專利名稱：用于發(fā)射天線的輻射圖測(cè)量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于發(fā)射天線的輻射圖(radiation diagram)測(cè)量系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括接收機(jī)設(shè)備，其配備有至少一個(gè)固定接收天線，用于獲取(pickup)屬于電子設(shè)備的、需要測(cè)量的發(fā)射天線所產(chǎn)生的電磁場(chǎng)；以及定位設(shè)備，其上放置了用于該電子設(shè)備的支撐元件。該支撐元件優(yōu)選地是球形元件，在其內(nèi)部放置了該電子設(shè)備。在三個(gè)支撐點(diǎn)上通過重力在該定位設(shè)備上保持該球形元件。該定位設(shè)備進(jìn)一步包括諸如驅(qū)動(dòng)構(gòu)件(drive member )的裝置，用于驅(qū)動(dòng)球形支撐元件與該電子設(shè)備一起旋轉(zhuǎn)，以便相對(duì)于固定接收天線來旋轉(zhuǎn)必須被表征的發(fā)射天線。該測(cè)量系統(tǒng)還包括用于檢測(cè)該定位設(shè)備上發(fā)射天線的位置或定向的裝置，以及用于由該檢測(cè)裝置和接收機(jī)設(shè)備所提供的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)處理站。
至少一個(gè)接收天線(其特征是公知的)；故用于實(shí)現(xiàn)測(cè)量發(fā)射天線或測(cè)試天線輻射圖。該接收天線與待測(cè)量的發(fā)射天線相隔一定的距離，例如小于幾米的距離。為此，形成電子設(shè)備的一部分的發(fā)射天線與該電子設(shè)備的其它組件一起放置在支撐元件之上或其中。然后將該支撐元件放置在定位設(shè)備上，該定位設(shè)備可以具有任意的類型，即，能夠在任何方向上移動(dòng)或定向該支撐元件，從而測(cè)量由發(fā)射天線所產(chǎn)生的電磁場(chǎng)。
背景技術(shù)：
根據(jù)如特別由美國專利No.6，191，744和日本專利No.2003-043083所描述的技術(shù)狀況，使用繞發(fā)射天線移動(dòng)的至少一個(gè)接收天線來實(shí)現(xiàn)發(fā)射天線輻射圖測(cè)量是已知的。為此，將包括發(fā)射天線的電子設(shè)備放置在固定支架上，而將接收天線安裝在諸如臂(arms)的機(jī)械結(jié)構(gòu)上，用于相對(duì)于發(fā)射天線移動(dòng)接收天線。接收天線可以在距離發(fā)射天線固定距離的地方繞發(fā)射天線轉(zhuǎn)動(dòng)。通過鏈接到該機(jī)械結(jié)構(gòu)的位置檢測(cè)裝置來檢測(cè)接收天線的每個(gè)位置。如此，由接收天線獲取的與電磁場(chǎng)有關(guān)的信號(hào)以及位置信號(hào)被提供給數(shù)據(jù)處理站，用于計(jì)算發(fā)射天線輻射圖。
該類型的技術(shù)狀況測(cè)量系統(tǒng)的一個(gè)缺點(diǎn)在于這樣的事實(shí)，即承載接收天線的機(jī)械結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜。在該測(cè)量布置的情況下，這意^^未著不能在計(jì)算發(fā)射天線輻射圖所需要的準(zhǔn)確度的情況下將數(shù)據(jù)信號(hào)提供給處理站。
美國專利No.3，441，936描述了 一種用于定位其中可以放置發(fā)射天線的球形元件的設(shè)備。在該定位設(shè)備的三個(gè)驅(qū)動(dòng)輪上，通過重力保持該球形元件，其中，該定位設(shè)備能夠在任何方向上定向發(fā)射天線。當(dāng)驅(qū)動(dòng)一個(gè)驅(qū)動(dòng)輪的時(shí)候，為了移動(dòng)球形元件，該球形元件滑向另外兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪上。這意味著不能保證對(duì)發(fā)射天線的適當(dāng)定位，這是個(gè)缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
因而，本發(fā)明的一個(gè)目的是為發(fā)射天線提供輻射圖測(cè)量系統(tǒng)，其較為簡(jiǎn)單且更加精確，用于向數(shù)據(jù)處理站提供數(shù)據(jù)信號(hào)，其克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)。
因此，本發(fā)明涉及上述用于發(fā)射天線的輻射圖測(cè)量系統(tǒng)，其包括獨(dú)立權(quán)利要求1的特征。
從屬權(quán)利要求2至11限定了該測(cè)量系統(tǒng)的特定實(shí)施例。
根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量系統(tǒng)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于發(fā)射天線與電子設(shè)備一起被
-改置在球形元件內(nèi)部，并且在所述球形元件的中心位置。如此，驅(qū)動(dòng)構(gòu)件
而使得所述發(fā)射天線繞所述空心球的中心旋轉(zhuǎn)。所述發(fā)射天線由所述電子設(shè)備持續(xù)供電，所述電子設(shè)備包括例如電池或可充電蓄電池，用于由接收機(jī)設(shè)備的固定接收天線來測(cè)量電磁場(chǎng)。
有利地，所述驅(qū)動(dòng)構(gòu)件包括與所述空心球的外表面接觸的輪，以及用于該驅(qū)動(dòng)輪的支架。所述輪的旋轉(zhuǎn)軸祐放置在所述支架的末端，所述支架能夠沿另一軸旋轉(zhuǎn)，所述另一軸穿過所述輪在所述空心球的外表面上的接觸點(diǎn)以及所述空心球的中心?？梢越?jīng)由壓縮空氣裝置來旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動(dòng)所述
優(yōu)選地，接近于所述發(fā)射天線的任何定位設(shè)備部件都不是由金屬材料制成的，以避免干擾測(cè)量由所述發(fā)射天線產(chǎn)生的電磁場(chǎng)。此外，所述接收
天線和球形元件與電子設(shè)備(其具有發(fā)射天線)被設(shè)于消聲室(anechoicchamber)中。這防止在可能干擾發(fā)射天線輻射測(cè)量的障礙物上的任何電磁場(chǎng)反射。
有利地，所述測(cè)量系統(tǒng)包括用于檢測(cè)所述發(fā)射天線的位置或定向的裝置，其由優(yōu)選地被放置在所述接收天線附近的數(shù)字照相機(jī)形成。連接到數(shù)據(jù)處理站的該數(shù)字照相機(jī)使得有可能實(shí)時(shí)地獲知所述定位設(shè)備所施加的對(duì)該球的移動(dòng)。圖形(figures)或基準(zhǔn)(references)也均勻地分布在所述空心球的外表面上。這允許所述數(shù)字照相機(jī)以及存儲(chǔ)在所述數(shù)據(jù)處理站的定位識(shí)別算法隨時(shí)間而識(shí)別所述空心球(并且因而識(shí)別發(fā)射天線)的每個(gè)位置。這些圖形優(yōu)選地是4位編碼的環(huán)形條碼(circular barcode)以及附加的外部定^Ri,其在該球的淺色(白色)外表面上總是黑色的。因而，通過將所測(cè)量的場(chǎng)值(field value )與所測(cè)量的位置相關(guān)聯(lián)，有可能獲得發(fā)射天線的輻射圖。
