用于測(cè)向和方向不確定度確定的測(cè)量裝置和測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于電磁信號(hào)的測(cè)向和用于確定并顯示方向不確定度的測(cè)量裝 置和測(cè)量方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 用于測(cè)向的傳統(tǒng)的系統(tǒng)通常將輸入的電磁信號(hào)的被檢測(cè)到的方向顯示為源自顯 示器的中心且指向該電磁信號(hào)來自的方向的線或箭頭。然而，對(duì)于這樣的測(cè)量裝置的用戶， 不能確定所述測(cè)向的準(zhǔn)確程度。特別是在多個(gè)電磁脈沖被檢測(cè)到彼此相繼不久源自密集的 方向的情況下，由于用戶不知道已知檢測(cè)到的方向的準(zhǔn)確程度，因此用戶不清楚這些信號(hào) 是來自單個(gè)信號(hào)源還是多個(gè)信號(hào)源是相關(guān)的。
[0003] 例如，文獻(xiàn)DE 10 2004 020 276 A1示出了這樣的傳統(tǒng)的測(cè)向裝置和方法。然而， 用戶不能夠容易確定接收信號(hào)的被測(cè)量的方向的可信程度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 因此，本發(fā)明的目的是創(chuàng)造一種能夠更準(zhǔn)確地確定電磁信號(hào)所來自的方向并能夠 使用戶區(qū)分不同的信號(hào)源的測(cè)量裝置和測(cè)量方法。
[0005] 所述目的通過針對(duì)所述測(cè)量裝置的權(quán)利要求1的特征和針對(duì)所述測(cè)量方法的權(quán) 利要求8的特征來解決。從屬權(quán)利要求包括進(jìn)一步的發(fā)展。
[0006] 用于電磁信號(hào)的測(cè)向的本發(fā)明的測(cè)量裝置包括用于接收所述電磁信號(hào)的天線元 件和用于確定所述電磁信號(hào)的方向并顯示所述電磁信號(hào)的方向的處理部件。所述處理部件 還包括用于確定所述電磁信號(hào)的所述方向的方向不確定角度的方向不確定度確定部件。所 述處理部件被設(shè)置用于在顯示部件上顯示所述方向不確定角度。因此，用戶能容易區(qū)分密 集的信號(hào)源方向是源自單個(gè)信號(hào)源還是源自不同的信號(hào)源。
[0007] 有利地，所述處理部件被設(shè)置用于將電磁信號(hào)的方向在所述顯示部件上顯示為指 向該電磁信號(hào)的方向的線或箭頭，并用于將方向不確定角度在所述顯示部件上顯示為圍繞 指向該電磁信號(hào)的方向的所述線的區(qū)域或圍繞所述箭頭的兩條方向不確定度邊界線，或者 顯示為連接到指向該電磁信號(hào)的方向的所述線或箭頭的形狀。因此，用戶可粗略地看出所 述信號(hào)源方向大概位于的角域。
[0008] 所述處理部件有利地包括方向數(shù)據(jù)庫，所述方向數(shù)據(jù)庫保存有將天線元件輸出信 號(hào)與電磁信號(hào)的方向關(guān)聯(lián)的預(yù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。所述處理部件隨后被設(shè)置用于通過在所述方向數(shù) 據(jù)庫中執(zhí)行當(dāng)前天線元件輸出信號(hào)與預(yù)存儲(chǔ)的天線元件輸出信號(hào)的最接近匹配的搜索來 確定所述電磁信號(hào)的方向。因此能夠確定所述方向和所述方向不確定角度，其減小了計(jì)算 能力。
[0009] 有利地，使用搜索函數(shù)執(zhí)行所述搜索，其中，所述搜索函數(shù)是x 2函數(shù)或最大似然 函數(shù)或基于噪聲密度。這種方式下，標(biāo)準(zhǔn)搜索函數(shù)可被使用以產(chǎn)生低的實(shí)施復(fù)雜度。
[0010] 所述方向不確定度確定部件被有利地設(shè)置用于根據(jù)所述搜索函數(shù)確定所述方向 不確定角度。更有利地，使用在所述電磁信號(hào)的方向的搜索函數(shù)的陡度。甚至更有利地，搜 索函數(shù)的2個(gè)樣本的角距被用來確定所述不確定角度，所述搜索函數(shù)的各個(gè)搜索函數(shù)值與 所述電磁信號(hào)的方向的搜索函數(shù)值具有預(yù)設(shè)距離。因此能在無需附加的高計(jì)算成本的情況 下確定所述不確定角度。
[0011] 本發(fā)明的測(cè)量方法在于電磁信號(hào)的測(cè)向的目的。所述方法包括確定所述電磁信號(hào) 的方向以及顯示所述電磁信號(hào)的方向。所述方法還包括確定所述電磁信號(hào)的所述方向的方 向不確定角度以及顯示所述方向不確定角度。因此，用戶能容易區(qū)分密集的信號(hào)源方向是 源自單個(gè)信號(hào)源還是源自不同的信號(hào)源。
