CN1306620A - 借助无线电波测定位置的装置 - Google Patents

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Abstract

一种利用无线电波测定道路上的车辆的位置的装置,无线电波从该装置发出,被车辆反射,并由布置在道路两边的至少两个阵列天线(1,2)接收,其中阵列天线(1,2)包括若干天线振子(5—14),相应阵列天线中的一个天线振子构成阵列天线的相位中心(5,10),其中阵列天线的天线振子(5—14)相互连接,从而阵列天线(1,2)的相位中心(5,10)之间的距离(d)小于单个阵列天线(1,2)宽度的一半。

Description

借助无线电波测定位置的装置
本发明涉及借助无线电波，最好是微波测定位置的装置。更具体地说，本发明涉及公路上车辆的连续位置测定。
在借助无线电波测定位置的方法中，发射射频信号(最好在微波范围内)，这种情况下，信号具有良好的方向性，以及从物体反射，或者被利用预期用于其的装置重新发射的性质。利用两个天线接收反射信号，这两个天线被布置成在基本上垂直于物体方向的平面内间距一定的距离。根据天线之间的距离，物体反射的无线电波到其中一个天线的行程将大于到另一天线的行程。通过的距离方面的差值将引起接收信号之间的相差。根据相差，可在由天线和物体构成的平面内，计算物体相对于天线的基准角。瑞典专利申请No.8403564-1中描述了这种方法。从而，物体的每个位置对应于某一相差。
图1中用几何学表示了这种方法。天线1和2彼此间距d。其位置将被测定的物体3，或者通常该物体上的所谓的转发器沿着朝向天线1和2的方向，反射所发射的电波。由于天线彼此之间的间距为d，在通过距离方面将产生为ΔL的差值。差值ΔL引起Δφ=φ1-φ2的相差，φ1和φ2分别为在天线1和2处接收的信号的相角。根据该相差Δφ，可计算几何角度θ,sinθ∝ΔL∝Δφ。
这样，如图2所示，角度θ周期性地取决于相差Δφ。这意味着存在一个间隔，在该间隔外，角度θ不再是单值的，可能对应于一个以上的位置。该间隔反向取决于距离d，即当d降低时，该间隔增大。这样，从这一点来说，要求距离d尽可能小，以便获得角度θ的较大单值区域。
为了在天线中得到良好的方向性，天线由若干天线振子组成，形成所谓的阵列天线。显然，这种结构使天线具有一定的物理范围，从而限制了距离d的降低。图1中，对于一对阵列天线来说，距离d和相应天线中心之间的距离有关。
因此，要求良好的方向性就和要求较大的单值区域发生冲突。本发明提出一种满足良好方向性的要求，同时能够保持关于较大单值区域的要求的装置。
本发明目的在于在仍然允许相应阵列天线的较大范围的同时，获得至少两个阵列天线的中心之间的极小距离，以便获得良好的方向性和较大的单值区。根据本发明的一个方面，这是通过使阵列天线的天线中心位于极小的相互距离的方式，使阵列天线的天线振子相互结合而实现的。根据本发明，这是通过连接阵列天线中的各个天线振子，以致相应阵列天线中的中心天线振子相互靠近而实现的。
图1和2涉及本发明的基本原理，并在上面作为现有技术进行了说明，而图3、4和5涉及本发明的一个方面。
图1是测量原理的示意图，其中依据利用布置成相互间距有限距离的天线的角度测量，分析天线中接收的两个信号之间的相差，用以测定物体的位置。
图2图解说明了随着相差而变化的物体的几何角度偏差。
图3是根据本发明的天线结构的前视图。
图4表示了根据本发明的备选天线结构。
图5表示了利用根据本发明的天线结构，利用无线电波测定物***置的装置的方框图。
图5表示了测定沿路径行进的物体的位置的装置。该装置包括与信号处理器18相连的放大和信号处理单元17，具有阵列天线1和2的天线结构，阵列天线沿垂直于物体行进方向的第一轴布置。根据图3，天线结构包括两排导电表面，天线振子。阵列天线1以这种方式由5个表面，即天线振子5-9构成，即天线振子6-9围绕中心天线振子5而布置在外面。按照同样的方式，阵列天线2由中心天线振子10和***天线振子10-14构成。通过输出导线15和16，相应阵列中的天线振子被结合在一起，构成两个阵列天线1和2。借助上面描述的安排，分别围绕中心天线振子5和10对称布置，以天线振子形式的这些中心表面构成相应阵列天线的相位中心。这样，这两个相位中心之间的距离构成图1中的距离d。
天线1的宽度从天线振子6和8的左手边缘延伸到天线振子7和9的右手边缘。天线2的宽度从天线振子11和13的左手边缘延伸到天线振子12和14的右手边缘。如果并排布置天线，则这意味着相应相位中心5和10之间的距离d至少会和一个阵列天线的总宽度相同，由于在相应阵列天线1、2中最外侧的天线振子之间必定存在一定的距离，因此实际上，距离d会更大。但是，如图3中所示，相位中心之间的距离相当小，这是通过使各个天线振子相互连接而实现的，在本实施例中，是通过使阵列天线可以相互结合而实现的。
上面描述的原理也可用在更复杂的天线结构中。这样，通过在这样的结构中布置两个以上的天线，即使天线沿着第一轴布置，可改进角度测量。当然，如果能够在大量的测量结果的基础上产生平均值，则可提高测量精度。
下面将给出利用在同一轴线上排成一行的两个以上的阵列天线的另一优点。如果两个阵列天线的中心之间的距离d增大，则对于每个角度θ来说，这意味着距离ΔL增大。如果距离ΔL增大，则对于角度的每个变化来说，相差Δφ增大，即提高了分辨率。同样，这和单值性的要求相冲突。通过将多个阵列天线在同一轴上排成一行，例如以上述顺序表示的三个天线A,B和C，可以解决所述的冲突。通过把来自于从天线A和B得到的数据的测量相差用于单值性，把天线A和C之间的测量相差用于获得提高的分辨率，这两方面的要求均可得到满足。
另外，还可沿几个轴线方向布置天线，从而允许在几个平面内借助无线电测定位置。通过沿着基本上垂直于第一轴，并且基本上垂直于物体的行进方向上轴线布置至少一对辅助阵列天线，这样可在基本上相互垂直的两个平面的每个平面中，确定物体相对于天线的基准角，这两个平面由物体和在其上布置多对天线的相应轴线构成。例如，如果物体由在道路上行驶的车辆构成，阵列天线沿水平第一轴以这样的高度布置在道路上方，以致车辆可从天线下方通过，基本上水平的第一平面由天线1、2和车辆3确定。在该水平面中，通过确定相位角φ，如上所述，可确定车辆的方位角。通过沿垂直于第一轴并且基本上垂直于道路的第二轴布置阵列天线，相应地能够确定车辆的仰角，这里仰角涉及垂直的第二轴。在知道从这两排天线观察的方位角和仰角的情况下，可根据这些角度，确定车辆相对于天线的位置。
根据本发明，通过布置一些天线振子，以便被包含在两个或更多的阵列天线中，产生具有在不同部分表面之间的连接的备选实施例。图4中示意地描述了以无线电波进行二维位置测量情况下的该实施例。这种情况下，天线20至少包括三个阵列天线。阵列天线21由天线振子24-26,28-30和32-34组成，天线振子29构成相位中心。阵列天线22由天线振子25-27,29-31和33-35组成，天线振子30为相位中心。阵列天线23由天线振子28-30,32-34和36-38组成，天线振子33为相位中心。这样，几个天线振子由一个以上的阵列天线使用。借助至少从这些天线振子接收的信号的功率放大，并且之后对放大信号应用功率分配，这是可能实现的。在本实施例中，如同前一实施例中一样，获得了同样的短距离d。