為了使所述數(shù)字照相機(jī)能夠拍好圖像，為所述球形元件或空心球的可見表面有利地提供各向同性(均勻)的照明設(shè)備。由于接近于所述發(fā)射天線的所有部件都必須由非金屬材料制成，因此，光纖集(optical fiber set)引導(dǎo)遠(yuǎn)光源所提供的光來照亮所述球形元件。所述光纖集被分成接近于所述空心球的若干子集。光纖子集的(其是例如每子集6個(gè))的末端被固定在緊固于照明結(jié)構(gòu)的塑料螺柱(stud)中。優(yōu)選地持有6個(gè)光纖末端的6個(gè)塑料螺柱彼此等距地被緊固在所述照明結(jié)構(gòu)上。該照明結(jié)構(gòu)被配置成環(huán)狀并且就放置在所述球形元件的前面(所述數(shù)字照相機(jī)側(cè))，且不妨礙所述數(shù)字照相機(jī)對(duì)所述球的觀看。


參照附圖，用于發(fā)射天線的輻射圖測(cè)量系統(tǒng)的目的、優(yōu)點(diǎn)和特征在下
面的描述中將顯得更加清楚，在附圖中
圖1以簡(jiǎn)化方式示出了構(gòu)成才艮據(jù)本發(fā)明的發(fā)射天線輻射圖測(cè)量系統(tǒng)的各種元件；
圖2示出了放置在根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量系統(tǒng)的定位設(shè)備上用于照亮球形元件的照明設(shè)備的 一部分；
圖3a和3b示出了根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量系統(tǒng)的定位設(shè)備的球窩接頭(balland socket joint)的部分縱向截面和俯#見圖4示出了用于確定在根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量系統(tǒng)的定位設(shè)備上球形元件的位置的球面坐標(biāo)的圖示；
圖5示出了在根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量系統(tǒng)的定位設(shè)備上的球形元件的外表面上的每個(gè)圖形或基準(zhǔn)的位置；
圖6示出了環(huán)形條碼形狀的圖形，其將被放置在球形元件的外表面上用于確定根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量系統(tǒng)的發(fā)射天線的位置和定向；以及
圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量系統(tǒng)的接收機(jī)設(shè)備的各種組件。
具體實(shí)施例方式
在下面的描述中，將僅以簡(jiǎn)化的方式來解釋本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知的用于發(fā)射天線的輻射測(cè)量系統(tǒng)的所有元件。
圖1示意性地圖示了用于電子發(fā)射機(jī)i殳備4的發(fā)射天線4'的輻射圖測(cè)量系統(tǒng)l的所有元件?；旧希瑴y(cè)量系統(tǒng)1首先包括定位設(shè)備2，在該定位i殳備2上，在構(gòu)件20、 30和40的三個(gè)支撐點(diǎn)P、 P'和P〃上通過重力來放置和保持用于電子設(shè)備的球形支撐元件3。具有發(fā)射天線4'(其需要被測(cè)量)的所述電子設(shè)備被保持在空心球3內(nèi)，該空心球3包括兩部分，它們通過任何已知的裝置彼此在上部配合以閉合該電子設(shè)備。發(fā)射天線4'優(yōu)選地位于接近空心球的中心。
該測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)一步包括接收機(jī)設(shè)備5,其配備有用于從發(fā)射天線4'( RF信號(hào))獲取電磁場(chǎng)的至少一個(gè)接收天線5'、用于檢測(cè)在定位i殳備2上移動(dòng)
8的球形元件的位置或定向的裝置6。自動(dòng)地或應(yīng)要求向數(shù)據(jù)處理站(其優(yōu) 選地是計(jì)算機(jī)站7)傳輸與接收天線所獲取的電磁場(chǎng)有關(guān)的信號(hào)以及檢測(cè) 裝置所提供的位置信號(hào)。由數(shù)字照相機(jī)6所形成的檢測(cè)裝置以及接收機(jī)設(shè) 備5可以獨(dú)立于計(jì)算機(jī)站或經(jīng)由所述計(jì)算機(jī)站而被供電。
為了簡(jiǎn)化起見，在圖1中，定位設(shè)備2僅由支撐球形元件3的構(gòu)件20、 30和40表示，用于測(cè)量由測(cè)量系統(tǒng)的發(fā)射天線所產(chǎn)生的電磁場(chǎng)。該定位 設(shè)備2因而包括驅(qū)動(dòng)構(gòu)件20，其與球形元件的外表面接觸。該驅(qū)動(dòng)構(gòu)件被 配置以便其在定位設(shè)備上在每個(gè)方向隨機(jī)地旋轉(zhuǎn)球形元件3。
該驅(qū)動(dòng)構(gòu)件20由輪21形成，其與球形元件的外表面相接觸以驅(qū)動(dòng)所 述元件旋轉(zhuǎn)。該輪可以包括由橡膠制成并且被布置在環(huán)形槽內(nèi)的環(huán)狀元件， 用于無滑動(dòng)地(without sliding)驅(qū)動(dòng)該球形元件。輪21的旋轉(zhuǎn)軸被安裝 在支架22或桿的末端。該支架22能夠沿另一軸旋轉(zhuǎn)，所述另一軸穿過所 述輪在球形元件的外表面上的接觸點(diǎn)以及所述元件的中心。這意味著在每 個(gè)方向上，通過輪可以在球形元件上施加隨機(jī)旋轉(zhuǎn)。對(duì)于該球形元件來說， 估計(jì)花費(fèi)IO分鐘的時(shí)間來通過每個(gè)位置。在該時(shí)間段期間，發(fā)射天線發(fā)射 的電磁場(chǎng)可以構(gòu)成大約6,000個(gè)測(cè)量。
定位設(shè)備2還包括下面參照?qǐng)D3a和3b所解釋的兩個(gè)球窩接頭30和 40。球窩接頭中的每個(gè)球被布置成與球形元件3的外表面相接觸。因而， 輪21的接觸以及兩個(gè)球窩接頭30、 40的每個(gè)球的接觸形成了在其上支撐 球形元件的三個(gè)支撐點(diǎn)。這三個(gè)支撐點(diǎn)可以被有規(guī)則地隔開，以形成優(yōu)選 地被水平布置的等邊三角形的末端。當(dāng)然，球形元件3的重心必須處在該 等邊三角形內(nèi)的任何位置中，以便被保持在定位設(shè)備上。
代替形成用于球形元件的三個(gè)支撐點(diǎn)的現(xiàn)有技術(shù)i殳備的三個(gè)驅(qū)動(dòng)輪， 單個(gè)驅(qū)動(dòng)輪21并不打滑而與球形元件的外表面接觸。這允許球形元件3 在高度均勻性的情況下在整個(gè)位置空間作隨機(jī)運(yùn)動(dòng)(descirbe)。該驅(qū)動(dòng)輪 優(yōu)選地由發(fā)動(dòng)機(jī)或壓縮空氣渦輪機(jī)來驅(qū)動(dòng)(其在圖中未示出)，該發(fā)動(dòng)機(jī) 或壓縮空氣渦輪機(jī)凈皮設(shè)在接近于所述輪21的支架中。壓縮空氣管被制造于 支架中，以便使壓縮空氣從壓縮空氣箱流通到發(fā)動(dòng)機(jī)。
9可以使用另外的發(fā)動(dòng)機(jī)或壓縮空氣渦輪機(jī)來驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪21的支架22 旋轉(zhuǎn)。在這種情況下，在所述發(fā)動(dòng)機(jī)與支架22之間的滑輪組和驅(qū)動(dòng)帶(未 示出)可以在該支架上施加所期望的旋轉(zhuǎn)，以便使驅(qū)動(dòng)輪的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。 利用該單個(gè)驅(qū)動(dòng)輪，球形元件在三個(gè)支撐點(diǎn)上不再跳動(dòng)。唯一觀察到的球 形元件偏離中心的移動(dòng)是由于其自然的缺乏圓度(out-of-roundness )以及 毫米量級(jí)的軸承(滑輪)的游隙(play)造成的。這可能涉及測(cè)量系統(tǒng)中 可忽略的0.05度量級(jí)的角度計(jì)算誤差。
