專利名稱：確定調(diào)制的反向散射通信系統(tǒng)中應(yīng)答器方向的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及射頻識(shí)別(RFID)閱讀器和應(yīng)答器，特別地涉及在調(diào)制的反向散射通信系統(tǒng)中能夠確定相對(duì)于閱讀器的應(yīng)答器的移動(dòng)的方向的RFID閱讀器。
背景技術(shù)：
在自動(dòng)識(shí)別行業(yè)，RFID應(yīng)答器的使用已作為一種跟蹤有關(guān)RFID應(yīng)答器所附著的物體的數(shù)據(jù)的方法得到顯著地發(fā)展。一個(gè)RFID應(yīng)答器通常包括一個(gè)可以存貯數(shù)字信息的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。用于與RFID應(yīng)答器通信的一種已知的技術(shù)稱為“反向散射調(diào)制”，其中RFID應(yīng)答器通過(guò)調(diào)制他們的天線的匹配阻抗以反映由RFID閱讀器產(chǎn)生的電磁場(chǎng)的變化的量來(lái)發(fā)送存貯的數(shù)據(jù)。這種通信技術(shù)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是RFID應(yīng)答器能夠獨(dú)立于激勵(lì)電磁場(chǎng)的頻率工作，結(jié)果，閱讀器可以工作在多個(gè)頻率上從而避免了射頻(RF)干擾，例如使用跳頻擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)。RFID應(yīng)答器可以從激勵(lì)電磁場(chǎng)中提取他們的能量，從而去除了需要一個(gè)單獨(dú)的電源。
在許多的應(yīng)用中，希望RFID閱讀器從RFID應(yīng)答器獲得除了存貯的數(shù)據(jù)外的位置和方向信息。
典型地，RFID應(yīng)答器和閱讀器之間的相對(duì)位置的確定已由系統(tǒng)的靈敏度和天線的方向圖一起決定。例如，合適增益方向圖的天線被用來(lái)提供對(duì)單一的業(yè)務(wù)航線的覆蓋以便詢問(wèn)器能夠與在那個(gè)航線而不是別的航線上的車輛上的RFID應(yīng)答器建立通信。這種類似的技術(shù)已被成功地用于其中最多一個(gè)攜帶應(yīng)答器的物體物理上位于閱讀器天線的覆蓋區(qū)內(nèi)的系統(tǒng)中。然而，當(dāng)幾個(gè)應(yīng)答器位于閱讀器天線的覆蓋區(qū)中時(shí)，會(huì)出現(xiàn)模糊問(wèn)題。對(duì)于這樣的情況，必須從物理上確定哪個(gè)應(yīng)答器已建立與閱讀器的通信，或者作為選擇地，相對(duì)于閱讀器的位置和方向應(yīng)答器是什么位置。
有許多已知的技術(shù)使用天線陣列和測(cè)量由應(yīng)答器發(fā)射的信號(hào)強(qiáng)度或波的到達(dá)方向從而確定從一單個(gè)位置到應(yīng)答器的方向。Hane(U.S.專利號(hào)4,728,955)描述了運(yùn)用一個(gè)天線陣列定位一個(gè)調(diào)制的反向散射的應(yīng)答器的一種這樣的技術(shù)。應(yīng)答器產(chǎn)生一個(gè)包含副載波調(diào)制的單邊帶抑制的載波調(diào)制的反向散射信號(hào)。到達(dá)的方向通過(guò)測(cè)量幾個(gè)天線中的每一個(gè)中的信號(hào)的相位和根據(jù)測(cè)量的相位計(jì)算到達(dá)的方向來(lái)確定。該技術(shù)的一個(gè)明顯的缺陷是它是復(fù)雜的、麻煩的并且依靠精細(xì)地保持放大器和檢測(cè)器的線性。而且，Hane技術(shù)包括測(cè)量相位角和運(yùn)用計(jì)算機(jī)去計(jì)算應(yīng)答器的方向，并且這樣不適合于運(yùn)用限幅放大器的接收機(jī)，例如由Koelle et.al.(U.S.專利號(hào)4,739,328)所示的那些。
