CN102016623A - 测向方法和装置 - Google Patents

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CN102016623A CN2009801205754A CN200980120575A CN102016623A CN 102016623 A CN102016623 A CN 102016623A CN 2009801205754 A CN2009801205754 A CN 2009801205754A CN 200980120575 A CN200980120575 A CN 200980120575A CN 102016623 A CN102016623 A CN 102016623A
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Abstract

本发明涉及一种确定目标是否位于测向仪关注区域的方法，其包括：(a)将关注区域预定义为R值和N值的特定阈值差；(b)在测向仪上设置至少两个天线，该至少两个天线呈船舷状排列；(c)使用至少一个天线生成同相参考模式，并在测向仪和目标之间建立无线通讯；(d)衰减测向仪和目标之间的无线通讯信号，直到无线通讯丢失；记录衰减值作为R值，该衰减值与失去无线通讯相对应；(e)使用至少两个天线生成异相N值模式，并在测向仪和目标之间重新建立无线通讯；(f)衰减测向仪和目标之间的无线通讯信号，直到无线通讯丢失；记录衰减值作为N值，该衰减值与失去无线通讯相对应；(g)确定R-N的差值高于或低于阈值差，其中，R-N的差值高于阈值代表目标位于关注区域之内，R-N的差值低于阈值则代表目标位于关注区域之外。本发明同时涉及一种用于执行上述方法的装置。

Description

测向方法和装置
技术领域
本发明属于确定无线通讯源方向的领域。更具体地讲，本发明涉及一种用于对一个或多个无线通讯源进行测向的系统和方法，其通过瞄准和指向测向仪(direction finder)来实现，或通过扫描与测向装置所指方向有关的多个不同方向来实现。
背景技术
现有技术提供了许多测向(DF)的方法，以确定射频(RF)源(目标)的方向，其主要通过不同的波分析方法(wave analysis procedure)来实现。
测向技术可分为几大类，其中包括根据接收信号的振幅、根据接收信号的相位、根据接收信号的时间、或者根据接收信号的多个属性，来寻找目标的方向。
所有测向技术面对的主要挑战之一(在大多数情况下，但是主要在反射环境中)，是克服多路径反射的问题。多路径反射能造成关于目标射频(RF)源方向的错误指示。波的反射来自附近的物体，例如墙或金属物体。从目标发射出的波可能被附近的物体例如墙所散射及反射，并从多个方向经过多个波而到达测向仪。由于下列因素，反射波变弱：(a)反射波的传输路径更长；(b)反射波散射到多个方向；(c)经过物体反射的波发生反射损失。由于传输路径更长，反射波比直达波到达测向仪(DF)更晚。反射波中掺杂的直达波，使其信号的振幅、相位、到达时间失真。现有技术中基于测量信号的振幅、相位、到达时间的测向技术，多路径反射会造成测向中的严重错误。
基于振幅的测向技术：这种测向技术使用一条或多条天线。单天线信号测向的一个例子是采用旋转定向天线。接收信号强度(RSS)或接收信号强度指示(RSSI)或其等同物理量最大的方向，就认为是目标的方向。基于振幅的测向仪使用多条天线时，每条天线均测量RSS/RSSI，并根据这些振幅差计算信号的到达角(AOA)。使用多条天线的振幅测向仪的一个例子是单脉冲系统。
其它的技术可以基于信号强度估计目标的距离，并通过对多个测量值进行三角测量(triangulating，三角化)，计算目标的位置或方向。
基于相位的测向技术：这种测向仪使用两条或多条天线测量一组天线的信号的到达相位差，并根据这些相位差计算信号的到达角(AOA)。例如，这类测向仪包括干涉仪测向装置、相关干涉仪测向装置、passed array系统等等。