圖3a和3b示出了將被用作球形元件的支撐點(diǎn)之一的、定位設(shè)備的球 窩接頭之一 30。該球窩接頭30 (其通?？梢跃哂袌A柱形外形)包括合成的 球的外殼32。該外殼具有使球可以在外殼內(nèi)自由旋轉(zhuǎn)的大小。該外殼可以 是球形或圓柱形的。優(yōu)選地，該球窩接頭是由具有^^擦系數(shù)的絕緣材料 (例如特氟綸Teflon )制成的，從而用于自由旋轉(zhuǎn)的球。
球31的一個(gè)部分經(jīng)由球窩接頭30中的頂部孔徑從外殼32顯露出來， 從而與球形元件的外表面相接觸。表示球形元件的一部分重量的力F被施 加到球上的支撐點(diǎn)P'。該孔徑的直徑小于球的直徑，以便將球保持在外殼 32內(nèi)。
對(duì)于球形的外殼來說，球窩接頭包括相互縱向配合以將球套入外殼中 的兩個(gè)部分。然而，在圓柱形外殼的情況下，頂部孔徑被制造于蓋子(未 示出)中，該蓋子部分地閉合該外殼。球窩接頭還被配置成噴嘴形，以便 經(jīng)由球窩接頭中的管道33將壓縮空氣正好帶入球外殼32中。因而，該球 在其外殼中被保持在氣墊(air cushion )上。
如果球形元件3僅#^改置在兩個(gè)壓縮空氣噴嘴(其流被調(diào)節(jié))上，而 第三支撐點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)輪，則很容易使球形元件漂浮和旋轉(zhuǎn)。然而，在一些情 況下，振蕩運(yùn)動(dòng)4吏球形元件活動(dòng)(animate)。該元件越來越移向噴嘴，噴 嘴增加空氣壓力并使該元件略微噴出。如果局部壓力(并且因而支撐力) 降低，則球形元件落回到噴嘴上，然后噴嘴再次將其噴出。因此，在壓縮 空氣噴嘴的情況下，必須依照球體的重量來調(diào)節(jié)空氣壓力，根據(jù)本發(fā)明這 是通過球窩接頭來解決的。 一股壓縮空氣從圍繞該球的外殼孔徑出來，其壓力取決于球形元件的重量，這避免了簡(jiǎn)單的壓縮空氣噴嘴的問題。球形
元件可以在各個(gè)方向上無喘振地(without surge)被自由驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)。
為了克服與球形元件在三個(gè)支撐點(diǎn)上缺乏平衡有關(guān)的任何問題，通過 將另外的球窩接頭或者壓力球形接頭引入到該球體的頂端(tip)，可以增 加球形元件的重量。可以使用在壓縮空氣管中滑動(dòng)并在球形元件上產(chǎn)生恒 定力(像彈力)的球來制造該球窩接頭。與驅(qū)動(dòng)輪相接觸的該標(biāo)準(zhǔn)壓力的 結(jié)果使得所述輪能夠更好地依附。
該測(cè)量系統(tǒng)的大部分組件被放置在消聲室內(nèi)，如圖1中參照的元件8 所示。這防止了由發(fā)射天線4'所產(chǎn)生的電磁場(chǎng)在可能對(duì)發(fā)射天線輻射測(cè)量 不利的障礙物上的任何反射。此外，接近于發(fā)射天線(即所述室的內(nèi)部) 的定位設(shè)備的任何部件都不能由金屬材料制成，從而使得它們不干擾對(duì)發(fā) 射天線所產(chǎn)生的電磁場(chǎng)的測(cè)量。用于定位設(shè)備2的驅(qū)動(dòng)裝置(其由塑料或 絕緣材料制成)使用壓縮空氣工作。這些驅(qū)動(dòng)裝置可以是通過管道與壓縮 空氣箱的龍頭連接的壓縮空氣渦輪機(jī)或發(fā)動(dòng)機(jī)。因而，用于沿兩個(gè)軸來驅(qū) 動(dòng)輪和輪支架的這些非金屬發(fā)動(dòng)機(jī)可以被放置在接近于發(fā)射天線的地方。
為了精確地確定球形元件3 (以及因而精確地確定其所含有的且需要 被測(cè)量的發(fā)射天線4')的位置或定向，特定的圖形或基準(zhǔn)10被放置在球形 元件3的外表面上。這些圖形和基準(zhǔn)由環(huán)形條碼形成，且每個(gè)環(huán)形條碼在 定位設(shè)備上定義了球形元件的精確位置。每個(gè)環(huán)形條碼10可以被打印或粘 合到該球體的外表面上或者通過任何其它的裝置制成。
例如，有14個(gè)不同的環(huán)形條碼，它們均勻地分布在該球形元件的外表 面上，如下面參照?qǐng)D5和6所解釋的。按照4位以及具有不同顏色的一個(gè) 外部定界位，將每個(gè)環(huán)形條碼編碼到該球形元件的外表面。該球形元件的 外表面優(yōu)選地是淺色的，例如白色，而至少一個(gè)附加的外部定界位是深色 的，例如黑色。
為了改進(jìn)由數(shù)字照相機(jī)(其必須能夠例如每秒拍攝15幅圖像)所捕獲 的圖像，測(cè)量系統(tǒng)1進(jìn)一步包括各向同性照明設(shè)備9。該照明設(shè)備9被配 置以便在球形元件3的至少一半外表面的方向上(在數(shù)字照相機(jī)6側(cè))提供光束L。
現(xiàn)在參照?qǐng)D2來解釋球形元件或空心球3的照明設(shè)備9，該照明設(shè)備 配備有各種環(huán)形條碼，并且其被放置在定位設(shè)備的構(gòu)件20、 30和40的三 個(gè)支撐點(diǎn)P、 P'和P〃上。
已經(jīng)解釋了對(duì)于光學(xué)定位識(shí)別來說，該測(cè)量系統(tǒng)對(duì)照明的均勻性具有 高度的敏感性。先前，使用了通過布置在消聲室的吸收錐體(absorption cones )之間的LED類型的光源照明。然而，觀察到當(dāng)使用1W的LED時(shí)， 功率不足以提供良好的照明級(jí)別。此外，LED的孔徑角是110。的量級(jí)，這 需要在LED前面使用聚焦透鏡。而且，在消聲室中緊固并供電于LED會(huì) 出現(xiàn)問題，因?yàn)橥ㄟ^金屬線到每個(gè)LED的連接可能對(duì)發(fā)射天線輻射測(cè)量不 利。
對(duì)于根據(jù)本發(fā)明的照明設(shè)備來說，使用光纖集92，其中每根光纖的一 端被安置得接近于光源(150W)(未示出)來接收光線。例如，該光源被 放置在消聲室(未示出)的外面。該光源可以具有用于同軸顯微鏡照明 (coaxial microscope lighting)的類型。該光纖集在塑料套94中成組，以 便導(dǎo)入到消聲室中通往塑料照明結(jié)構(gòu)卯。
所使用的光纖92優(yōu)選地是合成纖維，其中在光源側(cè)的那端距離光源例 如3.5cm,以防止纖維燃燒。因?yàn)槠潇`活性，這些合成纖維易于處理。它 們可以具有l(wèi)mm量級(jí)的直徑。
該光纖集分組成由塑料外套94保護(hù)的36根足夠長的光纖(4m)。該 光纖集還被分成由外套94內(nèi)另外的塑料套93保護(hù)的若干光纖子集，優(yōu)選 地是6個(gè)子集，每個(gè)子集具有6根光纖，且由另外的套93保護(hù)。
每個(gè)子集的光纖的末端被緊固在方形塑料螺柱(其具有3.5cm的邊并 且厚lcm)中。這些光纖的末端彼此等距地以邊長1.5cm的等邊三角形的 形狀被布置在每個(gè)螺柱中。6個(gè)塑料螺柱91被規(guī)則地布置在環(huán)形照明結(jié)構(gòu) 90的周邊。被緊固在每個(gè)子集的塑料螺柱中的光纖的末端被定向，以便在 球形元件的中心方向上引導(dǎo)光束。以這樣的方式，該球形元件以均勻的方 式被照亮，這是因?yàn)樵摴饫w集及其布置接近于該球形元件，而沒有使用任
12何金屬材料。
環(huán)形照明結(jié)構(gòu)90被布置在數(shù)字照相機(jī)與球形元件3之間，但靠近該球 形元件。其可以^皮機(jī)械地連接到定位設(shè)備。該照明結(jié)構(gòu)的尺寸比該球形元 件的直徑稍大些，其可以具有12cm的量級(jí)。數(shù)字照相機(jī)(其可以距離球 形元件一或兩米)必須能夠通過照明結(jié)構(gòu)卯來觀察整個(gè)球形元件。