限幅放大器去除了對(duì)于使用Hane技術(shù)精確地確定位置是必要的詳細(xì)的相位信息。限幅放大器的輸出只提供信號(hào)是在參考相位的0±90°(即同相)還是在參考相位的180±90°(即反相)的信息。所有詳細(xì)的相位信息因此在限幅放大器中是丟失的。
更特別地，Hane技術(shù)不適合于使用與單邊帶技術(shù)對(duì)立的微波載波的直接調(diào)制的調(diào)制的反向散射系統(tǒng)。這是因?yàn)樵贖ane中，混頻器的輸出對(duì)于不能產(chǎn)生單邊帶抑制的載波信號(hào)的應(yīng)答器呈現(xiàn)相對(duì)應(yīng)答器位置的“正交零信號(hào)”。Koelle et.al.通過(guò)在與應(yīng)答器通信的閱讀器中運(yùn)用多信道接收機(jī)和限幅放大器來(lái)去除“正交零信號(hào)”效應(yīng)。這樣，Hane技術(shù)對(duì)于由Koelle et.al.公開(kāi)的類型的應(yīng)答器不能提供方向信息，即使考慮到使用限幅放大器，把Hane中的混頻器用Koelle et.al.的多信道零差接收機(jī)代替。
另一個(gè)方向定位系統(tǒng)由Koelle et.al.(美國(guó)專利5,510,795)公開(kāi)。根據(jù)Koelle et.al.，方向定位系統(tǒng)測(cè)量一個(gè)應(yīng)答器是朝著還是遠(yuǎn)離閱讀器移動(dòng)。如果一個(gè)應(yīng)答器移動(dòng)經(jīng)過(guò)閱讀器，那么方向定位系統(tǒng)將提供一個(gè)應(yīng)答器的移動(dòng)在閱讀器的方向上何時(shí)是零的指示。除非應(yīng)答器的路徑被限制(例如，安裝在軌道上的一個(gè)物體上)，系統(tǒng)不能夠被用來(lái)確定應(yīng)答器的方向。同樣地，如果閱讀器的天線以搜索模式旋轉(zhuǎn)，那么系統(tǒng)不能被用來(lái)確定應(yīng)答器的方向，原因是應(yīng)答器和閱讀器之間的距離在那種情況下不能改變。
同時(shí)還能確定使用一種雙靜態(tài)零差的無(wú)線系統(tǒng)的應(yīng)答器的位置，其中發(fā)射天線和接收天線被分開(kāi)一段相對(duì)于微波波長(zhǎng)相當(dāng)大的距離。這樣一種排列在R.J.King的“微波零差系統(tǒng)”(MicrowaveHomodyne System)，pp.206-216(1978)中作了描述。在閱讀器系統(tǒng)的發(fā)射和接收天線的增益圖相交叉的地方，發(fā)生與應(yīng)答器的通信。這種交叉定義了可能與應(yīng)答器通信的空間的范圍。這樣的一個(gè)系統(tǒng)對(duì)緊湊的，手持式的閱讀器沒(méi)有用，也不能用來(lái)確定如果幾個(gè)應(yīng)答器位于一個(gè)通信區(qū)間時(shí)的一個(gè)特定的應(yīng)答器的位置。
其它的方向定位技術(shù)被用來(lái)確定一個(gè)傳統(tǒng)的雷達(dá)目標(biāo)的方向。一種被稱為“同時(shí)掃掠域“單脈沖”的方法在M.I.Skolnik的“雷達(dá)系統(tǒng)入門(Introduction to Radar System)pp.175-184(McGraw-Hill1962)中作了描述。根據(jù)這種方法，形成和、差波束的配置好的或接近地隔開(kāi)的天線使用相位和/或幅度檢測(cè)器來(lái)精確地確定何時(shí)雷達(dá)波束掃過(guò)一個(gè)遠(yuǎn)程目標(biāo)。該方法的一個(gè)缺點(diǎn)是當(dāng)它靠近產(chǎn)生的信號(hào)比應(yīng)答器產(chǎn)生的信號(hào)強(qiáng)的其它的散射體時(shí)，它不能被用來(lái)確定一個(gè)反向散射應(yīng)答器的方向。另外地，由于提供要求的覆蓋范圍的需要，閱讀器天線的典型的天線方向圖是相對(duì)低增益的(例如6到15dBi)。如果使用了低增益的天線組件，用于產(chǎn)生兩個(gè)波束以形成和、差波束的偏置注入技術(shù)導(dǎo)致差波束具有非常小的增益，這對(duì)RFID應(yīng)用是不可用的。這樣，用于傳統(tǒng)的雷達(dá)系統(tǒng)中的正常的方向定位技術(shù)不適用于調(diào)制的反向散射系統(tǒng)。
