用于確定兩個(gè)gps天線相對(duì)于彼此的相對(duì)定向的方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于確定兩個(gè)GPS天線相對(duì)于彼此的定向的方法和裝置。通過(guò)所 述方法以及通過(guò)所述裝置例如可以確定兩個(gè)GPS天線相對(duì)于彼此的方位角和/或仰角，并 且由此所述兩個(gè)GPS天線固定在其上的物體的方位角和/或仰角。
【背景技術(shù)】
[0002] 由US 5, 943, 008已知一種用于確定天線陣列的定向的裝置。所述天線陣列包括 至少三個(gè)用于接收GPS衛(wèi)星信號(hào)的接收天線，所述接收天線相對(duì)于彼此具有固定和已知的 定位。這些接收天線通過(guò)接口與各個(gè)GPS接收器電連接。這里用于輸出第一 GPS信號(hào)的第 一天線直接與所述接口連接，其中，在用于輸出第二GPS信號(hào)的第二天線和接口之間設(shè)置 第一延遲電路，而在用于輸出第三GPS信號(hào)的第三天線和接口之間設(shè)置第二延遲電路。第 一延遲電路使由第二接收天線接收的GPS衛(wèi)星信號(hào)到接口和到GPS接收器的傳輸延遲固定 的第一延遲時(shí)間，所述第一延遲時(shí)間例如為200ns，而第二延遲電路使由第三接收天線接收 的GPS衛(wèi)星信號(hào)到接口和到GPS接收器的傳輸延遲固定的第二延遲時(shí)間，所述第二延遲時(shí) 間例如為400ns。第一和第二延遲電路有時(shí)還用于，使得第一、第二和第三GPS信號(hào)能夠由 不同的GPS接收器單獨(dú)地接收，而不會(huì)相互干涉。GPS接收器具有處理功能，從而GPS接收 器在使用接收天線的相對(duì)位置、已知的第一和第二延遲時(shí)間以及各接收天線已知的位置關(guān) 系的情況下確定定向系數(shù)。這里GPS接收器利用接收信號(hào)所測(cè)得的編碼和相位信息確定預(yù) 定的、與不同的接收天線相關(guān)聯(lián)的延遲時(shí)間之間的小的差別。這種小的差別然后用于確定 三個(gè)接收天線的位置之間的差別。因此，利用GPS衛(wèi)星信號(hào)到各個(gè)接收天線的行進(jìn)時(shí)間差， 以便確定個(gè)接收天線關(guān)于彼此的相對(duì)定向。
[0003] 為了提高確定天線陣列的定向的精度，可以設(shè)置多于三個(gè)接收天線，其中在每個(gè) 單天線與接口和GPS接收器之間必須分別設(shè)置一個(gè)延遲電路。各延遲電路必須具有相互不 同的延遲，由此能夠由GPS接收器分開(kāi)地接收各自的GPS信號(hào)，因?yàn)镚PS信號(hào)不允許相互干 涉。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于，提供一種簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)并得到改進(jìn)的裝置和改進(jìn)的方法，用于確 定兩個(gè)GPS天線關(guān)于彼此的相對(duì)定向，通過(guò)所述裝置和方法能夠以提高的精度實(shí)現(xiàn)確定兩 個(gè)GPS天線關(guān)于彼此的相對(duì)定向。
[0005] 所述目的根據(jù)本發(fā)明通過(guò)具有在權(quán)利要求1中給出的特征的方法以及通過(guò)具有 在權(quán)利要求12中給出的特征的裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。有利的實(shí)施形式在從屬權(quán)利要求中給出。
[0006] 具體而言，根據(jù)本發(fā)明的用于確定第一 GPS天線關(guān)于與第一 GPS天線隔開(kāi)間距的 第二GPS天線的相對(duì)定向的裝置包括：與第一 GPS天線電連接的移相器、與移相器和第二 GPS天線電連接的累加裝置、與合并裝置電連接的GPS接收器和控制裝置，所述控制裝置與 GPS接收器和移相器電連接。在接收至少一個(gè)GPS衛(wèi)星信號(hào)時(shí)，第一 GPS天線輸出第一 GPS 接收信號(hào)，而第二GPS天線輸出第二GPS接收信號(hào)。移相器構(gòu)造成用于使第一 GPS接收信 號(hào)的相位移動(dòng)一個(gè)相移，所述相移是可變的并且能通過(guò)控制裝置調(diào)整。相移可以具有包括 零度在內(nèi)的任意值。相應(yīng)的相移相對(duì)于彼此可以是等距的或者可以具有彼此不同的角間 距。合并裝置可以包括累加器并且也可以稱為功率合并器，所述合并裝置構(gòu)造成用于將第 二GPS接收信號(hào)與相位移動(dòng)了所述相移的第一 GPS接收信號(hào)相合并，以便產(chǎn)生合并信號(hào)。所 述合并信號(hào)輸送給GPS接收器。