【附圖說明】
[0012] 現(xiàn)根據(jù)附圖，僅作為示例進(jìn)一步解釋本發(fā)明的示例性實(shí)施方式，在附圖中：
[0013] 圖1以框圖示出本發(fā)明的測(cè)量裝置的實(shí)施方式；
[0014] 圖2以框圖示出本發(fā)明的測(cè)量裝置的實(shí)施方式的第一細(xì)節(jié)；
[0015] 圖3示出本發(fā)明的測(cè)量裝置的實(shí)施方式的第二細(xì)節(jié)；
[0016] 圖4示出本發(fā)明的測(cè)量裝置的實(shí)施方式的第三細(xì)節(jié)；
[0017] 圖5示出將由本發(fā)明的測(cè)量裝置的實(shí)施方式顯示的顯示內(nèi)容；以及
[0018] 圖6示出本發(fā)明的測(cè)量方法的示例性實(shí)施方式的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 首先，圖1至圖5顯示了本發(fā)明的測(cè)量裝置的構(gòu)造和功能。此后，由圖6解釋了本 發(fā)明的測(cè)量方法的功能。不同附圖中的相同實(shí)體和附圖標(biāo)記已被部分省略。
[0020] 在圖1中示出了本發(fā)明的測(cè)量裝置1的實(shí)施方式。本發(fā)明的測(cè)量裝置包括天線元 件2和與天線元件2連接的處理部件3。電磁信號(hào)由所述天線元件2接收，并由所述處理部 件3處理。所述處理部件3確定方向和方向不確定度，并顯示它們。關(guān)于所述天線元件2 的構(gòu)造和功能，參考圖2。關(guān)于處理部件3的構(gòu)造和功能，參考圖3至圖5。由本發(fā)明的測(cè) 量裝置或本發(fā)明的測(cè)量方法檢測(cè)的電磁信號(hào)例如是雷達(dá)脈沖或無線電傳輸。
[0021] 圖2示出圖1的天線元件2的內(nèi)部工作。所述天線元件2包括多個(gè)天線20-25,所 述每個(gè)天線連接到復(fù)用部件26。所述復(fù)用部件26被設(shè)置用于將在全部可用的天線20-25 中的多個(gè)天線連接到圖1的處理部件3。所連接的天線的數(shù)量可預(yù)先指定或可由處理部件 3設(shè)定。
[0022] 例如，天線20、天線23和天線24通過復(fù)用部件26連接到圖1的處理部件3。在 這種情況下，獲得接收角度Y。在該角度內(nèi)，輸入的電磁信號(hào)的方向可被確定。
[0023] 在替選的實(shí)施方式中，可省略復(fù)用部件26。在這種情況下，天線元件2僅包括天線 20-25〇
[0024] 所述天線元件2包括至少兩個(gè)不同的天線20-25。替選地，存在至少五個(gè)不同的天 線。替選地，存在至少十個(gè)不同的天線。
[0025] 為了能夠檢測(cè)輸入信號(hào)的方向，需要使用至少兩個(gè)天線的信號(hào)。
[0026]在圖3中示出圖1的處理部件3的內(nèi)部構(gòu)造。所述處理部件3包括模擬處理部件 30,將圖1的天線元件2的信號(hào)提供給所述模擬處理部件30。此外，所述處理部件3包括連 接到所述模擬處理部件30的模數(shù)轉(zhuǎn)換器31。所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器31再連接到數(shù)字處理部件 32,所述數(shù)字處理部件32連接到顯示部件33。所述模擬處理部件30、數(shù)字處理部件32和 顯示部件33連接到控制部件34,所述控制部件34被設(shè)置用于控制這些部件。
[0027] 替選地，所述測(cè)量裝置1，更準(zhǔn)確地所述處理部件3,不包括顯示部件33。在這種 情況下，所述數(shù)字處理部件32的結(jié)果（特別是方向和方向不確定度和可選擇地方向質(zhì)量） 經(jīng)例如局域網(wǎng)（local area network，LAN)的接口輸出?？呻S后通過任意連接的裝置使用、 處理和顯示這些結(jié)果。隨后使用可被其他裝置容易使用的預(yù)定義的格式輸出所述結(jié)果。例 如，使用格式"脈沖描述字"（pulse description word，PDW)〇
[0028] 來自天線元件2的信號(hào)被模擬處理部件30接收。這些信號(hào)包括圖2的各個(gè)天線 20-25的信號(hào)或通過使用復(fù)用部件26而當(dāng)前連接到模擬處理部件30的這些天線中的某些 天線的信號(hào)。替選地，圖20的所有天線20-25的信號(hào)可被發(fā)送到模擬處理部件30。