相應(yīng)地，希望確定在使用限幅放大器實(shí)現(xiàn)信號(hào)的放大的反向散射通信系統(tǒng)中從閱讀器到應(yīng)答器的方向。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開(kāi)了用來(lái)確定在調(diào)制的反向散射通信系統(tǒng)中的應(yīng)答器的方向的方法和系統(tǒng)。更特別地，這樣的系統(tǒng)和方法使用至少兩個(gè)天線來(lái)接收來(lái)自應(yīng)答器的散射或調(diào)制的信號(hào)，例如一個(gè)RF ID反向散射標(biāo)記。一個(gè)附加的天線被用作確定應(yīng)答器的方向的一個(gè)參考，并且同時(shí)被用于發(fā)射信號(hào)給應(yīng)答器，信號(hào)之后變成調(diào)制的或散射的。
在兩個(gè)天線上接收的信號(hào)被用來(lái)形成一個(gè)差信號(hào)。由于通過(guò)兩個(gè)天線接收信號(hào)會(huì)有產(chǎn)生了信號(hào)的兩個(gè)不同的版本(即不同相位)的效應(yīng)，將天線的輸出相減將產(chǎn)生不會(huì)是零值的一個(gè)差信號(hào)。這個(gè)差信號(hào)被延遲90度。延遲的信號(hào)的極性與由參考天線接收的散射的或調(diào)制的信號(hào)的極性進(jìn)行比較來(lái)確定應(yīng)答器相對(duì)于參考天線的方向。
本發(fā)明的第一個(gè)目的是提供一種簡(jiǎn)單但準(zhǔn)確的用于確定應(yīng)答器相對(duì)于參考天線的方向的方案。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法的一個(gè)簡(jiǎn)單的電路。本發(fā)明的還有一個(gè)目的是能夠使得公開(kāi)的系統(tǒng)和方法用于使用限幅放大器的反向散射標(biāo)記接收機(jī)中。


圖1是表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)三天線方向定位系統(tǒng)的排列的圖形；圖2是包括一個(gè)雙靜態(tài)的天線陣列的方向定位系統(tǒng)的示例性原理圖；圖3是示意來(lái)自雙靜態(tài)的天線陣列的差信道信號(hào)的圖形；和圖4是表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)三天線方向定位系統(tǒng)的排列的另一
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參考附圖，其中相同的附圖標(biāo)記自始自終被用于相同的組件，在圖1中所示，天線R發(fā)射一個(gè)信號(hào)到希望與應(yīng)答器通信的區(qū)域。信號(hào)被應(yīng)答器調(diào)制和散射并且被天線R，A和B接收。第一個(gè)多信道零差接收機(jī)可被連到天線R以提供通信到應(yīng)答器或來(lái)自應(yīng)答器的通信的鏈路(未示出)。一個(gè)微波合并器(圖2中的組件201)通過(guò)形成天線A和天線B之間的差信號(hào)，被用來(lái)提供第二信道。差信號(hào)被延遲90°(即1/4波長(zhǎng))。
第二個(gè)多信道零差接收機(jī)被連到第二信道，并且檢測(cè)到的信號(hào)的極性與第一信道的信號(hào)的極性進(jìn)行比較。如果極性相同，應(yīng)答器是在天線R的左邊。相反的，如果極性相反，應(yīng)答器在天線R的右邊。如果在第二信道中沒(méi)有檢測(cè)到信號(hào)，那么應(yīng)答器是直著向前的。應(yīng)答器的位置的指示可以由本發(fā)明的系統(tǒng)連接到的能夠使操作者定位已與它建立通信的應(yīng)答器的閱讀器上的一個(gè)指示器提供(未示出)。在指示器的幫助下，操作者能夠以類似于激光掃描儀瞄準(zhǔn)條形碼的方式定位應(yīng)答器。第一信道也可以運(yùn)用來(lái)自天線A和B而不是天線R的信號(hào)的和來(lái)形成。位置信息的許多其它的用法是可能的。