合并信號(hào)優(yōu)選可以是第二GPS接收信號(hào)與相位移動(dòng)了所述 相移的第一 GPS接收信號(hào)的累加信號(hào)。GPS接收器由合并信號(hào)產(chǎn)生掃描信號(hào)和/或信噪比 信號(hào)并將所述掃描信號(hào)和/或信噪比信號(hào)傳輸給控制裝置，所述控制裝置存儲(chǔ)所述掃描信 號(hào)和/或信噪比信號(hào)連同經(jīng)調(diào)整的相移。所述裝置構(gòu)造成用于分別對(duì)于至少三個(gè)不同的相 移執(zhí)行所述這些也稱為重復(fù)步驟的方法步驟，其中，備選地，GPS衛(wèi)星信號(hào)的接收僅一次性 地進(jìn)行。上面說(shuō)明的各個(gè)構(gòu)件的電連接通過(guò)信號(hào)線路進(jìn)行。
[0007] 移相器可以以任意由現(xiàn)有技術(shù)已知的類(lèi)型或形式實(shí)現(xiàn)。特別是移相器可以包括不 同長(zhǎng)度的信號(hào)線路或延遲線路、電感和電容。移相器也可以作為全通裝置實(shí)現(xiàn)。移相器也 可以實(shí)現(xiàn)為數(shù)字移相器。
[0008] 由于合并信號(hào)的頻率以及由此還有掃描信號(hào)和/或信噪比信號(hào)的頻率以及不同 地調(diào)整的相移是已知的，所述裝置通過(guò)控制裝置基于由此獲得的至少三個(gè)分別在不同的相 移下獲得的掃描信號(hào)和/或信噪比信號(hào)確定掃描信號(hào)和/或信噪比信號(hào)的曲線。由于第一 GPS天線和第二GPS天線的相對(duì)定位是已知的，由此獲得的掃描信號(hào)和/或信噪比信號(hào)的曲 線對(duì)于第一 GPS天線相對(duì)于第二GPS天線的定向是特征性的，從而所述裝置能通過(guò)控制裝 置基于掃描信號(hào)和/或信噪比信號(hào)確定各GPS天線相對(duì)于彼此的相對(duì)定向。
[0009] 通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的裝置，能夠以高精度實(shí)現(xiàn)兩個(gè)GPS天線相對(duì)于彼此的定向。根 據(jù)本發(fā)明的裝置由于使用了根據(jù)本發(fā)明的方法僅需要兩個(gè)GPS天線來(lái)以高精確定兩個(gè)GPS 天線相對(duì)于彼此的定向。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，根據(jù)本發(fā)明的裝置只需要一個(gè)GPS接收器。定向 確定的精度可以這樣來(lái)提高，即各重復(fù)步驟對(duì)于各個(gè)不同相移重復(fù)多于三次，從而能更為 精確地確定合并信號(hào)的曲線。在移相器的例如為360°的相位偏移中對(duì)于例如360個(gè)具有 Γ的等角間距的間距的不同相移確定合并信號(hào)。在這種情況下，合并信號(hào)的曲線由于測(cè)量 點(diǎn)的數(shù)量大而非常精確。
[0010] 此外可以這樣來(lái)提高定向確定的精度，即，通過(guò)第一和第二GPS天線接收多于一 個(gè)GPS衛(wèi)星信號(hào)。一方面，為此可以由第一和第二GPS天線接收由一個(gè)GPS衛(wèi)星發(fā)出的GPS 衛(wèi)星信號(hào)，而另一方面為此可以由第一和第二GPS天線在一個(gè)或多個(gè)時(shí)刻接收多個(gè)GPS衛(wèi) 星的GPS衛(wèi)星信號(hào)。
[0011] 在此方面，用于確定第一 GPS天線相對(duì)于與第一 GPS天線隔開(kāi)間距的第二GPS天 線的相對(duì)定向的方法構(gòu)造成，使得所述方法包括以下步驟：
[0012] 通過(guò)第一 GPS天線在輸出數(shù)量與GPS衛(wèi)星信號(hào)的數(shù)量相等的第一 GPS接收信號(hào)的 情況下以及通過(guò)第二GPS天線在輸出數(shù)量與GPS衛(wèi)星信號(hào)的數(shù)量相等的第二GPS接收信號(hào) 的情況下接收至少一個(gè)GPS衛(wèi)星信號(hào)；
[0013] 通過(guò)移相器使所述/各所述第一 GPS接收信號(hào)的相位移動(dòng)一個(gè)相移；
[0014] 通過(guò)合并裝置將所述/各所述第二GPS接收信號(hào)與相應(yīng)的以相移發(fā)生相位移動(dòng)的 所述/各所述第一 GPS接收信號(hào)相合并，以產(chǎn)生數(shù)量與GPS衛(wèi)星信號(hào)的數(shù)量相等的合并信 號(hào)；
[0015] 通過(guò)GPS接收器由所述/各所述合并信號(hào)產(chǎn)生數(shù)量與GPS衛(wèi)星信號(hào)的數(shù)量相等的 掃描信號(hào)和/或信噪比信號(hào)；
