用于測向和方向不確定度確定的測量裝置和測量方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種用于電磁信號的測向和用于確定并顯示方向不確定度的測量裝 置和測量方法。
【背景技術】
[0002] 用于測向的傳統的系統通常將輸入的電磁信號的被檢測到的方向顯示為源自顯 示器的中心且指向該電磁信號來自的方向的線或箭頭。然而，對于這樣的測量裝置的用戶， 不能確定所述測向的準確程度。特別是在多個電磁脈沖被檢測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到的方向的準確程度，因此用戶不清楚這些信號 是來自單個信號源還是多個信號源是相關的。
[0003] 例如，文獻DE 10 2004 020 276 A1示出了這樣的傳統的測向裝置和方法。然而， 用戶不能夠容易確定接收信號的被測量的方向的可信程度。
【發明內容】
[0004] 因此，本發明的目的是創造一種能夠更準確地確定電磁信號所來自的方向并能夠 使用戶區分不同的信號源的測量裝置和測量方法。
[0005] 所述目的通過針對所述測量裝置的權利要求1的特征和針對所述測量方法的權 利要求8的特征來解決。從屬權利要求包括進一步的發展。
[0006] 用于電磁信號的測向的本發明的測量裝置包括用于接收所述電磁信號的天線元 件和用于確定所述電磁信號的方向并顯示所述電磁信號的方向的處理部件。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，用戶能容易區分密 集的信號源方向是源自單個信號源還是源自不同的信號源。
[0007] 有利地，所述處理部件被設置用于將電磁信號的方向在所述顯示部件上顯示為指 向該電磁信號的方向的線或箭頭，并用于將方向不確定角度在所述顯示部件上顯示為圍繞 指向該電磁信號的方向的所述線的區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據庫，所述方向數據庫保存有將天線元件輸出信 號與電磁信號的方向關聯的預存儲數據。所述處理部件隨后被設置用于通過在所述方向數 據庫中執行當前天線元件輸出信號與預存儲的天線元件輸出信號的最接近匹配的搜索來 確定所述電磁信號的方向。因此能夠確定所述方向和所述方向不確定角度，其減小了計算 能力。
[0009] 有利地，使用搜索函數執行所述搜索，其中，所述搜索函數是x 2函數或最大似然 函數或基于噪聲密度。這種方式下，標準搜索函數可被使用以產生低的實施復雜度。
[0010] 所述方向不確定度確定部件被有利地設置用于根據所述搜索函數確定所述方向 不確定角度。更有利地，使用在所述電磁信號的方向的搜索函數的陡度。甚至更有利地，搜 索函數的2個樣本的角距被用來確定所述不確定角度，所述搜索函數的各個搜索函數值與 所述電磁信號的方向的搜索函數值具有預設距離。因此能在無需附加的高計算成本的情況 下確定所述不確定角度。
[0011] 本發明的測量方法在于電磁信號的測向的目的。所述方法包括確定所述電磁信號 的方向以及顯示所述電磁信號的方向。所述方法還包括確定所述電磁信號的所述方向的方 向不確定角度以及顯示所述方向不確定角度。因此，用戶能容易區分密集的信號源方向是 源自單個信號源還是源自不同的信號源。
【附圖說明】
[0012] 現根據附圖，僅作為示例進一步解釋本發明的示例性實施方式，在附圖中：
[0013] 圖1以框圖示出本發明的測量裝置的實施方式；
[0014] 圖2以框圖示出本發明的測量裝置的實施方式的第一細節；
[0015] 圖3示出本發明的測量裝置的實施方式的第二細節；
[0016] 圖4示出本發明的測量裝置的實施方式的第三細節；
[0017] 圖5示出將由本發明的測量裝置的實施方式顯示的顯示內容；以及
[0018] 圖6示出本發明的測量方法的示例性實施方式的流程圖。
【具體實施方式】
[0019] 首先，圖1至圖5顯示了本發明的測量裝置的構造和功能。此后，由圖6解釋了本 發明的測量方法的功能。不同附圖中的相同實體和附圖標記已被部分省略。
[0020] 在圖1中示出了本發明的測量裝置1的實施方式。本發明的測量裝置包括天線元 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。關于所述天線元件2 的構造和功能，參考圖2。關于處理部件3的構造和功能，參考圖3至圖5。由本發明的測 量裝置或本發明的測量方法檢測的電磁信號例如是雷達脈沖或無線電傳輸。
[0021] 圖2示出圖1的天線元件2的內部工作。所述天線元件2包括多個天線20-25,所 述每個天線連接到復用部件26。所述復用部件26被設置用于將在全部可用的天線20-25 中的多個天線連接到圖1的處理部件3。所連接的天線的數量可預先指定或可由處理部件 3設定。
[0022] 例如，天線20、天線23和天線24通過復用部件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，輸入的電磁信號的方向可被確定。