更特別地，下面對(duì)根據(jù)本發(fā)明的第一優(yōu)選實(shí)施例的本發(fā)明的操作進(jìn)行了分析。如圖1所示，考慮一個(gè)在方向θ上距離三組件天線陣列的距離為r的應(yīng)答器。天線之間的間隔是d。假定距離r遠(yuǎn)大于d，并且下面的分析都基于那個(gè)假定進(jìn)行了近似。一個(gè)信號(hào)從天線R發(fā)射。從天線R到應(yīng)答器又返回天線R的路徑長(zhǎng)度為2r，這對(duì)應(yīng)于4πr/λ弧度的相位變化，其中λ是微波波長(zhǎng)，π＝3.14159265。從天線R到應(yīng)答器又返回天線B的路徑長(zhǎng)度比長(zhǎng)度a要短，其中a＝d sin(θ)從天線R到應(yīng)答器又返回天線A的路徑長(zhǎng)度比長(zhǎng)度a要長(zhǎng)。對(duì)應(yīng)于長(zhǎng)度a的相位變化是2πa/λ。信號(hào)的時(shí)變特性，由天線A，B和R處的天線的增益引起的角度相關(guān)性，由應(yīng)答器引起的調(diào)制的時(shí)變和距離引起的幅度的變動(dòng)由函數(shù)f(r，t，θ)表示。那個(gè)函數(shù)不必展開(kāi)來(lái)完成確定應(yīng)答器的方向的分析。由三個(gè)天線接收的信號(hào)于是表示為
VR＝f(r，t，θ)cos(4πr/λ)VA＝f(r，t，θ)cos(4πr/λ+2πa/λ)VB＝f(r，t，θ)cos(4πr/λ-2πa/λ)天線A和B的信號(hào)的和是VA+B＝f(r，t，θ)cos(4πr/λ+2πa/λ)+f(r，t，θ)cos(4πr/λ-2πa/λ)＝f(r，t，θ)[cos(4πr/λ)cos(2πa/λ)-sin(4πr/λ)sin(2πa/λ)+cos(4πr/λ)cos(2πa/λ)+sin(4πr/λ)sin(2πa/λ)]＝2f(r，t，θ)cos(4πr/λ)cos(2πa/λ)＝2f(r，t，θ)cos(4πr/λ)cos(2πdsin(θ)/λ)天線A和B的信號(hào)的差是VA-B＝f(r，t，θ)cos(4πr/λ+2πa/λ)-f(r，t，θ)cos(4πr/λ-2πa/λ)＝f(r，t，θ)[cos(4πr/λ)cos(2πa/λ)-sin(4πr/λ)sin(2πa/λ)-cos(4πr/λ)cos(2πa/λ)-sin(4πr/λ)sin(2πa/λ)]＝2 f(r，t，θ)sin(4πr/λ)sin(2πa/λ)＝2f(r，t，θ)sin(4πr/λ)sin(2πdsin(θ)/λ)在信號(hào)VA-B的路徑長(zhǎng)度上加一個(gè)90°(π/2)的延遲形成信號(hào)VDVD＝VA-B(延遲90°)＝VA-B(用4πr/λ+π/2替換4πr/λ)＝-2f(r，t，θ)sin(4πr/λ+π/2)sin(2πdsin(θ)/λ)＝-2f(r，t，θ)cos(4πr/λ)sin(2πdsin(θ)/λ)cos(4πr/λ)和sin(4πr/λ)項(xiàng)來(lái)源于相位的正常的變化，原因是應(yīng)答器和閱讀器之間的距離在變化。和信道的信號(hào)始終與單靜態(tài)信道(VR)同相，但是由于陣列效應(yīng)，天線方向圖較窄。如果應(yīng)答器在靠近被用作正的參考的信道的陣列的一側(cè)時(shí)，被延遲了90°的差信道的信號(hào)(VD)與參考信道和和信道的相同；如果應(yīng)答器對(duì)于所有的r值，在用作正的參考的信道相反的一側(cè)時(shí)，為參考信道和和信道的逆。當(dāng)應(yīng)答器直著向前時(shí)，差信道的輸出為0。這樣，比較信號(hào)的電路能夠指示應(yīng)答器是在右邊，左邊還是直著向前。如果需要，在垂直平面的另一對(duì)天線同樣可以提供上/下指示。信號(hào)的比較在微波信號(hào)的解調(diào)之后。由于正交零效應(yīng)，同相和正交信號(hào)都應(yīng)該被用到。