現(xiàn)在將參照下面的圖4至圖6來描述用于確定發(fā)射天線輻射圖的方式 (測(cè)量系統(tǒng)在該方式下操作)。首先應(yīng)當(dāng)注意到，為了實(shí)現(xiàn)所有的測(cè)量操 作，發(fā)射天線總是活性的(active)，以便在某個(gè)頻率產(chǎn)生電磁場(chǎng)，該頻率 可以具有GHz的量級(jí)。因而，具有發(fā)射天線的電子i殳備包括其自己的電力 源，例如電池或可充電蓄電池，假定其封閉在J求形元件內(nèi)。利用該測(cè)量系 統(tǒng)，可以測(cè)量例如便攜式電話(GSM)或者任何其它可以被封閉在球形元 件中的裝置的發(fā)射天線。
對(duì)于利用各種環(huán)形條碼(球形元件在其外表面上包括該環(huán)形條碼)的 球形元件位置測(cè)量來說，測(cè)量的類型是基于歐拉角0、①、v|/，它們定義了 旋轉(zhuǎn)平面的俯仰(elevation)、方位(azimuth)和極化。在機(jī)械應(yīng)用中， 優(yōu)選地^f吏用這些歐拉角來確定固體(例如該球形元件)的位置。
位于三維空間中的一個(gè)點(diǎn)P通常由三個(gè)坐標(biāo)P (x， y， z)表示。這些 坐標(biāo)取決于所選擇的(或參考的)坐標(biāo)類型。笛卡兒參考包括標(biāo)準(zhǔn)正交矢 量x、 y、 z。根據(jù)應(yīng)用的類型，改變所使用的參考以便于計(jì)算或顯示。
天線在空間中的位置由6個(gè)值表征。首先的3個(gè)值l更是其重心的坐標(biāo)。 另外3個(gè)值是3個(gè)歐拉角e、 (p、 y (旋轉(zhuǎn)平面的俯仰、方位和極化)，圖 4中僅指示了其中兩個(gè)角。
定位設(shè)備可以在任何位置或定向上放置含有待測(cè)量的發(fā)射天線的球形 元件，即在具有三個(gè)歐拉角(俯仰e、方位(p和極化vi;)的整個(gè)空間中。
從測(cè)量的角度來說，該定位設(shè)備非常有效，因?yàn)槠淇梢栽诤?jiǎn)單固定的 線性極化天線(凈皮稱為接收天線)的情況下按照每個(gè)線性極化來測(cè)量未知 的天線。的確，對(duì)于球形元件的表面SZ上的給定點(diǎn)來說，在0和360°之間 包括的每個(gè)極化都可以被測(cè)量。事實(shí)上，僅僅是0和180。之間的那些極化就足夠了，因?yàn)榻邮諜C(jī)并不揭一供關(guān)于所測(cè)量的場(chǎng)e的相位的任何信息，并 且10°的極化給出了與190°的極化相同的測(cè)量場(chǎng)值。
因?yàn)樗鶞y(cè)量的E相位是未知的，所以單個(gè)測(cè)量填充了空間6、 cp、 1|/中
的兩個(gè)位置，這是由于ie (e， (p， v(/) i-ie (e, (p, \|/+180°) i。然而，
關(guān)于各種極化的絕對(duì)值的該信息并不使得能夠簡(jiǎn)單計(jì)算出圓形極化的方 向。為此，必須同時(shí)使用圓形左旋和右旋類型的兩個(gè)接收天線，以便確定
下面所解釋的參照?qǐng)D7用符號(hào)示出的矢量e的旋轉(zhuǎn)方向。然而，如果事先
已知所期望的極化是圓形的，則利用線性天線簡(jiǎn)單完成的測(cè)量(1|/被包括
在0和180 °之間)可以快速確定極化省略(polarisation ellipsis)。
在根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量系統(tǒng)中，可以連續(xù)使用兩個(gè)正交線性極化天線。 因此，對(duì)^求表面的相同點(diǎn)(其對(duì)應(yīng)于輻射圖上的一個(gè)點(diǎn))測(cè)量多個(gè)極化是
冗余的。因而，針對(duì)線性極化天線的可能的輻射圖測(cè)量，對(duì)于每對(duì)俯仰(e)
和方位(cp)值來說， 一個(gè)極化角值就足夠了。可以很容易計(jì)算e^e +e/。 然而，必須注意，如果該極化是圓形的，則該計(jì)算將失真達(dá)3dB。
因而，計(jì)算機(jī)站軟件可以顯示具有該俯仰-方位角的平面，并且當(dāng)該平 面足夠完滿時(shí)，用戶可以決定結(jié)束測(cè)量。在具有三個(gè)歐拉角的三維空間中， 該平面被投影到俯仰-方位平面上，并且因此比在前述三維空間中更快被填 充。
為簡(jiǎn)化該系統(tǒng)起見，依次而不是同時(shí)實(shí)現(xiàn)沿兩個(gè)極化ex和ey的測(cè)量。 由于該測(cè)量系統(tǒng)可以實(shí)際測(cè)量40次在兩個(gè)位置之間的場(chǎng)e(在結(jié)合的方式 下20次Ex和20次Ey)，并且如果球形元件的旋轉(zhuǎn)速度足夠低，則兩個(gè) 連續(xù)樣本Ex和Ey的位置可以被認(rèn)為實(shí)質(zhì)上是相同的。當(dāng)然，有可能換向 (interpole)所測(cè)量的場(chǎng)以及位置，以便確切地確定在相同位置的ex和 ey。使用在所測(cè)量并計(jì)算的位置處的最初兩個(gè)獲取物，而對(duì)于計(jì)算 e2=ex2+ey2來說，它們的兩個(gè)位置被認(rèn)為是相同的。
還可以設(shè)想同時(shí)測(cè)量Ex和Ey。在這樣的情況下，接收鏈必須加倍， 并且對(duì)兩個(gè)測(cè)量系統(tǒng)部分必須實(shí)現(xiàn)相對(duì)標(biāo)定(relative calibration )，這對(duì) 于根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量系統(tǒng)來說是不必要的(假定對(duì)兩個(gè)測(cè)量使用相同的接收機(jī)的話)。
對(duì)于在三維空間中計(jì)算旋轉(zhuǎn)來說，應(yīng)當(dāng)首先指出，數(shù)字照相機(jī)產(chǎn)生所 觀察到的圖像的球狀變形，特別是在定位設(shè)備上的球形元件或空心球的球
狀變形。對(duì)于在照相機(jī)與球形元件之間超過lm的距離來說，誤差將小于 0.2%。
忽略上述球狀變形，就有可能易于計(jì)算第三坐標(biāo)(因?yàn)橐呀?jīng)測(cè)量到y(tǒng)、 z，所以通過等式F(r、y、z2) ^確定x)。在三個(gè)歐拉角處的旋轉(zhuǎn)是被稱 為基變(base change)的變換。該變換的數(shù)學(xué)解需要三個(gè)等式，即每基準(zhǔn) 矢量一個(gè)等式。然而，旋轉(zhuǎn)是等度量變換(isometric transformation)， 其具有維持角(maintaining angle)這樣的特征。在本發(fā)明的球形元件的 情況下，測(cè)量兩個(gè)變換矢量足以完全確定該基變，因?yàn)榈谌粗亢谇?述的等度量特征中。解決該系統(tǒng)的極簡(jiǎn)單和高效的方法是通過這最初兩個(gè) 矢量的矢量積來構(gòu)造第三矢量并且將其包括在矩陣解系統(tǒng)中。
應(yīng)當(dāng)注意，為了降低處理器負(fù)載并且增加可用于識(shí)別形狀或環(huán)形條碼 的動(dòng)力，在測(cè)量相位之前，與每對(duì)矢量相關(guān)聯(lián)的逆矩陣可以被容易地預(yù)先 計(jì)算出來，并且4皮存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)站的存儲(chǔ)器中。因而，所計(jì)算的矩陣!R含 有已經(jīng)通過常規(guī)三角函數(shù)而變換的值。
在測(cè)量期間指示覆蓋在球形元件上的點(diǎn)數(shù)。因而獲得關(guān)于測(cè)量進(jìn)度的 客觀數(shù)據(jù)。該分析是基于旋轉(zhuǎn)矩陣的。 一旦計(jì)算出，我們便獲得三個(gè)歐拉
