用于确定两个gps天线相对于彼此的相对定向的方法和装置的制造方法

用于确定两个gps天线相对于彼此的相对定向的方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于确定两个GPS天线相对于彼此的定向的方法和装置。通过所 述方法以及通过所述装置例如可以确定两个GPS天线相对于彼此的方位角和/或仰角，并 且由此所述两个GPS天线固定在其上的物体的方位角和/或仰角。
【背景技术】
[0002] 由US 5, 943, 008已知一种用于确定天线阵列的定向的装置。所述天线阵列包括 至少三个用于接收GPS卫星信号的接收天线，所述接收天线相对于彼此具有固定和已知的 定位。这些接收天线通过接口与各个GPS接收器电连接。这里用于输出第一 GPS信号的第 一天线直接与所述接口连接，其中，在用于输出第二GPS信号的第二天线和接口之间设置 第一延迟电路，而在用于输出第三GPS信号的第三天线和接口之间设置第二延迟电路。第 一延迟电路使由第二接收天线接收的GPS卫星信号到接口和到GPS接收器的传输延迟固定 的第一延迟时间，所述第一延迟时间例如为200ns，而第二延迟电路使由第三接收天线接收 的GPS卫星信号到接口和到GPS接收器的传输延迟固定的第二延迟时间，所述第二延迟时 间例如为400ns。第一和第二延迟电路有时还用于，使得第一、第二和第三GPS信号能够由 不同的GPS接收器单独地接收，而不会相互干涉。GPS接收器具有处理功能，从而GPS接收 器在使用接收天线的相对位置、已知的第一和第二延迟时间以及各接收天线已知的位置关 系的情况下确定定向系数。这里GPS接收器利用接收信号所测得的编码和相位信息确定预 定的、与不同的接收天线相关联的延迟时间之间的小的差别。这种小的差别然后用于确定 三个接收天线的位置之间的差别。因此，利用GPS卫星信号到各个接收天线的行进时间差， 以便确定个接收天线关于彼此的相对定向。
[0003] 为了提高确定天线阵列的定向的精度，可以设置多于三个接收天线，其中在每个 单天线与接口和GPS接收器之间必须分别设置一个延迟电路。各延迟电路必须具有相互不 同的延迟，由此能够由GPS接收器分开地接收各自的GPS信号，因为GPS信号不允许相互干 涉。