要求的電路的優(yōu)選實(shí)施例在在圖2中表示。和、差信道由從天線A和B接收的微波信號(hào)形成。實(shí)現(xiàn)方向指示的電路包含零差接收機(jī)202，它提供恢復(fù)由應(yīng)答器以正常方式產(chǎn)生的調(diào)制的同相I和正交Q輸出。這些信號(hào)由對(duì)檢測(cè)的信號(hào)進(jìn)行放大到邏輯電平的限幅放大器204-210放大。差信道的那些放大的I和Q信號(hào)與參考信道(為了簡(jiǎn)明在圖2中未表示)或和信道進(jìn)行比較。那些比較由正常數(shù)字邏輯212來(lái)實(shí)現(xiàn)。低通濾波器(未示出)被用來(lái)去除噪聲和由信號(hào)跳變引起的瞬時(shí)現(xiàn)象，并對(duì)輸出提供一個(gè)集成或平滑效應(yīng)。指示或定位不需要對(duì)信號(hào)解碼，與數(shù)據(jù)的時(shí)鐘同步或任何其它的數(shù)字操作。這樣，方向的指示可以利用簡(jiǎn)單的電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。
sin(2πdsin(θ)/λ)項(xiàng)的平方在圖3中作為對(duì)于不同的d/λ值的θ的函數(shù)來(lái)畫出。d/λ的值優(yōu)選地約等于0.5，盡管可能用到其它的天線間隔，仍取決于陣列的希望的物理寬度和中心零的寬度(被用來(lái)提供應(yīng)答器直著向前’的指示)。這樣，閱讀器的操作者可以通過(guò)重新確定閱讀器的位置直到提供一個(gè)指示表明希望的應(yīng)答器在直著向前時(shí)，定位與它通信的應(yīng)答器。該信息的其它使用也是可能的。注意該技術(shù)充當(dāng)限幅放大器的功能并且既不需要測(cè)量相位角也不需要由計(jì)算機(jī)來(lái)計(jì)算。
在本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，除了圖2中的通常的“右”、“左”或“中間”指示外，關(guān)于應(yīng)答器的方向的附加的詳細(xì)信息被提供。下面給出了提供實(shí)際的角度θ的四種附加的方法。
在第一個(gè)可選擇的方法中，電控移相器420和422(圖4)被加到天線A和B的輸出上。控制相移的量為與2個(gè)信道一致和相反的極性。那樣，“視軸”零朝右邊或左邊前進(jìn)一個(gè)由插入的相移的值控制的一個(gè)量。前進(jìn)的量能夠根據(jù)微波波長(zhǎng)λ，天線間隔d和插入的相移的量來(lái)計(jì)算。插入的相移的值可以被掃描，并且當(dāng)圖2的處理電路指示應(yīng)答器是在“中心”時(shí)，θ的值直接與插入的相位的值相關(guān)。θ的值可以由計(jì)算機(jī)，微控制器或由離散電路來(lái)獲得。另外地，“指向電路”可以由圖2的“左”、“右”和“中心”輸出自動(dòng)調(diào)整在指向應(yīng)答器的反饋回路中插入的相位。當(dāng)“指向電路”指示應(yīng)答器在“中心”時(shí)，應(yīng)答器的方向由插入的相位的值得到。θ的值可以象上面一樣從插入的相位的值得到。那個(gè)值可以根據(jù)需要來(lái)使用，或其它可視的顯示器可提供給操作者，例如LED顯示器，LCD顯示器，語(yǔ)音合成或類似的。
