一种GPS天线方向性测试方法及系统与流程

本发明涉及测试技术领域，特别涉及一种GPS天线方向性测试方法及系统。

背景技术：

天线是空间无线电波信号和电路里的高频电流的一种转换装置，空间的无线电波信号通过天线传送到电路；电路里的高频电流最终通过天线传送到空间中去。天线作为空间无线电波信号和电路中的高频电流的转换装置，一端和电路中的高频电流信号接触，另一端和自由空间中的无线电波信号接触。天线方向性作为一个基本参数来描述天线和自由空间中电波的关系。

现有技术为了测试天线方向性，通常是在水平面内通过改变待测天线和测试辅助天线之间的位置来模拟实际使用的各种情形，但是，受地面和天空的电磁波反射情况等不同影响，导致测试精度不能满足要求；此外，如图1所示，为现有技术GPS天线方向性测试平台的示意图，现有的测试方法中待测天线和测试辅助天线之间的位置不便于准确调整，例如，不便于精确调整待测天线和测试辅助天线不位于水平面的各种情形。

技术实现要素：

本发明提供了一种GPS天线方向性测试方法及系统，解决现有技术GPS天线方向性测试精度不能满足要求的问题。

本发明提供了一种GPS天线方向性测试方法，包括：

预先搭建天线方向性测试平台，其中，天线方向性测试平台包括：放置待测GPS天线的转台、可滑动固定测试辅助天线的弓形架，其中，转台位于弓形架两端连线的垂直平分线上；

根据待测GPS天线在不同方向为天线方向的概率对空间进行划分，得到待测试点；

根据待测试点计算弓形架的测试坐标和转台的测试角度；

获取弓形架的各测试坐标和转台的各测试角度下的待测GPS天线接收到测试辅助天线发射的信号强度；

根据最强信号强度及对应的弓形架的测试坐标和转台的测试角度确定待测GPS天线的天线方向性。

优选地，所述测试平台位于室外场地；

所述预先搭建天线方向性测试平台包括：

在没有与待测GPS天线同频带的射频设备的开阔场地上，选取预定尺寸的区域作为测试平台区域；

架设弓形架；

在弓形架两端连线的垂直平分线上设置转台；

在测试平台区域的地面铺设吸波材料。

优选地，所述获取弓形架的各测试坐标和转台的各测试角度下的待测GPS天线接收到测试辅助天线发射的信号强度包括：

步骤S41，将测试辅助天线移动到弓形架的一个测试坐标；

步骤S42，将转台转到与测试坐标相应的各测试角度；

步骤S43，待测GPS天线采集测试辅助天线发射的信号强度；

重复步骤S41至步骤S43，直至采集待测GPS天线的所有待测试点的远场幅相数据；

根据待测GPS天线的所有待测试点的远场幅相数据绘制天线方向图；

所述根据最强信号强度及对应的弓形架的测试坐标和转台的测试角度确定待测GPS天线的天线方向性包括：

根据天线方向图确定待测GPS天线的天线方向性。

优选地，所述根据待测GPS天线的所有待测试点的远场幅相数据绘制天线方向图包括：

利用矢量网络分析仪的时域功能将远场幅相数据转换到时域；

进行时域选通处理；

将时域选通处理后的数据转换到频域；

根据转换到频域的数据绘制天线方向图。

优选地，所述转台与弓形架之间的距离为GPS波长的20倍；

时域选通处理过程中设置时域门宽5ns至10ns之间。

优选地，所述方法还包括：

在得到待测GPS天线的所有待测试点的远场幅相数据之后，将待测GPS天线更换为标准增益天线；

重复步骤S31至步骤S33，直至采集标准增益天线的所有待测试点的远场幅相数据；

根据标准增益天线的远场幅相数据和待测GPS天线的远场幅相数据得到待测GPS天线的增益值。

相应地，本发明还提供了一种GPS天线方向性测试系统，包括：

转台、弓形架、测试辅助天线、测试辅助天线基座和上位机，上位机分别与测试辅助天线和待测GPS天线相连，转台位于弓形架两端连线的垂直平分线上；

测试辅助天线基座可滑动地固定在弓形架上，用于固定测试辅助天线；

转台用于固定待测GPS天线，以将待测GPS天线转向指定角度；

上位机用于根据待测GPS天线在不同方向为天线方向的概率对空间进行划分，得到待测试点，然后，根据待测试点计算弓形架的测试坐标和转台的测试角度，接着，获取弓形架的各测试坐标和转台的各测试角度下的待测GPS天线接收到测试辅助天线发射的信号强度，然后，根据最强信号强度及对应的弓形架的测试坐标和转台的测试角度确定待测GPS天线的天线方向性。