角?？紤]e和cp并且基于圖4的球面坐標(biāo)的示圖，這意味著查看點(diǎn)p是否
覆蓋球面SZ上的所有點(diǎn)。這與觀察(e， (p)是否覆蓋矩形R-[0，7TX[-7r，7T
的所有點(diǎn)是相同的，其中e是p的經(jīng)度并且cp是p的綷度。ss的北極和南 極對(duì)于球面坐標(biāo)來說是奇點(diǎn)。因此，在計(jì)算e和cp時(shí)必須采取一些預(yù)防措 施。
關(guān)于在定位設(shè)備上識(shí)別球形元件的位置或定向，使用具有768x1024 像素的MOS黑白數(shù)字照相機(jī)。該照相機(jī)每秒拍攝15幅圖像，并且向計(jì)算 機(jī)站提供對(duì)應(yīng)于曝光的信號(hào)，該計(jì)算機(jī)站包括快速且準(zhǔn)確的所存儲(chǔ)的識(shí)別 軟件。由于該照相機(jī)是黑白照相機(jī)，因此有可能研究圖形的形狀，其優(yōu)選
15地是環(huán)形條碼IO。所選擇的圖形(環(huán)形條碼)的尺寸不超過12mm。當(dāng)球 形元件填滿由照相機(jī)捕獲的圖像時(shí)，在12cm上有768個(gè)像素，即每個(gè)圖 形(12mm) 76.8個(gè)像素，這是足夠的。給定球形元件的形狀，環(huán)形條碼 優(yōu)選地被用于覆蓋球形元件的外表面。如果忽略球形元件的凸性 (convexity)，則在切平面上的投影將圓變換成橢圓。圓的中心因而,皮變 換成橢圓的中心，其位置因而確切地定義了環(huán)形條碼圖形的圓的中心。
為了在由照相機(jī)捕獲的圖像中正確地看到超過2個(gè)的環(huán)形條碼，在球 形元件上分布14個(gè)環(huán)形條碼如下2個(gè)用于各極、4個(gè)用于赤道、4個(gè)用 于每個(gè)半球，如圖5中部分示出的。位于半球中的每個(gè)圖形IO都與該極和 赤道上的兩個(gè)圖形等距。
因而使用4位來編碼14個(gè)圖形(環(huán)形條碼)，并且一個(gè)外部定界位總 是黑色的，其限定了如圖6所示的圖形的邊緣。每個(gè)環(huán)形條碼的中心都定 義最低有效位(LSB),而該外部位定義最高有效位(MSB)。在狀態(tài)1 中，每一位都是黑色的，而在狀態(tài)0中，每一位都是淺色的，特別地是白 色的。在12mm直徑模式的情況下，每個(gè)編碼條具有約7.68個(gè)像素。
下表在十六進(jìn)制碼和球形位置坐標(biāo)(按照cm )下示出了球形元件的外 表面上的圖形的位置。
16位置十六進(jìn)制石馬笛卡兒坐標(biāo)中的位置
北極10011(0， 0， 6)
南極10111(0， 0， -6)
赤道10000(6， 0， 0)
11100(0， 6， 0)
10010(畫6， 0， 0)
11000(0, -6， 0)
北半球10100(3.46， 3.46， 3.46)
11011(-3.46， 3.46， 3.46)
11110(-3.46， -3.46， 3.46)
10110(3.46, -3.46， 3.46)
南半球10001(3.46, 3.46, -3.46)
11101(-3.46， 3.46， -3.46)
10101(-3.46, -3.46, -3.46)
11001(3.46， -3.46， -3.46)
對(duì)于計(jì)算機(jī)站中的旋轉(zhuǎn)計(jì)算來說，旋轉(zhuǎn)矩陣定義了球形元件相對(duì)于定 位設(shè)備上的初始位置的旋轉(zhuǎn)。然而，如果在建立輻射圖，則通常所描述的
旋轉(zhuǎn)就是相對(duì)于含有正被測(cè)量的發(fā)射天線的球形元件來說，接收天線的 旋轉(zhuǎn)以及因此的數(shù)字照相機(jī)的旋轉(zhuǎn)。因而這是(相對(duì)移動(dòng)的)反向旋轉(zhuǎn)，
記為咒1。由于兄是等度量變換，因此:r"直接等于兄的轉(zhuǎn)置，記為rt。 然后必須重構(gòu)角度值e、 cp和x(/。通過在反三角函數(shù)上調(diào)用的過程以非常精 確的量級(jí)實(shí)現(xiàn)該重構(gòu)，以便明確任何可能的不確定性。
為了在計(jì)算機(jī)站7中處理圖1所示的數(shù)字照相機(jī)6所捕獲的圖像，首
先實(shí)現(xiàn)標(biāo)定相位(calibration phase )，以便檢測(cè)球形元件3的中心，并且 測(cè)量其半徑。隨后，識(shí)別圖像的兩個(gè)圖形10 (它們是環(huán)形條碼)并計(jì)算它 們的位置。然后估計(jì)所引入的計(jì)算誤差。因而對(duì)測(cè)量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)4個(gè)不同的 序列，即標(biāo)定、輸入/輸出初始化、Ex和Ey場(chǎng)位置計(jì)算和獲取，以及數(shù)據(jù)
17保存。
對(duì)于標(biāo)定相位(calibration phase)來說，第一操作包括計(jì)算半徑以及 通過球形元件3的周線(contour)的圓的中心。該操作確定了基準(zhǔn)，并且 減少了待處理的圖l象表面。僅有一個(gè)方形區(qū)域(具有0.95x半徑的邊長) 被保留，并且其位于球形元件的中心。接下來，圖像被數(shù)字化。通過統(tǒng)計(jì) 方法來確定最優(yōu)閾值。
關(guān)于初始化，通過將連接到計(jì)算機(jī)站的采集卡(acquisition card)的 各種輸入/輸出端口分派給不同的信號(hào)來初始化輸入/輸出。模擬輸入被用于 接收信號(hào)強(qiáng)度指示器(RSSI)。數(shù)字輸入被分派給照相機(jī)孔徑信號(hào)，并且 數(shù)字輸出傳遞在600Hz的矩形信號(hào)。該信號(hào)臨時(shí)多路復(fù)用Ex和Ey。
計(jì)算和獲取序列包括兩個(gè)平行循環(huán)。測(cè)量系統(tǒng)的用戶可以中斷這些循 環(huán)。 一個(gè)循環(huán)產(chǎn)生600Hz的矩形信號(hào)，并且采樣孔徑信號(hào)和RSSI信號(hào)數(shù) 據(jù)(Ex和Ey場(chǎng)功率(field power))。在每次迭代處，該數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)在表 中，該表隨著程序的進(jìn)行而逐漸被填滿。第二循環(huán)計(jì)算正被拍攝的球形元 件的位置。在每次迭代處，分析圖像以確定最接近中心的兩個(gè)可視圖形及 其像素位置。然后計(jì)算歐拉角并將其存儲(chǔ)在表中。最后，保存所獲得的所 有測(cè)量。
依照對(duì)數(shù)標(biāo)度來測(cè)量Ex和Ey的RSSI信號(hào)。所實(shí)現(xiàn)的測(cè)量需要E/和 Ey2,這是通過將兩個(gè)連續(xù)RSSI信號(hào)加在一起獲得的。此外，由于E +Ey2 =Ey2+ Ex2,因此在該測(cè)量系統(tǒng)的情況下，不必確定所涉及的角度是Ex還 是Ey。如果必須選擇，那么信號(hào)控制極化將必須被采樣。
圖形位置檢測(cè)算法需要精確的通用參考，以防止在所計(jì)算的位置中的 系統(tǒng)誤差。因而已經(jīng)開發(fā)了兩種自動(dòng)檢測(cè)算法，它們是閾值方法和互相關(guān) 方法。
閾值方法是基于經(jīng)由閾值的輪廓檢測(cè)。在置于球形元件的上半球上的 圓弧中的分段上標(biāo)識(shí)上升沿。 一旦找到這些點(diǎn)，最小平方算法就將相應(yīng)圓 的等式進(jìn)行換向。當(dāng)使用該算法時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意到，由于缺少照明均勻性而 引起的球形元件的邊緣上的陰影會(huì)干擾輪廓檢測(cè)。因此一種更穩(wěn)健的算法
