MATLAB相位干涉仪测向算法研究及FPGA实现(2)
图1.1 ETC系统示意图
如图， OBU 需要通过专用短程通信与RSU交换数据，由于发射功率的限制，需要在通信前RSU对OBU经行简单的定位，从而提高信息交换的准确率。ETC的设计者必须面对这样一个问题，如何在有限的计算资源与发射功率条件下，找出估计OBU方向的简便方法。
1.1.2关于专用短程通信
对于图 所示的电子收费前端系统，专用短程通信是OBU与RSU的信道，在估计OBU方向时，有必要了解这套系统的原理与工作细节。
专用短程通信(Dedicated ShortRange Communication,简称DSRC)是主要包含路侧设备(Road Side Unit，简称RSU)和车载设备(On Board Unit,简称OBU)两部分，通过路侧设备和车载设备之间的无线通信实现路网与车辆之间的信息交流。DSRC是一种小范围无线通信系统,它作为车——路的通信平台,通过信息的双向传输将车辆、道路有机地连接起来。因而成为ITS的重要通信平台。其中智能交通系统(简称ITS) 是运用先进的信息、通信，控制等高新技术，对传统运输系统进行改造而形成的一种信息化，智能化，社会化的新型交通运输系统。
DSRC系统组成：
图1.2 DSRC系统侧视图图1.3 DSRC系统俯视图
典型专用短程通讯系统的应用环境（通讯区域）见图1.2和图1.3
RSU是OBU的读写控制器，由加密电路、编解码器电路和微波通讯控制器等组成，以DSRC通讯协议的数据交换方式和微波无线传递手段，实现移动车载设备与路侧设备之间安全可靠的信息交换目的。
OBU是一种具有微波通信功能和信息存储功能的移动识别设备。OBU本身既可以作为独立的数据载体成为单片式电子标签，也可以通过附加一个智能卡读写接口，实现扩展的数据存储、处理、访问控制功能，而成为双片式电子标签。智能卡的引入，不仅使电子标签的扩展存储空间大大增加，可以容纳更多的应用；而且还可以作为电子钱包形式的金融储值卡使用，大大降低了系统营运的风险。
DSRC系统的特点DSRC设备通过通用的串行口与计算机连接，成为一个高性能的移动数据采集装置。在计算机上配置相应的计算机软件、设备和网络，能构成不同应用条件要求下的车载设备信息统计、处理及管理系统，广泛应用于路桥收费、公安交管、智能小区及海关通关等相关短程移动信息应用领域。
根据调制方式的不同,DSRC系统可分为主动式(Active System)和被动式(Passive System)两种。主动式又称为收发器(Transceiver)系统,在这种系统中OBU和RSU均有振荡器,都可以用来发射电磁波。当RSU向OBU发射询问信号后,OBU利用自身的电池能量发射数据给RSU,主动式OBU必须带有电池； 被动式又被称为异频收发系统(Transponder System)或反向散射系统(Back scatter System)，是指RSU发射电磁信号,OBU被电磁波激活后进入通信状态,并以一种切换频率反向发送给RSU的系统,被动式OBU可以是有电源,也可以是无电源。
DSRC是一种无线通讯技术标准或协议，主要用于ITS领域，其通讯距离一般在10m左右，目前国际上共有以下几种DSRC标准：
（1）国际标准化组织的ISO/TC204；
（2）欧洲标准化组织的CEN/TC278；
（3）美国的ASTM/IEEE；
（4）日本的TC204；
（5）中国的TC204。
各标准指标见表1.1
表1.1 DSRC 技术标准
本文涉及的ETC系统采用中国TC204标准，信号频率为5.8GHz,OBU工作在被动状态。
1.2 时差测向
1.2.1 DOA 与TDOA
RSU在获取收费信息之前，要对OBU进行定位，主要是获取方向角信息。结合笔者的雷达专业学习，自然联想到了DOA（Direction of arrival)。估计技术，即波达方向估计。它在无线电通信、雷达、声纳超分辨、地震探测、导航和医学等领域有着广泛的应用, 一直是通信、雷达、声纳等领域研究的重点内容之一。传统DOA方法是基于阵列信号处理的，应用了空间谱估计技术，经过多年的深人研究, 估计理论和技术得到了迅猛的发展。估计经历了两个飞跃： Schmidt的MUSIC算法和Roy等人的ESPRIT算法已成为DOA的经典算法，但是DOA算法占用资源多，所需阵列数量大，主要应用在雷达，声纳等领域，而对于ETC系统的短程专用通信环境，即阵元数、处理资源有限，考虑另一种简单高效的DOA方法：TDOA（Time Difference Of Arrival-- TDOA ）到达时间差估计，也即时差测向法。利用估计来波到达的时间差估计来波方向。
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