專利名稱：借助無線電波測定位置的裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及借助無線電波，最好是微波測定位置的裝置。更具體地說，本發(fā)明涉及公路上車輛的連續(xù)位置測定。
在借助無線電波測定位置的方法中，發(fā)射射頻信號(最好在微波范圍內)，這種情況下，信號具有良好的方向性，以及從物體反射，或者被利用預期用于其的裝置重新發(fā)射的性質。利用兩個天線接收反射信號，這兩個天線被布置成在基本上垂直于物體方向的平面內間距一定的距離。根據(jù)天線之間的距離，物體反射的無線電波到其中一個天線的行程將大于到另一天線的行程。通過的距離方面的差值將引起接收信號之間的相差。根據(jù)相差，可在由天線和物體構成的平面內，計算物體相對于天線的基準角。瑞典專利申請No.8403564-1中描述了這種方法。從而，物體的每個位置對應于某一相差。


圖1中用幾何學表示了這種方法。天線1和2彼此間距d。其位置將被測定的物體3，或者通常該物體上的所謂的轉發(fā)器沿著朝向天線1和2的方向，反射所發(fā)射的電波。由于天線彼此之間的間距為d，在通過距離方面將產生為ΔL的差值。差值ΔL引起Δφ=φ1-φ2的相差，φ1和φ2分別為在天線1和2處接收的信號的相角。根據(jù)該相差Δφ，可計算幾何角度θ,sinθ∝ΔL∝Δφ。
這樣，如圖2所示，角度θ周期性地取決于相差Δφ。這意味著存在一個間隔，在該間隔外，角度θ不再是單值的，可能對應于一個以上的位置。該間隔反向取決于距離d，即當d降低時，該間隔增大。這樣，從這一點來說，要求距離d盡可能小，以便獲得角度θ的較大單值區(qū)域。
為了在天線中得到良好的方向性，天線由若干天線振子組成，形成所謂的陣列天線。顯然，這種結構使天線具有一定的物理范圍，從而限制了距離d的降低。圖1中，對于一對陣列天線來說，距離d和相應天線中心之間的距離有關。
因此，要求良好的方向性就和要求較大的單值區(qū)域發(fā)生沖突。本發(fā)明提出一種滿足良好方向性的要求，同時能夠保持關于較大單值區(qū)域的要求的裝置。
本發(fā)明目的在于在仍然允許相應陣列天線的較大范圍的同時，獲得至少兩個陣列天線的中心之間的極小距離，以便獲得良好的方向性和較大的單值區(qū)。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，這是通過使陣列天線的天線中心位于極小的相互距離的方式，使陣列天線的天線振子相互結合而實現(xiàn)的。根據(jù)本發(fā)明，這是通過連接陣列天線中的各個天線振子，以致相應陣列天線中的中心天線振子相互靠近而實現(xiàn)的。
圖1和2涉及本發(fā)明的基本原理，并在上面作為現(xiàn)有技術進行了說明，而圖3、4和5涉及本發(fā)明的一個方面。
圖1是測量原理的示意圖，其中依據(jù)利用布置成相互間距有限距離的天線的角度測量，分析天線中接收的兩個信號之間的相差，用以測定物體的位置。
圖2圖解說明了隨著相差而變化的物體的幾何角度偏差。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的天線結構的前視圖。
圖4表示了根據(jù)本發(fā)明的備選天線結構。
圖5表示了利用根據(jù)本發(fā)明的天線結構，利用無線電波測定物體位置的裝置的方框圖。
圖5表示了測定沿路徑行進的物體的位置的裝置。該裝置包括與信號處理器18相連的放大和信號處理單元17，具有陣列天線1和2的天線結構，陣列天線沿垂直于物體行進方向的第一軸布置。根據(jù)圖3，天線結構包括兩排導電表面，天線振子。陣列天線1以這種方式由5個表面，即天線振子5-9構成，即天線振子6-9圍繞中心天線振子5而布置在外面。按照同樣的方式，陣列天線2由中心天線振子10和外圍天線振子10-14構成。通過輸出導線15和16，相應陣列中的天線振子被結合在一起，構成兩個陣列天線1和2。借助上面描述的安排，分別圍繞中心天線振子5和10對稱布置，以天線振子形式的這些中心表面構成相應陣列天線的相位中心。這樣，這兩個相位中心之間的距離構成圖1中的距離d。
天線1的寬度從天線振子6和8的左手邊緣延伸到天線振子7和9的右手邊緣。天線2的寬度從天線振子11和13的左手邊緣延伸到天線振子12和14的右手邊緣。如果并排布置天線，則這意味著相應相位中心5和10之間的距離d至少會和一個陣列天線的總寬度相同，由于在相應陣列天線1、2中最外側的天線振子之間必定存在一定的距離，因此實際上，距離d會更大。但是，如圖3中所示，相位中心之間的距離相當小，這是通過使各個天線振子相互連接而實現(xiàn)的，在本實施例中，是通過使陣列天線可以相互結合而實現(xiàn)的。