18是關(guān)鍵的。
互相關(guān)方法使用兩個(gè)圖像的相關(guān)性，以便找到對(duì)球形元件的輪廓進(jìn)行
定界的圓的坐標(biāo)。第一圖像是由數(shù)字照相機(jī)6捕獲的圖像。第二圖像示出 了白色的圓盤，其半徑已知，中心在黑色背景上。如果計(jì)算了互相關(guān)函數(shù)， 則最大值確定球形元件的中心。為了找到該半徑，利用具有可變半徑的參 考圓來實(shí)現(xiàn)計(jì)算迭代。
對(duì)于200x200像素的圖像來說，計(jì)算時(shí)間具有秒的量級(jí)。因此，在 768x1024像素的圖像上實(shí)現(xiàn)會(huì)花費(fèi)較長時(shí)間。因此，僅利用該圖像的某些 部分。已知需要3個(gè)點(diǎn)來確定圓，因此在該圖像中捕獲3個(gè)區(qū)域。
基于給出了這3個(gè)區(qū)域的二維互相關(guān)函數(shù)的和的最大值的函數(shù)，有可 能檢測(cè)該最大值的行和列的索引，并且因而可以計(jì)算球形元件的中心位置。 然后，在具有可變半徑的圖像的情況下進(jìn)行迭代計(jì)算。為此，使用幾何方 法。通過25的步長在從280到380變化的半徑上迭代4次計(jì)算。在該區(qū)間 中，對(duì)于每次步長5的5次重新迭代，標(biāo)識(shí)出使互相關(guān)函數(shù)最大的兩個(gè)半 徑。在步長l情況下的最后迭代確定了半徑。該方法避免了在所有半徑上 的迭代。
為了正確實(shí)現(xiàn)兩個(gè)圖像的互相關(guān)乘積，必須刪去它們的連續(xù)分量 (continuous component)。因而，在互相關(guān)乘積之前從源圖像減去圖像 元素的均值。在幾次測(cè)試之后，觀察到所找到的半徑很大程度上取決于DC 分量的值。在256個(gè)層級(jí)(level)上的連續(xù)值具有值45。
對(duì)于手動(dòng)檢測(cè)來說，要注意，上述兩種算法的結(jié)果很大程度上取決于 照明以及因此取決于源圖像的DC分量。這便是為何我們選擇由用戶手動(dòng) 標(biāo)定而不自動(dòng)檢測(cè)的原因。人眼可以幾乎完美地辨別出球形元件的輪廓， 并且這防止了將使所有測(cè)量失真的任何不必要的誤差。
現(xiàn)在我們將描述圖形位置檢測(cè)算法。首先，必須4艮好地定義與圖形的 識(shí)別有關(guān)聯(lián)的限制。球形元件的照明引起一系列的鏡面反射，其可以局部 破壞圖形10 (環(huán)形條碼)的對(duì)比度，并且產(chǎn)生與物體的編碼和位置有關(guān)的 誤差。對(duì)于給定的旋轉(zhuǎn)速度和圖形位置來說，照相機(jī)6的曝光時(shí)間在圖形的 邊緣上產(chǎn)生模糊(blur)。采用球邊緣上的一個(gè)圖形以及每秒1轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn) 速度，則對(duì)于10ms的曝光時(shí)間來說該模糊是Ad-10ms'(27T/1000)'0,06m， 其等于4mm。最終選擇的曝光時(shí)間約3ms。此外，如果兩個(gè)圖形中的一個(gè) 靠近中心，而另一個(gè)在周邊，并且在極化旋轉(zhuǎn)的情況下，兩個(gè)圖形之間的 角度可能會(huì)失真。
實(shí)際的定位識(shí)別使用工作于二進(jìn)制圖像并使用圖像處理算法的兩個(gè)功 能。關(guān)于圖形類型檢測(cè)算法， 一旦已經(jīng)確定了球形元件的位置，并且已經(jīng) 實(shí)現(xiàn)了對(duì)中心、長軸和短軸的計(jì)算，則圖形識(shí)別過程可以確定圖形10正被 觀察。 一旦已經(jīng)定義了這些圖形，則可以由它們的中心和兩個(gè)軸來表示這 些圖形。
第一算法處理所檢測(cè)到的圖形，以便選擇最有代表性的半長軸(half majoraxis)。由于反射通常以較低對(duì)比度和較高亮度的形式出現(xiàn)，因此比 較沿這兩個(gè)半長軸的平均亮度，并且選擇最低值。由于全黑的圓是禁止的 模式，因此第二算法提取沿所選擇的半長軸的圖像線，并且然后通過減去 平均值來移除連續(xù)層級(jí)(continuous level)。第三算法將以上獲得的概貌 特征(profile)與代表14個(gè)圖形的14個(gè)矢量相乘并求和。通過才艮據(jù)在標(biāo) 定相位期間所獲得的球形元件半徑的計(jì)算，直接推出這些矢量的大小， 以及半長軸的大小規(guī)模。由這14個(gè)乘積中的最大值來確定圖形。
源矢量的大小M^艮據(jù)圖形在球形元件上的位置而變化，在邊緣時(shí)較 小。因而矢量大小規(guī)厲并不總是相等。假設(shè)源矢量大小規(guī)厲具有值N，并 不是從該矢量中移除元素(其會(huì)導(dǎo)致相位偏移)，源矢量的這些元素被重 復(fù)5次(維數(shù)-5.N)。因而這些矢量的大小目相等并且該算法可以起作 用。
所計(jì)算的位置的e，圖被連續(xù)地顯示在計(jì)算機(jī)站屏幕上。還可以實(shí)時(shí) 顯示所捕獲的圖像，且由矩形來界定這些圖形。這使得能夠很容易觀察到 所檢測(cè)的圖形。還可以顯示其移動(dòng)對(duì)應(yīng)于球形元件的移動(dòng)的立方體。對(duì)于 每個(gè)圖像均更新該顯示。在出錯(cuò)的情況下，保持最后的正確位置。
20在保存期間，計(jì)算機(jī)站7中的程序存儲(chǔ)6個(gè)矢量，即曝光信號(hào)、RSSI 信號(hào)(相繼臨時(shí)交錯(cuò)的Ex/Ey) 、 e、 cp、 y以及布爾錯(cuò)誤。這些矢量并不 都具有相同的長度。事實(shí)上，同時(shí)獲取曝光信號(hào)和RSSI信號(hào)，以便將測(cè) 量與所計(jì)算的位置同步。后處理包括3個(gè)步驟，這些步驟是將正確位置 歸因于正確的所測(cè)量的RSSI信號(hào)，檢查所實(shí)現(xiàn)的旋轉(zhuǎn)和移除任何錯(cuò)誤， 以及顯示結(jié)果。
在每次迭代處，對(duì)于一個(gè)計(jì)算位置測(cè)量40個(gè)RSSI信號(hào)值。曝光信號(hào) 和RSSI信號(hào)矢量具有N個(gè)元素，而e、 (p、甲以及布爾錯(cuò)誤具有N/40個(gè) 元素。這些值被存儲(chǔ)在表中。
與圖像同步的兩個(gè)RSSI值緊隨曝光信號(hào)的下降沿。然后，移除位置 矢量0、 (p、 \|/以及布爾錯(cuò)誤的第一元素，因?yàn)樵跁r(shí)間t的RSSI信號(hào)歸因 于計(jì)算位置t+l。
檢查所計(jì)算的4t轉(zhuǎn)是否正確的一個(gè)方式是計(jì)算在兩個(gè)連續(xù)旋轉(zhuǎn)之間的 角度差。估計(jì)在具有半徑1的球上一個(gè)點(diǎn)的兩個(gè)連續(xù)旋轉(zhuǎn)之間的距離。如 果該距離大于閾值，則存在錯(cuò)誤。
在位置計(jì)算與測(cè)量之間的同步是基本的，并且其構(gòu)成測(cè)量系統(tǒng)的主要 困難之一。的確，雖然圖像處理軟件可以控制對(duì)圖像流的一系列處理，但
是用于獲得位置計(jì)算結(jié)果的時(shí)間表是不確定的。實(shí)際上，該時(shí)間表直接取 決于系統(tǒng)負(fù)載、計(jì)算機(jī)站的低層級(jí)任務(wù)活動(dòng)性、網(wǎng),口卡以及盤訪問。 因而有必要具有絕對(duì)參考，以便知道拍攝圖像的精確時(shí)刻，否則輻射圖將 會(huì)任意地在局部失真達(dá)可變角度。計(jì)算機(jī)站必須考慮圖像流，并且因而考 慮相對(duì)于由接收機(jī)設(shè)備5獲取的電磁場(chǎng)所測(cè)量的RSSI流以及所計(jì)算的位 置流。