基于时间的测向技术：这种测向仪也叫做TOA(到达时间)类测向仪。其使用两条或多条天线测量一组天线的信号的到达时间差，并根据这些时间差计算信号的到达角(AOA)。例如，这类测向仪包括短基线TOA、长基线TOA、DTOA(Differential Time of Arrival)等等。
单脉冲测向技术：这种技术主要应用于电子情报(ELINT)系统和雷达，以确定接收脉冲雷达信号和回波的方向。信号经由两条或多条定向天线接收。信号在天线(经常是高定向天线)中按其一维或二维、方位角和/或高程，进行同位相叠加，以形成求和(∑)信号，或者相反的相位叠加以形成求差信号(Δ)。目标的方向则本局∑信号和Δ信号的强度来确定。
所有上述的现有技术依赖于接收信号的一个或多个属性，因而需要相对复杂的计算和分析，并且价格相对昂贵。因而，上述技术通常不适用于体积小并且相对简单的个人无线装置，例如手机、PDA、数码相机、遥控装置。这类装置体积小，并且在许多情况下，提供有两个或多个简单的全方位或极低频增益的定向天线，并且相对廉价。进一步地，在许多情况下，这类装置对于每个天线只具有一个接收信道，因而不适于使用上述现有技术，除非大大增加它们的体积和价格。
美国专利US2007/0293150Al公开了一种用于偏振敏感零控和测向的小型天线系统。
欧洲专利EP1610258A1公开了一种用于通过无线电波传输射频识别标签的标签阅读器/编写器，其包括方位计算单元，该方位计算单元根据估算射频识别(RFID)标签发出的无线电波的进入方向计算射频识别(RFID)标签的位置。随着无线电波从射频识别(RFID)标签传往至少一条天线，其进入方向由方向估算单元进行估算。然而，这种标签阅读器/编写器也使用信号强度，因而被RSSI协议限制。
论文《一种雷达信号的测向新方法》(作者Li Jinrui等，雷达会议记录，CIE国际会议合刊第8期至第10期，1996年10月，601页-604页)公开了一种测向技术，根据该技术，通过使用全方向信道作为参考并在定向波束中寻找脉冲振幅，获得定向脉冲振幅信息。然而，这种技术(以寻找雷达脉冲为目的)使用信号强度，因而需要许多定向天线，而且仅限制为RSSI协议。
本发明的目的之一是提供一种测向技术和装置，其不会受周围物体(例如墙)信号反射的影响。
本发明的另一目的是提供一种测向技术和装置，其用于确定位于预定的关注区域(direction sector of interest)的无线通讯装置。
本发明的又一目的是提供一种测向技术和装置，其结构简单、性能可靠。
本发明的再一目的是提供一种测向技术和装置，其不依赖于信号的属性，例如振幅、相位或到达时间。
本发明的另一目的是提供一种测向技术和装置，其体积小，适用于小而相对便宜的个人装置，例如手机、PDA、数码相机、遥控器等等。
本发明的另一目的是提供一种测向技术和装置，其能进一步识别无线通讯装置位于测向装置前面还是位于测向装置后面。
本发明的其它目的和优点将在说明书中详细介绍。
发明内容
本发明涉及一种确定目标是否位于测向仪所关注区域的方法，其包括：(a)将所述的关注区域预定义为R值(参考值、基准值，reference value)和N值(空值，null value)之间的特定阈值差；(b)在所述测向仪上设置至少两个天线，所述至少两个天线呈船舷状排列(broad-side configuration)；(c)使用至少一个所述天线生成同相(in-phase)参考模式(reference pattern)，并在所述测向仪和所述目标之间建立无线通讯；(d)衰减所述测向仪和所述目标之间的无线通讯信号，直到失去无线通讯；记录与失去无线通讯相对应的衰减值，将其作为R值；(e)使用至少两个所述天线生成异相(out-of-phase)N值模式(无效模式，null pattern)，并在所述测向仪和所述目标之间重新建立无线通讯；(f)衰减所述测向仪和所述目标之间的无线通讯信号，直到失去无线通讯；记录与失去无线通讯相对应的衰减值，将其作为N值；(g)确定R-N的差值高于或低于所述阈值差，其中，当R-N的差值高于所述阈值，则表明所述目标位于所述关注区域之内，当R-N的差值低于所述阈值，则表明所述目标位于所述关注区域之外。
在本发明的一个实施例中，所述失去无线通讯是测向仪和目标之间信号交换的丢失。
在本发明的一个实施例中，较大的R-N差值表明指向目标的方向与所述关注区域的中央轴线较接近。