[0023] 在替選的實施方式中，可省略復用部件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包括至少兩個不同的天線20-25。替選地，存在至少五個不同的天 線。替選地，存在至少十個不同的天線。
[0025] 為了能夠檢測輸入信號的方向，需要使用至少兩個天線的信號。
[0026]在圖3中示出圖1的處理部件3的內部構造。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的模數轉換器31。所述模數轉換器31再連接到數字處理部件 32,所述數字處理部件32連接到顯示部件33。所述模擬處理部件30、數字處理部件32和 顯示部件33連接到控制部件34,所述控制部件34被設置用于控制這些部件。
[0027] 替選地，所述測量裝置1，更準確地所述處理部件3,不包括顯示部件33。在這種 情況下，所述數字處理部件32的結果（特別是方向和方向不確定度和可選擇地方向質量） 經例如局域網（local area network，LAN)的接口輸出。可隨后通過任意連接的裝置使用、 處理和顯示這些結果。隨后使用可被其他裝置容易使用的預定義的格式輸出所述結果。例 如，使用格式"脈沖描述字"（pulse description word，PDW)〇
[0028] 來自天線元件2的信號被模擬處理部件30接收。這些信號包括圖2的各個天線 20-25的信號或通過使用復用部件26而當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。替選地，圖20的所有天線20-25的信號可被發送到模擬處理部件30。
[0029] 待由模擬處理部件30接收的信號通過所述模擬處理部件30進行處理。例如，放 大和功率確定可被執行。產生的信號被傳送到使所述信號數字化的模數轉換器31。數字化 的信號被傳送到執行數字處理的數字處理部件32。所述數字處理部件32執行所檢測的電 磁信號的方向的確定。此外，所述數字處理部件32確定所述電磁信號的方向的方向不確定 角度。這些結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。關于所述 數字處理部件32的內部工作，參照圖4。
[0030] 在圖4中示出了所述數字處理部件32的構造。圖3的數字處理部件32包括方向 檢測部件320,所述方向檢測部件320連接到圖3的模數轉換器31并連接到圖3的顯示部 件33。此外，所述數字處理部件32包括連接到方向檢測部件320的方向數據庫321。另外， 所述數字處理部件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] 所述方向數據庫321保存將天線元件輸出信號關聯到接收的電磁信號的方向的 預存儲的數據。在所述方向數據庫321內存儲的參數例如是每個單獨的天線的接收功率、 由所述單獨天線接收信號的時間、在所述單獨的天線的信號的接收頻率。這些參數針對每 個預存儲的信號源進行存儲，由所述信號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，因此必須搜索非常大的數據量以確定哪個方向是針對當前接收 的電磁信號的正確方向。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 造為現場可編程門陣列（FPGA)或多個并行工作的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。
[0034] 所述搜索函數產生最小值，該最小值指示與方向數據庫321內的方向的最接近匹 配。所述方向不確定角度根據該最小值的區域中的所述搜索函數的陡度來確定。特別地，計 算各個搜索函數值與所述電磁信號的方向的搜索函數值具有預設距離的搜索函數的2個 樣本的角距。
[0035] 因此，所述方向不確定角度對于所述最小值的區域中的搜索函數的高陡度而言較 低，而對于所述最小值的區域中的搜索函數的低陡度而言較高。
[0036] 以下，詳細描述基礎數學。為了執行電磁信號的測向，電磁信號由之前所述的形成 天線組的多個天線（例如，3個天線）進行采樣。
[0037] 在本發明的測量裝置的制造期間，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，對每個天線組進行初始測量。
[0038] Vrefjk(a, e,f, jt ) =Aref_k(a, e , f, n ) exp (j <i> ref_k ( a , e , f, jt ))
[0039]被定義為針對方位角a、仰角e、頻率f和偏振jt的電磁信號的各個電線k = i... n所產牛的涮量的壬線電壓" m現下而的在元素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] 根據上述參考測量的M次重復，現可確定測量誤差：
[0043