為了保證在位置流與RSSI流之間同步，并且為了允許用于改進(jìn)測(cè)量 分辨率的對(duì)所測(cè)量位置的任何內(nèi)插，測(cè)量系統(tǒng)1在兩個(gè)連續(xù)圖像之間實(shí)現(xiàn) 過采樣40次。由于測(cè)量了兩個(gè)極化(Ex和Ey)，因此獲得了在兩個(gè)連續(xù) 位置之間的角度變化的1/20的分辨率。同步的基本思想在于以相同的頻率 (600Hz)采樣越過數(shù)字照相機(jī)直接可獲得的孔徑信號(hào)。當(dāng)圖像被拍攝的
21時(shí)候，觸發(fā)該信號(hào)，并且其正好具有與曝光相同的長度(約1至3ms)。 為了被采集卡采樣，該非常短的信號(hào)被單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器人為地加長。通過后 處理，所計(jì)算的位置流只能必須相對(duì)于RSSI流而被滑動(dòng)，從而使得所采 樣的躍遷(transition)(其表示該拍攝(shot))的前沿落在下一計(jì)算位 置上。由于計(jì)算導(dǎo)致的延遲總是正的。
參照?qǐng)D7示出了測(cè)量系統(tǒng)的接收機(jī)設(shè)備5的一個(gè)實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)注意到， 為了實(shí)現(xiàn)RF信號(hào)強(qiáng)度測(cè)量，優(yōu)選地使用承載了 Phillips (飛利浦)的參考 SA626的市售接收機(jī)。該接收機(jī)56含有雙頻變化外差接收機(jī)(dual frequency change heterodyne receiver )以及快速RSSI。 該組件的最大工 作頻率不超過500MHz。因此，由外部混頻器54所實(shí)現(xiàn)的第一頻率變化是 必須的。
如上所述，在常規(guī)方式中，接收機(jī)設(shè)備5的RF體系結(jié)構(gòu)包括由控 制邏輯52控制的天線開關(guān)51，用于連接第一接收天線5'或被不同極化的 第二接收天線5〃。該RF體系結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包括具有LNA濾波器53的放 大器、用于實(shí)現(xiàn)頻率轉(zhuǎn)換的混頻器54、向SA626接收機(jī)提供濾波信號(hào)的圖 像濾波器55 (69.7MHz)。合成器單元58 (其通過由振蕩器單元57提供 的信號(hào)來計(jì)時(shí))向混頻器54提供高頻信號(hào)，以便實(shí)現(xiàn)第一頻率轉(zhuǎn)換。
例如，在接收機(jī)56的輸出端還可以使用級(jí)聯(lián)連接的陶瓷IF濾波器(未 示出)，以便形成RSSI信號(hào)。12位的A/D轉(zhuǎn)換器59將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成 用于控制邏輯52的數(shù)字信號(hào)。69.7MHz的濾波器55被配置以便充當(dāng)濾波 器和阻抗適配器的雙重角色。兩個(gè)10.7MHz的陶瓷IF濾波器是標(biāo)準(zhǔn)的， 并且具有約250kHz的帶寬。
利用兩個(gè)接收天線5 '和5 〃 ，具有接收機(jī)設(shè)備5的測(cè)量系統(tǒng)可以在兩個(gè) 正交極化上進(jìn)行測(cè)量。該測(cè)量模式需要兩個(gè)正交極化天線5'和5"，其跨接 在天線開關(guān)51的兩個(gè)RF輸入端上。視情況，將DC電壓注入跨過RF連 接器，以便在天線的輸出處直接對(duì)附加的LNA放大器53供電。其目的是 消除由于連接天線線纜時(shí)的損失所產(chǎn)生的噪聲閾值降低。在自動(dòng)極化^^莫式 中，可以交替開關(guān)切換分別測(cè)量場(chǎng)Ex或Ey的天線。兩個(gè)50 Ohm (歐姆)寬帶LNA放大器53可以用于對(duì)混頻器54的上 游(upstream )放大約30至40dB。該混頻器可以是雙平衡混頻器類型， 用于有效移除混合頻率注入。
為了覆蓋各種感興趣的頻率，例如GSM、 ISM和Bluetooth (藍(lán)牙)， 在合成器單元中已經(jīng)設(shè)計(jì)了至少三種可切換的合成器58。這些合成器覆蓋 以下范圍500-1000MHz、 1370-2000MHz以及2300-3000MHz。通過由控 制邏輯52控制的合成器開關(guān)60來確保選擇。每個(gè)合成器都配備有可編程 的PLL,并且具有100kHz的頻率步長。該精確度意味著可以預(yù)先選擇所 期望的信號(hào)，以便其落入最后的IF濾波器的帶寬內(nèi)(約為250kHz)。通 過由控制邏輯52提供的控制信號(hào)，可對(duì)各種合成器進(jìn)行編程。
使用SA626接收機(jī)56的第二混頻器(具有由振蕩器單元57提供的、 等于80MHz的頻率信號(hào))，可以實(shí)現(xiàn)第二頻率轉(zhuǎn)換。這些振蕩器信號(hào)由 泛音石英(overtone quartz )(其后面是快速比較器)在80MHz生成。振 蕩器單元57中用8除的除法器可以從時(shí)鐘生成對(duì)合成器58有用的10MHz 的參考。
SA626接收機(jī)電路56配備有快速RSSI。用于設(shè)置RSSI電壓的最大 時(shí)間小于10|as。在該測(cè)量^t式(其具有在兩個(gè)計(jì)算位置和極化變化之間的 內(nèi)插)下，該應(yīng)用要求1ms量級(jí)的設(shè)置時(shí)間。每幅圖像20個(gè)測(cè)量乘以每 秒30幅圖像得到每秒600個(gè)測(cè)量。因而，SA626適于本發(fā)明的測(cè)量系統(tǒng)。
采集卡61使得接收機(jī)設(shè)備輸出信號(hào)能夠適應(yīng)計(jì)算機(jī)站7以及由該計(jì)算 機(jī)站提供的編程或控制信號(hào)。數(shù)字照相機(jī)還可以連接到該釆集卡，以便使 所捕獲的圖傳4言號(hào)適于^皮傳送到計(jì)算機(jī)站。因而，加載到該卡上的可編程 邏輯可以控制各種單元。
接收機(jī)設(shè)備中所加載的卡可以具有5V的電源，以便使用DC/DC轉(zhuǎn)換 器(未示出)來局部產(chǎn)生22V的電壓。該電壓被高動(dòng)態(tài)高頻合成器(VCO) 使用。
一個(gè)接收天線51還可以被配置成環(huán)形極化貼片(polarising patch) GPS天線的形式，被布置在矩形地平面上，測(cè)量7.5x8.5cm。然而，對(duì)于
23測(cè)量系統(tǒng)的接收機(jī)設(shè)備來說，可以使用雙線性極化喇叭式天線(2-18GHz )。 放置在球形元件中的接收機(jī)設(shè)備的發(fā)射天線也許能夠工作在2.443GHz的 頻率，并且被制造具有1/4波偶極子。
利用根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量系統(tǒng)，搜索具有簡(jiǎn)單極化偶極子的任何天線的 最大輻射通常需要幾個(gè)小時(shí)，其中球形元件具有每秒1轉(zhuǎn)量級(jí)的最大旋轉(zhuǎn) 速度以及按照每秒15幅圖像采樣。對(duì)于測(cè)量(Ex2+Ey2) 1/2來說，該時(shí)間 可以;故減少到十分鐘。
在不背離如權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的范圍的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù) 人員根據(jù)剛才已經(jīng)給出的描述可以設(shè)計(jì)用于發(fā)射天線的輻射圖測(cè)量系統(tǒng)的 多個(gè)變體。檢測(cè)裝置可以被布置在定位設(shè)備上，其可以通過計(jì)算機(jī)站來控 制。
