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《相控陣技術(shù)在ETC天線中的應(yīng)用探討》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、2013年6月■村國囊持交通建設(shè)【文章編號】1673-0038(2013)16-0233-03相控陣技術(shù)在ETC天線中的應(yīng)用探討吳健(福建省高速公路永安監(jiān)控分中心福建永安366000)摘要：為解決因當(dāng)前ETC使用量變化而引起的若干新問題或新需求，本文將在已得到成功應(yīng)用和廣泛推廣的雙通信區(qū)ETC車道系統(tǒng)集成技術(shù)基礎(chǔ)上，探討如何使用相控陣技術(shù)來實(shí)現(xiàn)ETC天線的技術(shù)創(chuàng)新。關(guān)鍵詞：相控陣；雙通信區(qū)；ETC；RSU；系統(tǒng)集成引言隨著福建經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和個(gè)人車輛保有量的遞增，為進(jìn)一步提高高速公路收費(fèi)站的通行能力和服務(wù)水平，我省于2007年始開始啟用
2、高速公路非現(xiàn)金支付和電子不停車收費(fèi)(ETC)項(xiàng)目建設(shè)，并且憑借ETC車道在實(shí)際運(yùn)營中所體現(xiàn)的突出特點(diǎn)和優(yōu)勢，成為福建高速公路發(fā)展的一大特色。但是隨著ETC用戶數(shù)量以及車道應(yīng)用規(guī)模的不斷擴(kuò)大，以及ETC用戶的需求的不斷提高，我運(yùn)營方和使用用戶均對ETC車道在交易可靠性的基礎(chǔ)上提升車輛通行速度的提出了更高的要求。特別是對于省界重要路段和省內(nèi)重要干線的收費(fèi)站，其ETC車道車流量的急劇增長態(tài)勢，不僅使ETC車道處理壓力日益增加：同時(shí)，也誘發(fā)出了各種復(fù)雜的ETC車輛駕駛現(xiàn)象，從而導(dǎo)致ETC車道優(yōu)勢難以得到充分發(fā)揮。鑒于此，為能解決因當(dāng)前ETC使用
3、量變化而引起的若干新問題或新需求，將相控陣技術(shù)引入ETC系統(tǒng)。使用相控陣技術(shù)天線設(shè)備，并通過天線設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序根據(jù)地感線圈信號，發(fā)出微波波束自動(dòng)跟蹤車輛快速掃描指令，鎖定車輛車頭始終處于信號最強(qiáng)的通訊區(qū)域中心位置，來一舉解決現(xiàn)有ETC使用中的困擾。1ETC系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備應(yīng)用情況1．1ETC車道系統(tǒng)的主要架構(gòu)和配置目前高速公路不停車系統(tǒng)設(shè)備構(gòu)成大體包括RSU(天線)與OBU(電子標(biāo)簽)、車道電源和多串口適配器、身份卡讀卡器、費(fèi)額顯示牌、指示燈、自動(dòng)欄機(jī)桿、車道工控機(jī)等設(shè)備。圖1ETE車道設(shè)備組成框圖1．2當(dāng)前RSU的技術(shù)現(xiàn)狀及存在問題目前不停
4、車收費(fèi)系統(tǒng)中的RSU產(chǎn)生的通訊區(qū)域在6．5mx3．0m左右，它綜合兼顧了通車速度、交易成功率、跟車干擾和鄰道干擾，但由于天線的通訊區(qū)域邊緣信號弱、載噪比和信噪比變差，當(dāng)車輛車頭部分處于天線信號邊緣時(shí)誤碼率將明顯升高。當(dāng)通車速度超過40km／h時(shí)，交易尚未完成車頭已處于通訊區(qū)域邊緣，通訊區(qū)域邊緣信號較弱，載噪比C／N會(huì)降到10dB以下，誤碼率已大于1．0E-4，所以交易成功率將明顯降低；通訊區(qū)域長度大于7．5m時(shí)，通車速度和交易成功率將有所改善，但跟車干擾將明顯增加：通訊區(qū)域長度小于7．5m時(shí)，通車速度將受到明顯限制，交易成功率將更明顯降
5、低。通訊區(qū)域?qū)挾却笥?．3m時(shí)鄰道干擾將明顯增加；通訊區(qū)域?qū)挾刃∮?．3m時(shí)，對電子標(biāo)簽安裝位置和車輛行駛偏離車道中心有更嚴(yán)格要求。通訊誤碼率主要與載噪比或信噪比相關(guān)，圖2是在ASK調(diào)制條件下，誤碼率與載噪比的關(guān)系曲線，表明隨著載噪比變好，誤碼率越小。圖2通訊誤碼率與載噪比關(guān)系曲線以上是目前ETC系統(tǒng)性能提高存在的主要限制和矛盾，通車速度、交易成功率、跟車干擾和鄰道干擾的情況。固定的6．5mx3．0m通訊區(qū)域可以兼顧跟車干擾、通車速度和交易成功率要求?？扇缃裎沂∫恍┲饕揽谲嚵髁吭龃螅_率和通車效率問題已經(jīng)成為整個(gè)ETC系統(tǒng)的瓶頸和軟
6、肋。2ETC天線(RSU)相控陣技術(shù)解決方案2．1相控陣天線原理相控陣技術(shù)主要應(yīng)用于航空科技領(lǐng)域。我們知道，蜻蜒的每只眼睛由許許多多個(gè)小眼組成，每個(gè)小眼都能成完整的像，這樣就使得蜻蜓所看到的范圍要比人眼大得多。與此類似，使用相控陣的天線陣面也由許多個(gè)輻射單元和接收單元(稱為陣元)組成，單元數(shù)目和天線的功能有關(guān)，可以從幾百個(gè)到幾萬個(gè)。這些單元有規(guī)則地排列在平面上，構(gòu)成陣列天線。利用電磁波相干原理，通過計(jì)算機(jī)控制饋往各輻射單元電流的相位，就可以改變波束的方向進(jìn)行掃描，故稱為電掃描。輻射單元把接收到的回波信號送入主機(jī)，完成對目標(biāo)的搜索、跟蹤和
7、測量。每個(gè)天線單元除了有天線·233·交通建設(shè)口ⅡEⅡ2013年6月振子之外，還有移相器等必須的器件。不同的振子通過移相器可以被饋入不同的相位的電流，從而在空間輻射出不同方向性的波束。天線的單元數(shù)目越多，則波束在空間可能的方位就越多，“相控陣”由此得名。2．2ETC天線(RSU)相控陣技術(shù)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵眾所周知，ETC天線設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序會(huì)根據(jù)地感線圈信號，發(fā)出微波波束自動(dòng)跟蹤車輛快速掃描指令，鎖定車輛車頭始終處于信號最強(qiáng)的通訊區(qū)域中心位置。但與傳統(tǒng)技術(shù)下的主要不同之處在于自動(dòng)波束跟蹤掃描技術(shù)，而正是由于相控陣技術(shù)具有跟蹤掃描功能解決了傳統(tǒng)ET
8、C設(shè)備在使用中存在的問題。相控陣技術(shù)下車道RSU設(shè)備組成如圖3、表1。圖3ETC天線相控陣技術(shù)解決方案車道設(shè)備示意圖表1相控陣技術(shù)下RSU與傳統(tǒng)技術(shù)下RSU性能對比性能指標(biāo)傳統(tǒng)技術(shù)下RSU相控陣技術(shù)下RSU