[0029] 待由模擬處理部件30接收的信號(hào)通過所述模擬處理部件30進(jìn)行處理。例如，放 大和功率確定可被執(zhí)行。產(chǎn)生的信號(hào)被傳送到使所述信號(hào)數(shù)字化的模數(shù)轉(zhuǎn)換器31。數(shù)字化 的信號(hào)被傳送到執(zhí)行數(shù)字處理的數(shù)字處理部件32。所述數(shù)字處理部件32執(zhí)行所檢測(cè)的電 磁信號(hào)的方向的確定。此外，所述數(shù)字處理部件32確定所述電磁信號(hào)的方向的方向不確定 角度。這些結(jié)果被傳送到顯示所述方向和所述方向的不確定角度的顯示部件33。關(guān)于所述 數(shù)字處理部件32的內(nèi)部工作，參照?qǐng)D4。
[0030] 在圖4中示出了所述數(shù)字處理部件32的構(gòu)造。圖3的數(shù)字處理部件32包括方向 檢測(cè)部件320,所述方向檢測(cè)部件320連接到圖3的模數(shù)轉(zhuǎn)換器31并連接到圖3的顯示部 件33。此外，所述數(shù)字處理部件32包括連接到方向檢測(cè)部件320的方向數(shù)據(jù)庫321。另外， 所述數(shù)字處理部件32包括也連接到方向確定部件320的方向不確定度確定部件322。另 外，所述方向不確定度確定部件322還連接到圖3的顯示部件33。
[0031] 所述方向數(shù)據(jù)庫321保存將天線元件輸出信號(hào)關(guān)聯(lián)到接收的電磁信號(hào)的方向的 預(yù)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。在所述方向數(shù)據(jù)庫321內(nèi)存儲(chǔ)的參數(shù)例如是每個(gè)單獨(dú)的天線的接收功率、 由所述單獨(dú)天線接收信號(hào)的時(shí)間、在所述單獨(dú)的天線的信號(hào)的接收頻率。這些參數(shù)針對(duì)每 個(gè)預(yù)存儲(chǔ)的信號(hào)源進(jìn)行存儲(chǔ)，由所述信號(hào)源沿方位角和仰角的方向、偏振和頻率定義。
[0032] 由于大量的參數(shù)，因此必須搜索非常大的數(shù)據(jù)量以確定哪個(gè)方向是針對(duì)當(dāng)前接收 的電磁信號(hào)的正確方向。因此，方向確定部件320和方向不確定度確定部件322有利地構(gòu) 造為現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（FPGA)或多個(gè)并行工作的FPGA。
[0033] 在通過方向確定部件320確定輸入電磁信號(hào)的方向之后，方向不確定角度通過方 向不確定度確定部件322來確定。為了確定所述方向不確定角度，再次使用用于確定方向 的搜索函數(shù)。
[0034] 所述搜索函數(shù)產(chǎn)生最小值，該最小值指示與方向數(shù)據(jù)庫321內(nèi)的方向的最接近匹 配。所述方向不確定角度根據(jù)該最小值的區(qū)域中的所述搜索函數(shù)的陡度來確定。特別地，計(jì) 算各個(gè)搜索函數(shù)值與所述電磁信號(hào)的方向的搜索函數(shù)值具有預(yù)設(shè)距離的搜索函數(shù)的2個(gè) 樣本的角距。
[0035] 因此，所述方向不確定角度對(duì)于所述最小值的區(qū)域中的搜索函數(shù)的高陡度而言較 低，而對(duì)于所述最小值的區(qū)域中的搜索函數(shù)的低陡度而言較高。
[0036] 以下，詳細(xì)描述基礎(chǔ)數(shù)學(xué)。為了執(zhí)行電磁信號(hào)的測(cè)向，電磁信號(hào)由之前所述的形成 天線組的多個(gè)天線（例如，3個(gè)天線）進(jìn)行采樣。
[0037] 在本發(fā)明的測(cè)量裝置的制造期間，使用沿方位角和仰角限定的方向和限定的頻率 及偏振的所限定的電磁信號(hào)，對(duì)每個(gè)天線組進(jìn)行初始測(cè)量。
[0038] Vrefjk(a, e,f, jt ) =Aref_k(a, e , f, n ) exp (j <i> ref_k ( a , e , f, jt ))
[0039]被定義為針對(duì)方位角a、仰角e、頻率f和偏振jt的電磁信號(hào)的各個(gè)電線k = i... n所產(chǎn)牛的涮量的壬線電壓" m現(xiàn)下而的在元素k和1之間的振幅商和相位差：
[0040]
[0041] A (J>refjkl(a , e,f,jt) = <i>ref_k(a ,e,f, jt )-(J)ref_ j( a ,e,f, jt )
[0042] 根據(jù)上述參考測(cè)量的M次重復(fù)，現(xiàn)可確定測(cè)量誤差：
[0043