优选地，所述转台和所述弓形架位于室外场地，该室外场地禁止存在与待测GPS天线同频带的射频设备；

所述室外场地的地面的材料为吸波材料；

所述转台与弓形架之间的距离为GPS波长的20倍。

优选地，所述系统还包括：

矢量网络分析仪，分别与测试辅助天线、待测GPS天线和上位机相连，用于将待测GPS天线发送的远场幅相数据转换到时域，然后进行时域选通处理，接着将时域选通处理后的数据转换到频域，并发送给上位机；

所述上位机具体用于根据接收的转换到频域的数据绘制天线方向图。

优选地，所述系统还包括：

矢量网络分析仪，分别与测试辅助天线、待测GPS天线、标准增益天线和上位机相连，用于将待测GPS天线和标准增益天线发送的远场幅相数据转换到时域，然后进行时域选通处理，接着将时域选通处理后的数据转换到频域，并发送给上位机；

所述上位机具体用于根据待测GPS天线和标准增益天线发送的转换到频域的数据，得到待测GPS天线的增益值。

本发明提供的一种GPS天线方向性测试方法及系统，通过预先搭建天线方向性测试平台，由于该天线方向性测试平台包括：放置待测GPS天线的转台、可滑动固定测试辅助天线的弓形架，该转台和弓形架的配合能实现待测GPS天线和测试辅助天线之间任意角度的精准定位，且由于该弓形架立在转台的上方，能真实反映车载GPS天线实际使用时从上方接收信号的情景；然后根据待测GPS天线在不同方向为天线方向的概率对空间进行划分，得到待测试点，接着根据待测试点计算弓形架的测试坐标和转台的测试角度，这样就可以更合理的得到各测试点，例如对可能性大的方向进行更多的数据采集以提高测试结果精度，并精确的将对待测GPS天线和测试辅助天线进行定位以满足测试点的要求，这样就可以精确的获取弓形架的各测试坐标和转台的各测试角度下的待测GPS天线接收到测试辅助天线发射的信号强度，使得本发明可以根据最强信号强度及对应的弓形架的测试坐标和转台的测试角度精确地确定待测GPS天线的天线方向性。

进一步地，本发明提供的GPS天线方向性测试方法及系统，测试平台在没有与待测GPS天线同频带的射频设备的开阔场地上可以有效避免干扰，此外，还在测试平台区域的地面铺设吸波材料，这样可以减少地面反射，提高测试精度。

进一步地，本发明提供的GPS天线方向性测试方法及系统，给出了利用测试平台进行测试的具体步骤，并根据测试数据绘制天线方向图，以便于根据天线方向图简单高效地确定待测GPS天线的天线方向性。

进一步地，本发明提供的GPS天线方向性测试方法及系统，利用基于矢量网络分析仪时域门设置的方法，对环境发射、散射信号进行消除，返回频域后获得更加接近实际的方向图结果。

进一步地，本发明提供的GPS天线方向性测试方法及系统，还给出了具体地获取待测GPS天线的增益值的方法，由于可以保证待测GPS天线和标准增益天线的所有待测试点的远场幅相数据的精确度，因此可以保证最终获取的待测GPS天线的增益值的精确度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术GPS天线方向性测试平台的示意图；

图2为根据本发明实施例提供的GPS天线方向性测试方法的一种流程图；

图3为根据本发明实施例提供的搭建天线方向性测试平台方法的一种流程图；

图4为根据本发明实施例提供的获取待测GPS天线接收到测试辅助天线发射的信号强度的一种流程图；

图5为根据本发明实施例提供的根据远场幅相数据绘制天线方向图的方法的一种流程图；

图6为根据本发明实施例提供的获取待测GPS天线的增益值的方法的一种流程图；

图7为根据本发明实施例提供的GPS天线方向性测试系统的一种结构示意图；

图8为根据本发明实施例提供的天线方向性测试平台的一种结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的参数或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