[0016] 通過(guò)控制裝置存儲(chǔ)與相移相關(guān)的所述/各所述掃描信號(hào)和/或與相移相關(guān)的所述 /各所述信噪比信號(hào)，
[0017] 通過(guò)控制裝置確定與相移相關(guān)的所述/各所述掃描信號(hào)和/或與相移相關(guān)的所述 /各所述信噪比信號(hào)的曲線；以及
[0018] 通過(guò)所述控制裝置基于所述/各所述掃描信號(hào)和/或所述/各所述信噪比信號(hào)的 曲線確定第一 GPS天線相對(duì)于第二GPS天線的相對(duì)定向。
[0019] 第一方法步驟這里如上所述或者對(duì)于一個(gè)相移一次性執(zhí)行，或者對(duì)于至少三個(gè)不 同的相移執(zhí)行至少三次。第二至第五方法步驟對(duì)于至少三個(gè)不同的相移執(zhí)行。接著可以執(zhí) 行第六至第七方法步驟。
[0020] 合并信號(hào)和/或信噪比信號(hào)的曲線的確定優(yōu)選包括：確定至少一個(gè)第一相移和/ 或確定至少一個(gè)第二相移，在所述第一相移時(shí)，合并信號(hào)和/或信噪比信號(hào)具有最大值，在 所述第二相移時(shí)，合并信號(hào)和/或信噪比信號(hào)具有最小值。此外，第一 GPS天線相對(duì)于第二 GPS天線的相對(duì)定向的確定至少基于這樣確定的所述第一相移和/或所述至少一個(gè)第二相 移，在所述第一相移時(shí)，合并信號(hào)和/或信噪比信號(hào)具有最大值，在所述第二相移時(shí)，合并 信號(hào)和/或信噪比信號(hào)具有最小值。
[0021] 由于累加信號(hào)的頻率并且由此還有合并信號(hào)和/或信噪比信號(hào)的頻率是已知的， 可以簡(jiǎn)單地通過(guò)給出第一或第二相移來(lái)描述所述信號(hào)的曲線，在所述第一或第二相移時(shí)， 合并信號(hào)和/或信噪比信號(hào)具有最大值或最小債。累加信號(hào)的頻率是已知的，因?yàn)镚PS衛(wèi) 星信號(hào)的載波頻率是已知的（對(duì)于GPS信號(hào)，載波的頻率例如是1.5GHz)。累加信號(hào)具有最 大值或最小值的相移對(duì)于發(fā)出GPS衛(wèi)星信號(hào)的衛(wèi)星關(guān)于第一 GPS天線和第二GPS天線的相 對(duì)定位是特征性的，從而基于所述至少一個(gè)第一相移和/或所述至少一個(gè)第二相移能夠簡(jiǎn) 單地確定第一 GPS天線相對(duì)于第二GPS天線的定向，因?yàn)榈谝?GPS天線相對(duì)于第二GPS天 線的相對(duì)定位是已知的。
[0022] 與相移相關(guān)的合并信號(hào)和/或信噪比信號(hào)的曲線的確定包括用于根據(jù)相移計(jì)算 合并信號(hào)和/或信噪比信號(hào)的曲線。
[0023] 由此例如可以基于僅三個(gè)分別由相移和合并信號(hào)和/或信噪比信號(hào)的幅值組成 的數(shù)據(jù)對(duì)計(jì)算出合并信號(hào)和/或信噪比信號(hào)的曲線。這種計(jì)算例如可以同所謂的擬合 (Fit)來(lái)實(shí)現(xiàn)。如果這樣計(jì)算合并信號(hào)和/或信噪比信號(hào)的曲線，則例如可以容易地算出合 并信號(hào)和/或信噪比信號(hào)具有最大值或最小值的相移的位置。由于合并信號(hào)和/或信噪比 信號(hào)的頻率已知并且由于所計(jì)算的合并信號(hào)和/或信噪比信號(hào)具有一個(gè)最大值或一個(gè)最 小值或者多個(gè)最大值或多個(gè)最小值的一個(gè)或多個(gè)相移，第一 GPS天線相對(duì)于第二GPS天線 的定向可以以這種方式和形式以高精度確定，而不必在多個(gè)不同的相移下多次測(cè)量合并信 號(hào)和/或信噪比信號(hào)。
[0024] 相移相關(guān)的合并信號(hào)和/或信噪比信號(hào)的曲線的計(jì)算優(yōu)選包括計(jì)算至少一個(gè)第 一相移和/或至少一個(gè)第二相移，在所述第一相移時(shí)，合并信號(hào)和/或信噪比信號(hào)具有最大 值，在所述第二相移時(shí)，合并信號(hào)和/或信噪比信號(hào)具有最小值。這樣計(jì)算曲線例如可以通 過(guò)所謂的擬合來(lái)執(zhí)行，對(duì)于這種擬合僅需要三個(gè)分別由相移和合并信號(hào)和/或信噪比信號(hào) 所屬的幅值組成的數(shù)據(jù)對(duì)。由此可以精確地確定合并信號(hào)和/或信噪比信號(hào)具有最大值或 最小值的相移，而不必通過(guò)多個(gè)不同的相移確定合并信號(hào)和/或信噪比信號(hào)的曲線。因此 可以非?？焖俚貙?shí)現(xiàn)相應(yīng)地確定合并信