Claims (8)

1．一种利用无线电波测定道路上车辆的位置的装置，无线电波从该装置发出，被车辆反射，并由布置在道路两边的至少两个阵列天线(1,2)接收，其特征在于阵列天线(1,2)包括若干天线振子(5-14)，相应阵列天线中的一个天线振子构成阵列天线的相位中心(5,10)，其中阵列天线的天线振子(5-14)相互连接，从而阵列天线(1,2)的相位中心(5,10)之间的距离(d)小于单个阵列天线(1,2)宽度的一半。
2．按照权利要求1所述的装置，其特征在于所述连接包括使阵列天线(1,2)相互结合，使一个阵列天线的相位中心(5,10)布置在另一阵列天线(1,2)的天线振子(11-14,6-9)之间。
3．按照权利要求2所述的装置，其特征在于相应阵列天线(1,2)的相位中心(5,10)相互靠近。
4．按照权利要求2所述的装置，其特征在于天线振子(24-38)中的一些天线振子同时与一个以上的阵列天线(21,22,23)相连。
5．按照权利要求4所述的装置，其特征在于从由一个以上的阵列天线(21,22,23)利用的天线振子(24-38)得到的信号进行功率放大，随后在相应的阵列天线(21,22,23)上进行放大信号的功率分配。
6．按照前述任一权利要求所述的装置，其特征在于在至少布置一对基本上水平布置的阵列天线(1,2)的情况下，根据天线位置测定车辆(3)的方位角θ。
7．按照权利要求6所述的装置，其特征在于在至少布置一对基本上垂直布置的阵列天线的情况下，根据天线位置，测定车辆(3)的仰角。
8．按照权利要求7所述的装置，其特征在于根据方位角θ和仰角，确定车辆相对于天线的位置。
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