權(quán)利要求
1. 用于測(cè)量發(fā)射天線(4′)的輻射圖的系統(tǒng)(1)，所述系統(tǒng)包括接收機(jī)設(shè)備(5)，其配備有至少一個(gè)固定接收天線(5′)，用于獲取由屬于電子設(shè)備(4)的待測(cè)量的發(fā)射天線(4′)所產(chǎn)生的電磁場(chǎng)；定位設(shè)備(2)，其上放置了用于所述電子設(shè)備的支撐元件(3)，所述定位設(shè)備包括用于驅(qū)動(dòng)所述支撐元件與包括所述發(fā)射天線的電子設(shè)備旋轉(zhuǎn)的裝置；用于檢測(cè)所述發(fā)射天線的位置或定向的裝置(6)；以及數(shù)據(jù)處理站(7)，用于由檢測(cè)裝置和接收機(jī)設(shè)備所提供的數(shù)據(jù)，其中，所述支撐元件是球形空心元件，其容納具有待測(cè)量的發(fā)射天線的電子設(shè)備，并且在三個(gè)支撐點(diǎn)(P，P′，P″)上通過重力而在所述定位設(shè)備上保持所述球形元件，其中一個(gè)支撐點(diǎn)由與所述球形元件的外表面相接觸的驅(qū)動(dòng)構(gòu)件(20，21，22)來形成，以便在所述定位設(shè)備上在每個(gè)方向隨機(jī)地旋轉(zhuǎn)所述元件，其特征在于所述定位設(shè)備的另外兩個(gè)支撐點(diǎn)各自由球窩接頭(30，40)形成，其中，球(31)被放置以便在所述球窩接頭的末端外殼(32)中自由旋轉(zhuǎn)，從而使得所述球的一部分通過所述外殼中的孔徑顯露出來，以便與所述球形元件(3)的外表面相接觸。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于所述驅(qū)動(dòng)構(gòu)件(20) 是輪(21 )，所述輪(21)與所述球形元件的外表面相接觸，以便驅(qū)動(dòng)所述 元件旋轉(zhuǎn)，所述輪的旋轉(zhuǎn)軸被安裝在支架(22)的末端，所述支架(22) 能夠沿另一軸^走轉(zhuǎn)，所述另一軸穿過所述輪在所述球形元件的外表面上的 接觸點(diǎn)以及所述元件的中心，以便在每個(gè)方向上，經(jīng)由所述輪而在所述球形元件上施加隨才;u走轉(zhuǎn)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于容納所述球的球窩 接頭的部分是噴嘴，用于帶入壓縮空氣，從而使得所述球在所述外殼中被 保持在氣墊上。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于所述 檢測(cè)裝置包括數(shù)字照相機(jī)(6)，其被連接到所述數(shù)字處理站(7)，并且特 征在于圖形或基準(zhǔn)(10)被分布在所述球形元件的外表面上，以便使得 與所述數(shù)字處理站相關(guān)聯(lián)的所述數(shù)字照相機(jī)能夠確定接近于所述球形元件 的中心放置的發(fā)射天線的位置或定向。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于所述圖形或基準(zhǔn)由 環(huán)形條碼(10)形成，每個(gè)環(huán)形條碼限定了在所述定位設(shè)備上所述球形元 件的精確位置。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于14個(gè)不同的環(huán)形條 碼被均勻地分布在所述球形元件的外表面上，按照4位以及外部定界位對(duì) 每個(gè)環(huán)形條碼進(jìn)行編碼，所述外部定^H立具有對(duì)于所述球形元件的外表面 的顏色來說不同的顏色，以便限定每個(gè)圖形的邊緣。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于其包括照明設(shè)^( 9 ), 用于以均勻的方式來照明對(duì)所述數(shù)字照相機(jī)可見的所述球形元件的外表 面。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于所述照明設(shè)備包括 光纖集(92),其引導(dǎo)由遠(yuǎn)離所述球形元件的光源產(chǎn)生的光來提供均勻的光 束，以便改善由所述數(shù)字照相機(jī)捕獲的、具有各種可見圖形的所迷球形元 件的圖像。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于所述光纖集被分成 若干光纖子集(93)，其中，接近于所述球形元件(3)的每個(gè)子集的光纖 的末端被緊固在照明結(jié)構(gòu)(90)上的塑料螺柱(91)中。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于由非金屬材料制 成的所述照明結(jié)構(gòu)形成環(huán)，在所迷環(huán)上布置有用于所述子集的光纖末端的 若干塑料螺柱(91 )，例如6個(gè)塑料螺柱，它們?cè)谒霏h(huán)的整個(gè)外圍上并且 彼此等距，所述環(huán)被放置在所述球形元件的前面、在所述數(shù)字照相機(jī)(6) 側(cè)上，而不妨礙所述數(shù)字照相機(jī)對(duì)所述球形元件的觀看；并且特征在于 每個(gè)子集的光纖的末端均被定向，以便在所述球形元件的中心的方向上引導(dǎo)光束。
11.根據(jù)權(quán)利要求9和10中任何一項(xiàng)所述的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于 每子集光纖的數(shù)目是至少兩個(gè)光纖，并且優(yōu)選地是6個(gè)光纖，其末端被緊 固在所述塑料螺柱之一中，彼此等距，被布置成等邊三角形的形式。
全文摘要
測(cè)量系統(tǒng)(1)使得有可能確定發(fā)射天線(4′)的輻射圖。該系統(tǒng)包括接收設(shè)備(5)，其配備有固定的至少一個(gè)接收天線(5′)，用于感應(yīng)由電子設(shè)備(4)的待測(cè)量的發(fā)射天線(4′)所產(chǎn)生的電磁場(chǎng)；定位設(shè)備(2)，在其上放置了用于所述電子設(shè)備的球形支撐元件(3)。該定位設(shè)備包括用于使球形元件與所述發(fā)射天線電子設(shè)備旋轉(zhuǎn)的裝置。該測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)一步包括諸如數(shù)字照相機(jī)(6)的檢測(cè)裝置，用于檢測(cè)所述發(fā)射天線的位置或定向；以及用于處理由所述數(shù)字照相機(jī)和所述接收設(shè)備提供的數(shù)據(jù)的站(7)。所述球形元件是空心的，以便在內(nèi)部固定地容納具有待測(cè)量的發(fā)射天線(4′)的電子設(shè)備(4)。在三個(gè)支撐點(diǎn)(P，P′，P″)上通過重力來在所述定位設(shè)備上保持所述球形元件，其中一個(gè)支撐點(diǎn)包括與所述球形元件的外表面相接觸的驅(qū)動(dòng)構(gòu)件(20，21，22)，以便使其在所述定位設(shè)備上在所有方向上隨機(jī)地轉(zhuǎn)動(dòng)。借助于兩個(gè)球窩接頭(30，40)形成另外兩個(gè)支撐點(diǎn)。環(huán)形條碼形式的若干圖形被布置于所述球形元件的外表面上，以便使得該系統(tǒng)能夠通過所述數(shù)字照相機(jī)來確定所述球形元件的所有位置或定向。
文檔編號(hào)G01R29/08GK101501508SQ200780029277
公開日2009年8月5日 申請(qǐng)日期2007年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月23日
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