在本发明的一个实施例中，所述预定义的阈值越小，所述关注区域越窄；反之亦然，所述预定义的阈值越大，所述关注区域越宽。
在本发明的一个实施例中，参考模式和N值模式生成的顺序，包括相应的衰减量和记录是可替换的。
在本发明的一个实施例中，衰减的无线通讯信号是测向仪接收的信号。在本发明的另一个实施例中，衰减的无线通讯信号是测向仪发射的信号或接收信号与发射信号的结合。
在本发明的一个实施例中，所述衰减量从0dB开始，并且衰减值以dB计量。根据本发明的一个实施例，衰减逐渐实现。根据本发明的另一个实施例，所述衰减按照特别选定的流程执行，直到失去无线通讯。
在本发明的一个实施例中，分别确定N和R的顺序是可替换的。
在一个实施例中，本发明的方法进一步提供前后识别，通过进一步包括：(a)在所述测向仪上设置至少两个天线，所述至少两个天线呈端射状排列(end-fire configuration)；(b)使用至少两个所述呈端射状排列的天线，生成正交相(a quadrature phase)心形参考模式(cardioid referencepattern)，并在所述测向仪和所述目标之间建立无线通讯；(c)衰减所述测向仪和所述目标之间的无线通讯信号，直到失去无线通讯；记录与该失去无线通讯相对应的衰减值作为Rc值(Rc参考值)；(d)使用至少两个所述呈端射状排列的天线生成另一个正交相心形N值模式，在所述测向仪和所述目标之间重新建立无线通讯；(e)衰减所述测向仪和所述目标之间的无线通讯信号，直到失去无线通讯；记录衰减值作为Nc值，该衰减值与失去无线通讯相对应；(f)确定Rc-Nc的差值为正或负，其中，Rc-Nc的差值为正，则表示目标位于测向仪的前方，Rc-Nc的差值为负，则表示目标位于测向仪的后方。
在本发明的一个实施例中，当依次在所述呈端射状排列的天线前方或后方加入90°相位调整，生成所述心形参考模式和心形N值模式。
在本发明的一个实施例中，同相参考模式的生成、异相N值模式的生成以及各自的信号衰减通过处理单元数字实现。
在本发明的一个实施例中，正交相心形参考模式的生成、正交相心形N值模式的生成以及各自的信号衰减通过处理单元数字实现。
优选地，所述处理单元从第一接收器接收I1和Q1，所述第一接收器依次通过所述两个天线的第一个接收信号；处理单元从第二接收器接收I2和Q2，所述第二接收器依次通过所述两个天线的第二个接收信号；其中，所述处理单元向基带成分(baseband component)输出相应的新计算出的I和Q。
本发明同时涉及一种测向仪，用于确定目标是否位于预定方向的关注区域，其包括：(a)至少两个呈船舷状排列的天线；(b)与目标通过无线通讯信号建立通讯的无线通讯单元；(c)衰减所述无线通讯信号的多个衰减器；(d)用于使所述无线通讯信号通过所述天线生成同相模式或异相模式的混合接头(hybrid junction)，优选为180°；(e)处理单元，其用于：(e.1)在步骤1中启动生成同相模式的混合接头，衰减信号直到无线通讯丢失，记录衰减值作为R值，该衰减值与失去无线通讯相对应；(e.2)在步骤2中启动生成异相模式的混合接头，衰减信号直到无线通讯丢失，记录衰减值作为N值，该衰减值与失去无线通讯相对应；(e.3)确定R-N的差值，其中，该差值高于所述预定义的阈值则代表目标位于所述关注区域之内，该差值低于所述预定义的阈值则代表目标位于所述关注区域之外。
根据本发明的一种实施例，测向仪同时识别目标位于测向仪前方或后方，通过进一步包括：(f)相位调整器(phase shifter)，优选为90°；(g)至少两个呈端射状排列的天线；(h)其中所述处理单元进一步用于：(h.1)在步骤3中启动相位调整器，在所述两个呈端射状排列的天线生成正交相心形参考模式，衰减信号直到无线通讯丢失，记录衰减值作为Rc心形参考值，该衰减值与失去无线通讯相对应；(h.2)在步骤4中启动相位调整器，在所述两个呈端射状排列的天线生成正交相心形N值模式，衰减信号直到无线通讯丢失，记录衰减值作为Nc心形零陷值，该衰减值与失去无线通讯相对应；(h.3)确定Rc-Nc的差值，其中，该差值为正代表目标位于测向仪的前方，该差值为负代表目标位于测向仪的后方。
附图说明