为了更好的理解本发明的技术方案和技术效果，以下将结合流程示意图对具体的实施例进行详细的描述。如图2所示，为根据本发明实施例提供的GPS天线方向性测试方法的一种流程图，该方法可以包括以下步骤：

步骤S01，预先搭建天线方向性测试平台，其中，天线方向性测试平台包括：放置待测GPS天线的转台、可滑动固定测试辅助天线的弓形架，其中，转台位于弓形架两端连线的垂直平分线上。

在本实施例中，转台可以实现多角度转动，例如旋转台，待测GPS天线放置在旋转台上，弓形架架设在旋转台的上方，该弓形架可以为半圆形椭圆形、定制的弧形等，弓形架上可以设有刻度尺等并与确定测试辅助天线的标记，优选地，该弓形架为半圆形，这样便于后续根据待测试点计算弓形架的测试坐标和转台的测试角度。

在一个具体实施例中，转台与弓形架之间的距离为GPS波长的20倍，GPS天线的波长约在20cm，因此可以选取20λ的测试距离约4m左右。

步骤S02，根据待测GPS天线在不同方向为天线方向的概率对空间进行划分，得到待测试点。

在本实施例中，为了提高测试的精准度，对重要的区域进行更密集的数据采集，这样可以提高最终测试的精确度，具体地，将天线方向的概率大的地方划分更多的空间，这样就可以采集更多点的数据，每个空间可以作为一个测试点。

步骤S03，根据待测试点计算弓形架的测试坐标和转台的测试角度。

在本实施例中，虽然弓形架可以精确的定位测试辅助天线，但是弓形架体积大，不便于进行移动，但是可以通过转台和弓形架来实现所有待测GPS天线和测试辅助天线之间可能的位置组合。例如，通过改变弓形架的测试坐标可以改变纬度，通过转动转台可以改变经度，每个待测试点都对应一组经度和纬度，相应也对应一组弓形架的测试坐标和转台的测试角度。

步骤S04，获取弓形架的各测试坐标和转台的各测试角度下的待测GPS天线接收到测试辅助天线发射的信号强度。

步骤S05，根据最强信号强度及对应的弓形架的测试坐标和转台的测试角度确定待测GPS天线的天线方向性。

本发明实施例提供的GPS天线方向性测试方法及系统，由于预先搭建的天线方向性测试平台包括放置待测GPS天线的转台和可滑动固定测试辅助天线的弓形架，该转台和弓形架的配合能实现待测GPS天线和测试辅助天线之间任意角度的精准定位，且由于该弓形架立在转台的上方，能真实反映车载GPS天线实际使用时从上方接收信号的情景；然后根据待测GPS天线在不同方向为天线方向的概率对空间进行划分，得到待测试点，接着根据待测试点计算弓形架的测试坐标和转台的测试角度，这样就可以更合理的得到各测试点，例如对可能性大的方向进行更多的数据采集以提高测试结果精度，并精确的将对待测GPS天线和测试辅助天线进行定位以满足测试点的要求，这样就可以精确的获取弓形架的各测试坐标和转台的各测试角度下的待测GPS天线接收到测试辅助天线发射的信号强度，使得本发明可以根据最强信号强度及对应的弓形架的测试坐标和转台的测试角度精确地确定待测GPS天线的天线方向性。

如图3所示，为根据本发明实施例提供的搭建天线方向性测试平台方法的一种流程图。

在本实施例中，给出了具体地搭建天线方向性测试平台的过程，其中，该测试平台位于室外场地，现有技术通常采用车用暗室：一般车用暗室的体积有限，满足不了10m以上测试距离要求的天线测试；另外车用暗室建设费用昂贵。

所述预先搭建天线方向性测试平台可以包括：

步骤S31，在没有与待测GPS天线同频带的射频设备的开阔场地上，选取预定尺寸的区域作为测试平台区域。

步骤S32，架设弓形架。

步骤S33，在弓形架两端连线的垂直平分线上设置转台。

步骤S34，在测试平台区域的地面铺设吸波材料。

在本实施例中，测试场地布置：测试场地选用场地平面尺寸为500m×300m的矩形开阔场地，直径为12m的水平一维转台在距场地一侧150m的位置，同时场地周围无同频带的射频设备。在场地内架设弓形架，用于定位测试辅助天线定位。同时在地面铺设吸波材料以减少地面反射。