【发明内容】

[0004] 本发明的目的在于，提供一种简单、经济并得到改进的装置和改进的方法，用于确 定两个GPS天线关于彼此的相对定向，通过所述装置和方法能够以提高的精度实现确定两 个GPS天线关于彼此的相对定向。
[0005] 所述目的根据本发明通过具有在权利要求1中给出的特征的方法以及通过具有 在权利要求12中给出的特征的装置来实现。有利的实施形式在从属权利要求中给出。
[0006] 具体而言，根据本发明的用于确定第一 GPS天线关于与第一 GPS天线隔开间距的 第二GPS天线的相对定向的装置包括：与第一 GPS天线电连接的移相器、与移相器和第二 GPS天线电连接的累加装置、与合并装置电连接的GPS接收器和控制装置，所述控制装置与 GPS接收器和移相器电连接。在接收至少一个GPS卫星信号时，第一 GPS天线输出第一 GPS 接收信号，而第二GPS天线输出第二GPS接收信号。移相器构造成用于使第一 GPS接收信 号的相位移动一个相移，所述相移是可变的并且能通过控制装置调整。相移可以具有包括 零度在内的任意值。相应的相移相对于彼此可以是等距的或者可以具有彼此不同的角间 距。合并装置可以包括累加器并且也可以称为功率合并器，所述合并装置构造成用于将第 二GPS接收信号与相位移动了所述相移的第一 GPS接收信号相合并，以便产生合并信号。所 述合并信号输送给GPS接收器。合并信号优选可以是第二GPS接收信号与相位移动了所述 相移的第一 GPS接收信号的累加信号。GPS接收器由合并信号产生扫描信号和/或信噪比 信号并将所述扫描信号和/或信噪比信号传输给控制装置，所述控制装置存储所述扫描信 号和/或信噪比信号连同经调整的相移。所述装置构造成用于分别对于至少三个不同的相 移执行所述这些也称为重复步骤的方法步骤，其中，备选地，GPS卫星信号的接收仅一次性 地进行。上面说明的各个构件的电连接通过信号线路进行。
[0007] 移相器可以以任意由现有技术已知的类型或形式实现。特别是移相器可以包括不 同长度的信号线路或延迟线路、电感和电容。移相器也可以作为全通装置实现。移相器也 可以实现为数字移相器。
[0008] 由于合并信号的频率以及由此还有扫描信号和/或信噪比信号的频率以及不同 地调整的相移是已知的，所述装置通过控制装置基于由此获得的至少三个分别在不同的相 移下获得的扫描信号和/或信噪比信号确定扫描信号和/或信噪比信号的曲线。由于第一 GPS天线和第二GPS天线的相对定位是已知的，由此获得的扫描信号和/或信噪比信号的曲 线对于第一 GPS天线相对于第二GPS天线的定向是特征性的，从而所述装置能通过控制装 置基于扫描信号和/或信噪比信号确定各GPS天线相对于彼此的相对定向。
[0009] 通过根据本发明的装置，能够以高精度实现两个GPS天线相对于彼此的定向。根 据本发明的装置由于使用了根据本发明的方法仅需要两个GPS天线来以高精确定两个GPS 天线相对于彼此的定向。另一个优点是，根据本发明的装置只需要一个GPS接收器。定向 确定的精度可以这样来提高，即各重复步骤对于各个不同相移重复多于三次，从而能更为 精确地确定合并信号的曲线。在移相器的例如为360°的相位偏移中对于例如360个具有 Γ的等角间距的间距的不同相移确定合并信号。在这种情况下，合并信号的曲线由于测量 点的数量大而非常精确。
[0010] 此外可以这样来提高定向确定的精度，即，通过第一和第二GPS天线接收多于一 个GPS卫星信号。一方面，为此可以由第一和第二GPS天线接收由一个GPS卫星发出的GPS 卫星信号，而另一方面为此可以由第一和第二GPS天线在一个或多个时刻接收多个GPS卫 星的GPS卫星信号。
[0011] 在此方面，用于确定第一 GPS天线相对于与第一 GPS天线隔开间距的第二GPS天 线的相对定向的方法构造成，使得所述方法包括以下步骤：
[0012] 通过第一 GPS天线在输出数量与GPS卫星信号的数量相等的第一 GPS接收信号的 情况下以及通过第二GPS天线在输出数量与GPS卫星信号的数量相等的第二GPS接收信号 的情况下接收至少一个GPS卫星信号；
[0013] 通过移相器使所述/各所述第一 GPS接收信号的相位移动一个相移；
[0014] 通过合并装置将所述/各所述第二GPS接收信号与相应的以相移发生相位移动的 所述/各所述第一 GPS接收信号相合并，以产生数量与GPS卫星信号的数量相等的合并信 号；
[0015] 通过GPS接收器由所述/各所述合并信号产生数量与GPS卫星信号的数量相等的 扫描信号和/或信噪比信号；
[0016] 通过控制装置存储与相移相关的所述/各所述扫描信号和/或与相移相关的所述 /各所述信噪比信号，
[0017] 通过控制装置确定与相移相关的所述/各所述扫描信号和/或与相移相关的所述 /各所述信噪比信号的曲线；以及
[0018] 通过所述控制装置基于所述/各所述扫描信号和/或所述/各所述信噪比信号的 曲线确定第一 GPS天线相对于第二GPS天线的相对定向。
[0019] 第一方法步骤这里如上所述或者对于一个相移一次性执行，或者对于至少三个不 同的相移执行至少三次。第二至第五方法步骤对于至少三个不同的相移执行。接着可以执 行第六至第七方法步骤。
[0020] 合并信号和/或信噪比信号的曲线的确定优选包括：确定至少一个第一相移和/ 或确定至少一个第二相移，在所述第一相移时，合并信号和/或信噪比信号具有最大值，在 所述第二相移时，合并信号和/或信噪比信号具有最小值。此外，第一 GPS天线相对于第二 GPS天线的相对定向的确定至少基于这样确定的所述第一相移和/或所述至少一个第二相 移，在所述第一相移时，合并信号和/或信噪比信号具有最大值，在所述第二相移时，合并 信号和/或信噪比信号具有最小值。
[0021] 由于累加信号的频率并且由此还有合并信号和/或信噪比信号的频率是已知的， 可以简单地通过给出第一或第二相移来描述所述信号的曲线，在所述第一或第二相移时， 合并信号和/或信噪比信号具有最大值或最小债。累加信号的频率是已知的，因为GPS卫 星信号的载波频率是已知的（对于GPS信号，载波的频率例如是1.5GHz)。累加信号具有最 大值或最小值的相移对于发出GPS卫星信号的卫星关于第一 GPS天线和第二GPS天线的相 对定位是特征性的，从而基于所述至少一个第一相移和/或所述至少一个第二相移能够简 单地确定第一 GPS天线相对于第二GPS天线的定向，因为第一 GPS天线相对于第二GPS天 线的相对定位是已知的。
[0022] 与相移相关的合并信号和/或信噪比信号的曲线的确定包括用于根据相移计算 合并信号和/或信噪比信号的曲线。
[0023] 由此例如可以基于仅三个分别由相移和合并信号和/或信噪比信号的幅值组成 的数据对计算出合并信号和/或信噪比信号的曲线。这种计算例如可以同所谓的拟合 (Fit)来实现。如果这样计算合并信号和/或信噪比信号的曲线，则例如可以容易地算出合 并信号和/或信噪比信号具有最大值或最小值的相移的位置。由于合并信号和/或信噪比 信号的频率已知并且由于所计算的合并信号和/或信噪比信号具有一个最大值或一个最 小值或者多个最大值或多个最小值的一个或多个相移，第一 GPS天线相对于第二GPS天线 的定向可以以这种方式和形式以高精度确定，而不必在多个不同的相移下多次测量合并信 号和/或信噪比信号。
[0024] 相移相关的合并信号和/或信噪比信号的曲线的计算优选包括计算至少一个第 一相移和/或至少一个第二相移，在所述第一相移时，合并信号和/或信噪比信号具有最大 值，在所述第二相移时，合并信号和/或信噪比信号具有最小值。这样计算曲线例如可以通 过所谓的拟合来执行，对于这种拟合仅需要三个分别由相移和合并信号和/或信噪比信号 所属的幅值组成的数据对。由此可以精确地确定合并信号和/或信噪比信号具有最大值或 最小值的相移，而不必通过多个不同的相移确定合并信号和/或信噪比信号的曲线。因此 可以非常快速地实现相应地确定合并信