图1显示了根据本发明一种实施例的测向仪，其目的为确定位于关注区域的目标的方位；
图2显示了根据本发明一种实施例的测向仪，其包括两条呈船舷状排列的天线；
图3显示了根据本发明一种实施例的同相参考模式的通式；
图4显示了根据本发明一种实施例的异相N值模式的通式；
图5指示了根据本发明第一硬件实施例测向仪的通用结构；
图6a显示了在分别生成参考模式和N值模式的过程中，目标偏离了关注区域的中轴线的情况、以及在每种所述情况下失去通讯所需的衰减值的相应矢量R和N；
图6b显示了分别相对于参考模式和N值模式(R-N≥0)的区域；
图7是当有几个目标时，确定目标方向的流程图；
图8显示了根据本发明一种实施例的测向仪，其包括用于补偿天线或其它元件的振幅和相位差的元件，因而分别引起与关注方向区域的中轴线重合的深度N值模式；
图9显示了本发明一种实施例，其进一步包括两条端射状的附加天线，用于执行前后方向识别；
图10a显示了心形参考模式的通式，其通过对前置天线施加90°相位偏移生成，以提供前后识别；
图10b显示了心形N值模式的通式，其通过对后置天线施加90°相位偏移生成，以提供前后识别；
图11以方块图的形式指示了图9、10a和10b中描述的具有前后识别的测向仪的通用结构；
图12指示了本发明如何克服到达本发明测向仪的反射波；
图13以方块图的形式指示了本发明基于软件的实现。
具体实施方式
专有名词的定义
“无线通讯”，指不使用电导线或“线路”而通过任意给定频率的无线电波将任意类型或大小和/或声音的信息和/或数据和/或数据包(格式化数据块)传输长或短的距离。
“无线通讯协议和/或标准”，应该指指导无线通讯的任意协议和/或标准，例如但不限于，无线信息技术，手机通讯(例如但不限于，GSM、GPRS、CDMA)，无线网络，WLAN电脑通讯，无线网络标准，例如IEEE802.11，无线个人区域网络(WPAN)及无线网状网络。(应该清楚地注意，在下列协议但不仅限于下列协议中的Wi-Fi、蓝牙、Wi-Max、ZigBee、Z-wave、nsteon、手机装置通讯协议、近场通信协议NFC、射频识别协议或标准等等。)
“测向仪或DF”指一种用于确定指向如后文定义的目标的相对方向的装置。或者该装置用于寻找一个或多个目标是否位于预期的方向。该测向仪可以是单机或通过软件或硬件或二者的结合集成到其它的电子装置上。
“目标”，目标指一种无线通讯装置，或者一种射频通讯源，该射频通讯源包括射频发射器和/或接收器和/或中继器或转发器和/或标签，该标签直接和测向仪无线通讯(例如不通过继电器)。
“识别数据或ID”指数字(序列号或其它)、名称、符号集、或任何其它类型的用于给目标提供唯一识别的标记、或数据、或信息。
本发明涉及一种通过测向装置(后文均记作“测向仪”)探测到一个或多个无线通讯源(后文均记作“目标”)的方向的方法和系统。更确切地说，本发明提供一种用于确定一个或多个目标是否位于关注区域的装置。与现有技术的常规方法相比，本发明不考虑、或不依赖接收信号或接收波的属性，例如振幅、相位、到达时间，或任何其它技术属性。换句话讲，本发明不执行任何波分析而实现所述测向。除此之外，本发明基于无线通讯的存在或不存在，并在测向仪和目标之间诱导发生无线通讯之失去。
图1显示了根据本发明一种实施例的测向仪10，其目的为确定位于关注区域20的目标100a、100b、100c...等的方位，并且可选地，当每个目标接近关注方向区域20的中轴线21时提供指示。每个目标都是无线通讯源，该无线通讯源为射频发射器或收发器、中继器或转发器或标签，该标签的存在和/或ID或方向必须被测向仪找到。如上文所述，本发明执行该任务不依赖任何波或信号属性。
图2显示了根据本发明一种实施例的测向仪10。测向仪10包括两条呈船舷状排列的天线50a和50b，例如，关注区域的中轴线与两个天线的连线垂直。两条天线之间的典型距离是波长λ的四分之一，并且一般不超过波长λ的一半。
本发明的测向基于两条天线方向图的使用，其将被记作“参考”和“零陷”方向图(分别为R和N)。测向主要通过三步来进行。第一步(步骤1)是生成参考模式，第二步(步骤2)是生成N值模式。在第三步中，对前面的两个方向图做出比较以推断目标是否在关注区域内。