如图4所示，为根据本发明实施例提供的获取待测GPS天线接收到测试辅助天线发射的信号强度的一种流程图。

在本实施例中，所述获取弓形架的各测试坐标和转台的各测试角度下的待测GPS天线接收到测试辅助天线发射的信号强度可以包括：

步骤S41，将测试辅助天线移动到弓形架的一个测试坐标。

步骤S42，将转台转到与测试坐标相应的各测试角度。

步骤S43，待测GPS天线采集测试辅助天线发射的信号强度。

重复步骤S41至步骤S43，直至采集待测GPS天线的所有待测试点的远场幅相数据，该远场幅相数据包含信号强度信息。

步骤S44，根据待测GPS天线的所有待测试点的远场幅相数据绘制天线方向图。

其中，天线方向图是度量天线各个方向收发信号能力的一个指标，通常以图形方式表示为功率强度与夹角的关系。

所述根据最强信号强度及对应的弓形架的测试坐标和转台的测试角度确定待测GPS天线的天线方向性包括：

根据天线方向图确定待测GPS天线的天线方向性。

本发明提供的GPS天线方向性测试方法及系统，给出了利用测试平台进行测试的具体步骤，并根据测试数据绘制天线方向图，以便于根据天线方向图简单高效地确定待测GPS天线的天线方向性。

如图5所示，为根据本发明实施例提供的根据远场幅相数据绘制天线方向图的方法的一种流程图。

在本实施例中，所述根据待测GPS天线的所有待测试点的远场幅相数据绘制天线方向图具体可以包括：

步骤S51，利用矢量网络分析仪的时域功能将远场幅相数据转换到时域。具体地，通过频域窗函数使用逆变换到时域。

步骤S52，进行时域选通处理。对反射信号进行过滤，仅保留门控脉冲。

步骤S53，将时域选通处理后的数据转换到频域。

步骤S54，根据转换到频域的数据绘制天线方向图。

在一个具体实施例中，测试辅助天线与待测GPS天线之间的距离约为4m，根据4m测试距离可对测试辅助天线的信号达到GPS天线时间进行估算：t＝d/c。电磁波传输速率c＝3×10⁸m/s直射波传输时间为13ns，时域门上限按照最近的反射波与直射波时延差二分之一进行设置。对于车顶二次反射信号传输时间10ns，转台平面到车顶天线信号传输时间约为10ns。因此设置门宽5～10ns之间可获得较高的测试精度，因此，当转台与弓形架之间的距离为GPS波长的20倍时，时域选通处理过程中可以设置时域门宽5ns至10ns之间。

本发明提供的GPS天线方向性测试方法及系统，利用基于矢量网络分析仪时域门设置的方法，对环境发射、散射信号进行消除，返回频域后获得更加接近实际的方向图结果。

如图6所示，为根据本发明实施例提供的获取待测GPS天线的增益值的方法的一种流程图。

在本实施例中，为了测试待测GPS的增益值，所述方法还包括：

步骤S61，在得到待测GPS天线的所有待测试点的远场幅相数据之后，将待测GPS天线更换为标准增益天线；

重复步骤S31至步骤S33，直至采集标准增益天线的所有待测试点的远场幅相数据；

步骤S62，根据标准增益天线的远场幅相数据和待测GPS天线的远场幅相数据得到待测GPS天线的增益值。

具体地，对待测GPS天线增益值进行测试时，首先假设参考天线(标准增益天线)按照上述步骤进行测试，将两次测试结果进行处理，可获得待测天线的增益值，计算方式如式1所示：

G(dB)＝P(Φ)P_ref(dBm) (1)

其中，P(Φ)为待测天线测得的接收功率，P_ref(dBm)为对标准增益天线测试获得的接收功率。

本发明提供的GPS天线方向性测试方法及系统，还给出了具体地获取待测GPS天线的增益值的方法，由于可以保证待测GPS天线和标准增益天线的所有待测试点的远场幅相数据的精确度，因此可以保证最终获取的待测GPS天线的增益值的精确度。