在第二個(gè)可選擇的方法中，如果使用兩個(gè)天線與應(yīng)答器通信，在天線輸出端的每個(gè)信道和參考之間的相對(duì)相位可以被確定。知道了這兩個(gè)信道之間的相位差、天線間隔和微波頻率，就可以計(jì)算出應(yīng)答器的方向。如圖1中所示，信號(hào)由天線R發(fā)送給應(yīng)答器。來(lái)自該天線的微波信號(hào)同時(shí)被用作在天線A和B的正交零差接收機(jī)的參考信號(hào)。在天線A和B處測(cè)量的相位有一個(gè)由于到應(yīng)答器和返回的路徑的長(zhǎng)度引起的一個(gè)未知的相位的模糊。形成天線A和B的信號(hào)之間的同相的數(shù)學(xué)差去除了那個(gè)未知的量，并且結(jié)果由長(zhǎng)度2a導(dǎo)致。角度θ可以從公式來(lái)計(jì)算θ＝arcsin(a/d)＝arcsin(Φλ/2πd)其中Φ＝ΦA(chǔ)-ΦB相位ΦA(chǔ)和ΦB通過(guò)以下來(lái)獲得由產(chǎn)生中頻(IF)或基帶信號(hào)的一個(gè)線性放大器來(lái)放大正交檢測(cè)器的輸出，對(duì)那些信號(hào)進(jìn)行濾波以分離出那些只由于應(yīng)答器而產(chǎn)生的調(diào)制，用模擬-數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器對(duì)結(jié)果進(jìn)行數(shù)字化并用計(jì)算機(jī)或微控制器計(jì)算相位角。角度被計(jì)算為在正交零差接收機(jī)的輸出端的正交信號(hào)與同相信號(hào)的比值(即Vq/Vi)的反正切。
第三個(gè)可選擇的方法涉及對(duì)線性放大器的使用的替代，相位計(jì)和計(jì)算機(jī)應(yīng)該能以一種控制的方式來(lái)改變參考信道和信號(hào)信道之間的相位，測(cè)量每個(gè)信道上的正交零的位置和后來(lái)的計(jì)算或來(lái)自應(yīng)答器的信號(hào)的到達(dá)角的指示。應(yīng)答器的方向可以根據(jù)信道之間的正交零的位置的差來(lái)得到。這種可選擇的方法與限幅放大器一起工作并去除了相位計(jì)，但有附加的費(fèi)用和需要很好地控制的低噪聲移相器的復(fù)雜性。
該方法的實(shí)現(xiàn)是使用能隨電壓線性改變相位的移相器。該相位改變的信號(hào)被用作三個(gè)正交零差接收機(jī)的參考(或本振(LO))。由于電壓是斜坡的，在三個(gè)信道中的信號(hào)由提供同相和正交輸出的零差檢測(cè)器來(lái)處理。檢測(cè)的信號(hào)由一個(gè)帶通濾波器來(lái)濾波并由一個(gè)限幅放大器放大。在信道中來(lái)自天線A和B的信號(hào)的每一個(gè)與參考信道進(jìn)行比較。如果應(yīng)答器是直著向前的(θ＝0)，那么在三個(gè)信道中的信號(hào)將總是在相同的極性，即使由于正交零效應(yīng)每個(gè)信道改變極性(隨r或插入的相位變化)。如果應(yīng)答器是在右邊(θ是正的)，那么移相器的控制電壓將是表示信號(hào)在相同極性的值和表示信號(hào)在相反極性的值。插入的相位的值可以通過(guò)知道控制電壓的值來(lái)獲得。在零之間的同相的差是由于對(duì)應(yīng)于距離2a的相位。由于d是已知的，于是可以得到a和θ。θ的數(shù)值可以象在第二個(gè)可選擇的方法中描述的一樣由計(jì)算機(jī)或微處理器來(lái)計(jì)算。
第三種方法可以使用一種使用用來(lái)確定方向的正交零出現(xiàn)的相對(duì)定時(shí)的技術(shù)，這與在美國(guó)專利5,510,795中描述的使用正交零的定時(shí)確定應(yīng)答器的動(dòng)作類似。因?yàn)長(zhǎng)O參考信號(hào)的相位是掃描的，正交零的狀態(tài)在不同的時(shí)間在三個(gè)零差接收機(jī)的輸出端被觀察。由于對(duì)應(yīng)于180相移的LO信號(hào)插入的相位對(duì)應(yīng)于在一個(gè)信道上的正交零狀態(tài)之間的相位的變化，對(duì)三個(gè)信道上的正交零狀態(tài)的定時(shí)進(jìn)行比較提供了對(duì)信道間的相對(duì)相位的測(cè)量。例如，如果LO信號(hào)的相位從0到180度掃描，那么在天線A和B之間的正交零之間的定時(shí)的差對(duì)應(yīng)于掃頻時(shí)間的1/4，由天線A和B接收的信號(hào)之間的相位差是45°(180/4)。一旦相位已知，應(yīng)答器的方向通過(guò)使用公式來(lái)計(jì)算θ＝arcsin(a/d)＝arcsin(φλ/2πd)這種方法不需要線性放大器，A/D轉(zhuǎn)換器或相位計(jì)。與前面的方法相比移相器增加的復(fù)雜度除了提供來(lái)自閱讀器的方向外，提供了角度θ的一個(gè)實(shí)際的值。