上面描述的原理也可用在更復雜的天線結構中。這樣，通過在這樣的結構中布置兩個以上的天線，即使天線沿著第一軸布置，可改進角度測量。當然，如果能夠在大量的測量結果的基礎上產生平均值，則可提高測量精度。
下面將給出利用在同一軸線上排成一行的兩個以上的陣列天線的另一優(yōu)點。如果兩個陣列天線的中心之間的距離d增大，則對于每個角度θ來說，這意味著距離ΔL增大。如果距離ΔL增大，則對于角度的每個變化來說，相差Δφ增大，即提高了分辨率。同樣，這和單值性的要求相沖突。通過將多個陣列天線在同一軸上排成一行，例如以上述順序表示的三個天線A,B和C，可以解決所述的沖突。通過把來自于從天線A和B得到的數(shù)據(jù)的測量相差用于單值性，把天線A和C之間的測量相差用于獲得提高的分辨率，這兩方面的要求均可得到滿足。
另外，還可沿幾個軸線方向布置天線，從而允許在幾個平面內借助無線電測定位置。通過沿著基本上垂直于第一軸，并且基本上垂直于物體的行進方向上軸線布置至少一對輔助陣列天線，這樣可在基本上相互垂直的兩個平面的每個平面中，確定物體相對于天線的基準角，這兩個平面由物體和在其上布置多對天線的相應軸線構成。例如，如果物體由在道路上行駛的車輛構成，陣列天線沿水平第一軸以這樣的高度布置在道路上方，以致車輛可從天線下方通過，基本上水平的第一平面由天線1、2和車輛3確定。在該水平面中，通過確定相位角φ，如上所述，可確定車輛的方位角。通過沿垂直于第一軸并且基本上垂直于道路的第二軸布置陣列天線，相應地能夠確定車輛的仰角，這里仰角涉及垂直的第二軸。在知道從這兩排天線觀察的方位角和仰角的情況下，可根據(jù)這些角度，確定車輛相對于天線的位置。
根據(jù)本發(fā)明，通過布置一些天線振子，以便被包含在兩個或更多的陣列天線中，產生具有在不同部分表面之間的連接的備選實施例。圖4中示意地描述了以無線電波進行二維位置測量情況下的該實施例。這種情況下，天線20至少包括三個陣列天線。陣列天線21由天線振子24-26,28-30和32-34組成，天線振子29構成相位中心。陣列天線22由天線振子25-27,29-31和33-35組成，天線振子30為相位中心。陣列天線23由天線振子28-30,32-34和36-38組成，天線振子33為相位中心。這樣，幾個天線振子由一個以上的陣列天線使用。借助至少從這些天線振子接收的信號的功率放大，并且之后對放大信號應用功率分配，這是可能實現(xiàn)的。在本實施例中，如同前一實施例中一樣，獲得了同樣的短距離d。
權利要求
1．一種利用無線電波測定道路上車輛的位置的裝置，無線電波從該裝置發(fā)出，被車輛反射，并由布置在道路兩邊的至少兩個陣列天線(1,2)接收，其特征在于陣列天線(1,2)包括若干天線振子(5-14)，相應陣列天線中的一個天線振子構成陣列天線的相位中心(5,10)，其中陣列天線的天線振子(5-14)相互連接，從而陣列天線(1,2)的相位中心(5,10)之間的距離(d)小于單個陣列天線(1,2)寬度的一半。
2．按照權利要求1所述的裝置，其特征在于所述連接包括使陣列天線(1,2)相互結合，使一個陣列天線的相位中心(5,10)布置在另一陣列天線(1,2)的天線振子(11-14,6-9)之間。
3．按照權利要求2所述的裝置，其特征在于相應陣列天線(1,2)的相位中心(5,10)相互靠近。
4．按照權利要求2所述的裝置，其特征在于天線振子(24-38)中的一些天線振子同時與一個以上的陣列天線(21,22,23)相連。
5．按照權利要求4所述的裝置，其特征在于從由一個以上的陣列天線(21,22,23)利用的天線振子(24-38)得到的信號進行功率放大，隨后在相應的陣列天線(21,22,23)上進行放大信號的功率分配。
6．按照前述任一權利要求所述的裝置，其特征在于在至少布置一對基本上水平布置的陣列天線(1,2)的情況下，根據(jù)天線位置測定車輛(3)的方位角θ。
7．按照權利要求6所述的裝置，其特征在于在至少布置一對基本上垂直布置的陣列天線的情況下，根據(jù)天線位置，測定車輛(3)的仰角。
8．按照權利要求7所述的裝置，其特征在于根據(jù)方位角θ和仰角，確定車輛相對于天線的位置。
全文摘要
一種利用無線電波測定道路上的車輛的位置的裝置,無線電波從該裝置發(fā)出,被車輛反射,并由布置在道路兩邊的至少兩個陣列天線(1,2)接收,其中陣列天線(1,2)包括若干天線振子(5—14),相應陣列天線中的一個天線振子構成陣列天線的相位中心(5,10),其中陣列天線的天線振子(5—14)相互連接,從而陣列天線(1,2)的相位中心(5,10)之間的距離(d)小于單個陣列天線(1,2)寬度的一半。
文檔編號H01Q9/04GK1306620SQ9980769
公開日2001年8月1日 申請日期1999年5月31日 優(yōu)先權日1998年6月24日
發(fā)明者哈肯·洛弗森 申請人:康比泰克交通系統(tǒng)公司