相应地，本发明还提供了与上述方法对应的GPS天线方向性测试系统，如图7所示，为根据本发明实施例提供的GPS天线方向性测试系统的一种结构示意图。

在本实施例中，该GPS天线方向性测试系统可以包括：

转台、弓形架、测试辅助天线R、测试辅助天线基座和上位机，上位机分别与测试辅助天线R和待测GPS天线相连，转台位于弓形架两端连线的垂直平分线上。其中，弓形架的两端位于同一水平面内，该弓形架可以为半圆形、圆弧形、椭圆弧形等，在此不做限定，需要说明的是，本领域技术人员应当明白：当弓形架的形状不同或转台与弓形架之间的距离改变时，相应地测试点的坐标(测试坐标、测试角度)会不同。测试辅助天线基座可滑动地固定在弓形架上，用于固定测试辅助天线R。

转台用于固定待测GPS天线，以将待测GPS天线转向指定角度。

上位机用于根据待测GPS天线在不同方向为天线方向的概率对空间进行划分，得到待测试点，然后，根据待测试点计算弓形架的测试坐标和转台的测试角度，接着，获取弓形架的各测试坐标和转台的各测试角度下的待测GPS天线接收到测试辅助天线R发射的信号强度，然后，根据最强信号强度及对应的弓形架的测试坐标和转台的测试角度确定待测GPS天线的天线方向性。

其中，为了便于搭建测试平台，所述转台和所述弓形架位于室外场地，该室外场地禁止存在与待测GPS天线同频带的射频设备。

为了减少地面反射，所述室外场地的地面的材料为吸波材料。

所述转台与弓形架之间的距离为GPS波长的20倍。

进一步地，所述系统还可以包括：

矢量网络分析仪，分别与测试辅助天线R、待测GPS天线和上位机相连，用于将待测GPS天线发送的远场幅相数据转换到时域，然后进行时域选通处理，接着将时域选通处理后的数据转换到频域，并发送给上位机。

所述上位机具体用于根据接收的转换到频域的数据绘制天线方向图。

在其它实施例中，所述系统还可以包括：

矢量网络分析仪，分别与测试辅助天线R、待测GPS天线、标准增益天线和上位机相连，用于将待测GPS天线和标准增益天线发送的远场幅相数据转换到时域，然后进行时域选通处理，接着将时域选通处理后的数据转换到频域，并发送给上位机。

所述上位机具体用于根据待测GPS天线和标准增益天线发送的转换到频域的数据，得到待测GPS天线的增益值。

需要说明的是，为了保护GPS天线，可以在矢量网络分析仪和GPS天线之间串联一个衰减器。

如图8所示，为根据本发明实施例提供的天线方向性测试平台的一种结构示意图。在一个具体实施例中，该平台的使用方法可以包括：(1)准备阶段：布置汽车于转台、待测GPS天线及测试辅助天线R架设、完成待测天线线缆连接、将测试辅助天线R移动到指定待测试点；

(2)测试阶段：在该待测试点下利用转台实现GPS天线各位面的幅相数据采集(采样时间门测试技术)；当转台完成旋转一周后，测试辅助天线R移动到下一位置，循环之前的测试步骤；

(3)结果输出：当测试辅助天线R移动到最终停止测试点后停止测试，完成待测天线所有远场幅相数据的采集，并输出待测GPS天线方向性。

本发实施例明提供的GPS天线方向性测试系统，该天线方向性测试平台包括：放置待测GPS天线的转台、可滑动固定测试辅助天线R的弓形架，由于该转台和弓形架的配合能实现待测GPS天线和测试辅助天线R之间任意角度的精准定位，且由于该弓形架立在转台的上方，能真实反映车载GPS天线实际使用时从上方接收信号的情景；此外，上位机合理的划分了各待测试点，接着根据待测试点计算弓形架的测试坐标和转台的测试角度，这样就可以通过天线方向性测试平台精确的对待测GPS天线和测试辅助天线R进行定位以满足测试点的要求，使得本发明可以根据最强信号强度及对应的弓形架的测试坐标和转台的测试角度精确地确定待测GPS天线的天线方向性。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上对本发明实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体实施方式对本发明进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及系统；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。