在本發(fā)明的第四個(gè)可選擇的方法中，發(fā)-收特性和公式與前面的方法中的相同，但是去掉了圖2中的90°移相器。一個(gè)零差接收機(jī)工作在三個(gè)天線的每一個(gè)的輸出上，并且每個(gè)產(chǎn)生一個(gè)同相(I)和正交(Q)解調(diào)的信號(hào)。這些解調(diào)的信號(hào)被以不同的方式合并來(lái)產(chǎn)生被用來(lái)提供應(yīng)答器的方向的指示的和、差信號(hào)。該方法與前面的方法的不同在于不計(jì)算解調(diào)信號(hào)的相位。
前面的方法可以與具有兩個(gè)或多個(gè)組件的天線陣列一起使用來(lái)確定產(chǎn)生調(diào)制反向散射的合作雷達(dá)目標(biāo)的方向。盡管前面的描述使用一個(gè)三個(gè)天線的陣列，應(yīng)該理解兩個(gè)或多個(gè)天線的其它組合也可能用到。限幅放大器的使用在調(diào)制的反向散射通信系統(tǒng)中的信號(hào)處理中是熟知的。在這里公開(kāi)的發(fā)明之前，沒(méi)有已知的方法使用自工作在零差正交檢測(cè)器的輸出上的限幅放大器的輸出，來(lái)確定應(yīng)答器的方向。
盡管本發(fā)明已結(jié)合在上面列出的特定的優(yōu)選實(shí)施例來(lái)描述，顯然對(duì)于那些熟知本領(lǐng)域的人員可以作許多替代、變更和改變。相應(yīng)地，上面提出的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例只是為了示意性的且不是限制的。在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以作各種改變。
權(quán)利要求
1.一種用于確定應(yīng)答器的方向的方法，包含發(fā)送第一信號(hào)給希望與應(yīng)答器通信的一個(gè)區(qū)域；從第一信號(hào)產(chǎn)生第二信號(hào)；經(jīng)由第一、第二和第三天線接收第二信號(hào)；從經(jīng)由第一、第二天線接收的第二信號(hào)形成一個(gè)差信號(hào)；對(duì)差信號(hào)進(jìn)行延遲；并且將延遲的差信號(hào)的第一極性與經(jīng)由第三天線接收的第二信號(hào)的第二極性進(jìn)行比較。
2.權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包含當(dāng)?shù)谝缓偷诙O性相同時(shí)，確定應(yīng)答器在第三天線的左邊。
3.權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包含當(dāng)?shù)谝缓偷诙O性相反時(shí)，確定應(yīng)答器在第三天線的右邊。
4.權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包含當(dāng)延遲的差信號(hào)沒(méi)有被接收機(jī)檢測(cè)到時(shí)，確定應(yīng)答器與第三天線對(duì)齊。
5.權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包含經(jīng)由第四和第五天線接收第二信號(hào)；從經(jīng)由第四和第五天線接收的第二信號(hào)形成第二差信號(hào)；對(duì)第二差信號(hào)進(jìn)行延遲；并且將延遲的第二差信號(hào)的第三極性與經(jīng)由第三天線接收的第二信號(hào)的第二極性進(jìn)行比較。
6.權(quán)利要求1的方法，其中對(duì)差信號(hào)進(jìn)行延遲包括對(duì)差信號(hào)延遲90°。
