依据无车辆通过车道时的回波信号建立获得；当判断有车辆进入车道时，依据当前的回波信号和背景信号模型获取测距天线阵列与当前车辆之间的定位距离；依据所述定位距离调节读写天线的覆盖距离，使所述读写天线与当前车辆上的车载电子标签进行数据通信。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述测距天线阵列由多个测距天线构成；其中，各个测距天线按照不同的安装角度对应不同的探测距离。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，接收到回波信号之后，还包括依据所述回波信号获取回波信号参数；其中，所述回波信号参数包括回波时间、回波信号的强弱、和/或信号波形的相位变化。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，背景信号模型的建立包括依据无车辆通过车道时获取的回波信号参数，将回波时间乘以光速并除以二计算得到探测距离；在所述背景信号模型中记录与各个测距天线对应的回波信号的回波信号参数、及其探测距离。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述判断是否有车辆进入车道，具体为 当任一测距天线的回波信号的回波信号参数较之背景信号模型中相对应的回波信号参数发生变化时，则判断有车辆进入车道。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述依据当前的回波信号和背景信号模型获取测距天线阵列与当前车辆之间的定位距离，具体为在背景信号模型中获取发生变化的回波信号参数所对应的探测距离，并将所获取的探测距离作为测距天线阵列与当前车辆之间的定位距离。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，当多个测距天线的回波信号的回波信号参数较之背景信号模型中相对应的回波信号参数发生变化时，还包括在发生变化的回波信号参数所对应的探测距离中，获取多个探测距离中的最小值； 则将所获取的探测距离的最小值作为测距天线阵列与当前车辆之间的定位距离。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括对读写天线进行测试，通过调节发射功率改变读写天线的覆盖距离，并记录每个发射功率及其对应的覆盖距离；贝U，通过将读写天线的发射功率设为覆盖距离取值为所述定位距离时的所对应的发射功率，调节读写天线的覆盖距离。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括 判断所述定位距离是否处于预置可通信距离范围之内；若是，则依据所述定位距离调节读写天线的覆盖距离；若否，则返回测距天线阵列发射微波信号的步骤。
10.一种基于微波测距的天线定位装置，其特征在于，包括测距天线阵列，用于发射微波信号并接收由微波信号反射回的回波信号；背景模型建立�？椋糜谝谰菸蕹盗就ü档朗钡幕夭ㄐ藕沤⒈尘靶藕拍Ｐ停怀盗窘肱卸夏？椋糜谕ü龌夭ㄐ藕庞氡尘靶藕拍Ｐ徒斜冉希卸鲜欠裼谐盗窘氤档溃欢ㄎ痪嗬牖袢∧？椋糜诘迸卸嫌谐盗窘氤档朗保谰莸鼻暗幕夭ㄐ藕藕捅尘靶藕拍Ｐ突袢〔饩嗵煜哒罅杏氲鼻俺盗局涞亩ㄎ痪嗬耄桓哺蔷嗬氲鹘谀？椋糜谝谰菟龆ㄎ痪嗬氲鹘诙列刺煜叩母哺蔷嗬耄欢列刺煜撸糜谟氲鼻俺盗旧系某翟氐缱颖昵┙惺萃ㄐ�。
11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述测距天线阵列由多个测距天线构成；其中，各个测距天线按照不同的安装角度对应不同的探测距离。
12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，还包括信号参数获取�？椋糜诓饩嗵煜哒罅薪邮盏交夭ㄐ藕胖螅谰菟龌夭ㄐ藕呕袢』夭ㄐ藕挪问黄渲校龌夭ㄐ藕挪问ɑ夭ㄊ奔�、回波信号的强弱、和/或信号波形的相位变化。
13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述背景模型建立�？榘ㄌ讲饩嗬牖袢∽幽？椋糜谝谰菸蕹盗就ü档朗被袢〉幕夭ㄐ藕挪问夭ㄊ奔涑艘怨馑俨⒊远扑愕玫教讲饩嗬耄徊问锹甲幽？椋糜谠谒霰尘靶藕拍Ｐ椭屑锹加敫鞲霾饩嗵煜叨杂Φ幕夭ㄐ藕诺幕夭ㄐ藕挪问�、及其探测距离。
14.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述车辆进入判断模块判断是否有车辆进入车道，具体为当任一测距天线的回波信号的回波信号参数较之背景信号模型中相对应的回波信号参数发生变化时，则判断有车辆进入车道。
15.如权利要求14所述的装置，其特征在于，定位距离获取�？橐谰莸鼻暗幕夭ㄐ藕藕捅尘靶藕拍Ｐ突袢〔饩嗵煜哒罅杏氲鼻俺盗局涞亩ㄎ痪嗬耄咛逦诒尘靶藕拍Ｐ椭谢袢》⑸浠幕夭ㄐ藕挪问杂Φ奶讲饩嗬耄⒔袢〉奶讲饩嗬胱魑饩嗵煜哒罅杏氲鼻俺盗局涞亩ㄎ痪嗬�。
16.如权利要求15所述的装置，其特征在于，还包括距离取值�？椋糜诘倍喔霾饩嗵煜叩幕夭ㄐ藕诺幕夭ㄐ藕挪问现尘靶藕拍Ｐ椭邢喽杂Φ幕夭ㄐ藕挪问⑸浠保诜⑸浠幕夭ㄐ藕挪问杂Φ奶讲饩嗬胫校袢《喔鎏讲饩嗬胫械淖钚≈担辉蚨ㄎ痪嗬牖袢∧？榻袢〉奶讲饩嗬氲淖钚≈底魑饩嗵煜哒罅杏氲鼻俺盗局涞亩ㄎ痪嗬�。
17.如权利要求10所述的装置，其特征在于，还包括读写天线测试�？椋糜诙远列刺煜呓胁馐裕ü鹘诜⑸涔β矢谋涠列刺煜叩母哺蔷嗬耄⒓锹济扛龇⑸涔β始捌涠杂Φ母哺蔷嗬耄辉颍哺蔷嗬氲鹘谀？橥ü列刺煜叩姆⑸涔β噬栉哺蔷嗬肴≈滴龆ㄎ痪嗬胧钡乃杂Φ姆⑸涔β剩鹘诙列刺煜叩母哺蔷嗬�。
18.如权利要求10所述的装置，其特征在于，还包括通信距离判断模块，用于判断所述定位距离是否处于预置可通信距离范围之内；若是， 则触发覆盖距离调节�？椋蝗舴瘢蚬乇崭哺蔷嗬氲鹘谀？�。
全文摘要
本发明提供了一种基于微波测距的天线定位方法和装置，所述方法包括通过测距天线阵列发射微波信号，并接收由微波信号反射回的回波信号；通过将所述回波信号与背景信号模型进行比较，判断是否有车辆进入车道；其中，所述背景信号模型依据无车辆通过车道时的回波信号建立获得；当判断有车辆进入车道时，依据当前的回波信号和背景信号模型获取测距天线阵列与当前车辆之间的定位距离；依据所述定位距离调节读写天线的覆盖距离，使所述读写天线与当前车辆上的车载电子标签进行数据通信。本发明能够调节天线所控制的区域范围，将区域控制在单一车辆的范围，减少跟车的影响。
文档编号G01S13/08GK102176009SQ20111002501
公开日2011年9月7日 申请日期2011年1月24日 优先权日2011年1月24日
发明者周双全, 夏曙东, 张志平, 李琦, 赵志泳 申请人:北京北大千方科技有限公司
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