7.一種用于確定應(yīng)答器的方向的方法，包括發(fā)送第一信號(hào)給希望與應(yīng)答器通信的一個(gè)區(qū)域；由第一信號(hào)產(chǎn)生希望的第二信號(hào)；經(jīng)由第一和第二天線接收第二信號(hào)，從經(jīng)由第一和第二天線接收的第二信號(hào)形成一個(gè)差信號(hào)；通過(guò)把經(jīng)由第一天線接收的第二信號(hào)與經(jīng)由第三天線接收的第二信號(hào)相加來(lái)形成第三信號(hào)；對(duì)差信號(hào)進(jìn)行延遲；并且將延遲的差信號(hào)的第一極性與第三信號(hào)的第二極性進(jìn)行比較。
8.權(quán)利要求7的方法，進(jìn)一步包括當(dāng)?shù)谝缓偷诙O性相同時(shí)，確定應(yīng)答器在位于第一和第二天線之間并與第一和第二天線對(duì)齊的第三天線的左邊。
9.權(quán)利要求7的方法，進(jìn)一步包括當(dāng)?shù)谝缓偷诙O性相反時(shí)，確定應(yīng)答器在位于第一和第二天線之間并與第一和第二天線對(duì)齊的第三天線的右邊。
10.權(quán)利要求7的方法，進(jìn)一步包括當(dāng)延遲的差信號(hào)沒(méi)有被接收機(jī)檢測(cè)到時(shí)，確定應(yīng)答器與位于第一和第二天線之間并與第一和第二天線對(duì)齊的第三天線對(duì)齊。
11.一種用于確定應(yīng)答器的方向的系統(tǒng)，包括用于發(fā)送第一信號(hào)給應(yīng)答器的第一天線；用于接收來(lái)自應(yīng)答器的第二信號(hào)的第二和第三天線；用于把由第二天線接收的第二信號(hào)與由第三天線接收的第二信號(hào)相加以產(chǎn)生一個(gè)和信號(hào)的裝置；用于把由第二天線接收的第二信號(hào)與由第三天線接收的第二信號(hào)相減以產(chǎn)生一個(gè)差信號(hào)的裝置；用于對(duì)差信號(hào)進(jìn)行延遲的裝置；和用于把差信號(hào)的第一極性與和信號(hào)的第二極性進(jìn)行比較的比較器。
12.權(quán)利要求11的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括一個(gè)用于檢測(cè)延遲的差信號(hào)的檢測(cè)器。
13.一種用于確定應(yīng)答器的方向的系統(tǒng)，包括用于接收來(lái)自應(yīng)答器的信號(hào)的第一和第二天線；用于把第一天線接收的信號(hào)與由第二天線接收的信號(hào)相加以產(chǎn)生和信號(hào)的裝置；用于把由第一天線接收的信號(hào)與由第二天線接收的信號(hào)相減以產(chǎn)生差信號(hào)的裝置；用于把差信號(hào)與和信號(hào)進(jìn)行比較以確定應(yīng)答器的方向的處理器。
全文摘要
公開(kāi)了一種用于確定應(yīng)答器的方向的方法和系統(tǒng)。該方法和系統(tǒng)包括發(fā)送(R)第一信號(hào)給希望與應(yīng)答器通信的區(qū)域；從第一信號(hào)產(chǎn)生希望的第二信號(hào)；經(jīng)由第一(R)和第二天線(B)接收第二信號(hào)，從經(jīng)由第一和第二天線接收的第二信號(hào)形成差信號(hào)(201)；通過(guò)把經(jīng)由第一天線接收的第二信號(hào)與經(jīng)由第三天線接收的第二信號(hào)相加來(lái)形成第三信號(hào)；對(duì)差信號(hào)進(jìn)行延遲；并且將延遲的差信號(hào)的第一極性與第三信號(hào)的第二極性進(jìn)行比較(212)。
文檔編號(hào)G01S3/38GK1439104SQ01810678
公開(kāi)日2003年8月27日 申請(qǐng)日期2001年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月5日
發(fā)明者杰雷米·蘭德特 申請(qǐng)人:Tc(百慕大)許可有限公司