图3显示了参考模式的通式。参考模式60由天线50a和50b的信号同相结合生成，其形成“8”字形的图形，包括前瓣60a和后瓣60b。前瓣60a对准(directed toward)中轴线21。
图4显示了N值模式的通式。N值模式160由天线50a和50b的信号异相结合生成，其也形成“8”字形的图形，但关于图3的参考模式旋转90°。N值模式也包括上瓣160a和下瓣160b。所述上瓣160a和下瓣160b之间的空值(null)对准中轴线21。
图5指示了根据本发明第一硬件实施例测向仪10的通用结构。测向仪包括一个常规的无线通讯单元66，其与标签100的一个相似的无线通讯单元(图中未示)进行通讯。180°的混合接头63用于分别形成参考模式60和N值模式160(图3和图4中所示)。混合接头63的通道a与天线50a相连，通道b与天线50b相连。参考模式60(例如同相)在∑(求和)接头生成，N值模式(例如异相)160在Δ(求差)通道生成。开关64在第一步中选择使用参考模式，在第二步中选择使用N值模式。可控的衰减器65是本发明的必要元件，其用于在目标方向上对相关天线方向图值的间接测量，该间接测量使用通讯是/非原则。更具体地说，通讯是/非原则如下操作：处理单元67接收来自无线通讯单元66的信息，该信息内容为与目标100之间的通讯是否存在；处理单元根据下述测向流程控制开关64以及可控的衰减器。首先，在步骤1中，衰减器65的衰减量设置为0dB，并且测向仪66的无线通讯单元与目标的无线通讯单元之间的通讯建立。当两个无线通讯单元之间开始进行数据信号交换，上述通讯的建立被定义为“是”。当两个无线通讯单元之间的数据传输不存在，例如信号交换的丢失被定义为通讯的丢失，例如，“非”。在无线通讯过程中，可控的衰减器65故意地加入衰减量，直到通讯丢失。更具体地说，衰减量逐渐增加，直到通讯丢失。在步骤1中，例如，当使用参考模式，将失去通讯必需的最小衰减量记录，并且将R以dB单位记录。相似地，在步骤2中，通过将开关64从∑通道转向Δ通道，例如，当使用N值模式，也将失去通讯必需的最小衰减量记录，并且将N以dB单位记录。R和N的值与指向目标的方向直接相关，并处于激活方向图(例如，此时所使用的方向图)。
图6a显示了当目标偏离了关注方向区域的中轴线21的情况。在这种情况下，矢量64代表了步骤1中失去通讯必需的R衰减量。指向目标100的方向与中轴线21越接近，R的值越大。相似地，矢量164代表了步骤2中失去通讯必需的N衰减量。然而，在步骤2中，指向目标100的方向与中轴线21越接近，N的值越小。当指向目标100的方向与中轴线21重合，R为其最大值，而N为其最小值。另一方面，当指向目标100的方向与中轴线21偏离90°，N为其最大值，而R为其最小值。图6b显示了R-N≥0的区域70。R-N的差越大，目标方向与中轴线21越接近。区域宽度的定义可通过控制R-N≥X而予以控制控制。当X≥0，区域70的宽度变窄；当X≤0，区域70的宽度变宽。
图7是当有几个目标时，确定目标方向的流程图100(例如，直接使用测向仪进行无线通讯)。在步骤111中，指数i(其代表了分配给每个目标ID的代号)设置为1。接着在步骤112中，通过转换开关64(如图5所示)至∑位置，激活参数方向图。在步骤114中，与目标#i的通讯建立。接着，在步骤115中，衰减量增加直到通讯丢失。并且在步骤116中，将对应于无线通讯丢失的点的衰减值R记录。在步骤117中，开关64转换至Δ位置，衰减量置零。在步骤118中，使用N值模式与目标#i的通讯建立。在步骤119中，衰减量增加直到通讯丢失。在步骤120中，将对应于无线通讯丢失的点的衰减值N记录。在步骤121中，确定并记录Ri-Ni的值。在步骤122中，检查是否所有的目标都已处理。若结果为“否”，在步骤113中，指数i加1，对应于当前的新目标(步骤113)，重复从步骤112的流程。然而，如果步骤122中的结果为“是”，步骤123中执行对所有Ri-Ni记录值的分析。更具体地说，在步骤123中，所有目标根据其确定的Ri-Ni值，按照递减的顺序排列。此外，可以总结出带有指数i的目标中，哪一个目标的Ri-Ni值最大，最接近区域中轴线21。
应该注意的是在实际应用的情况下，当沿着轴线21进行通讯时，天线50a和50b的信号并不必然在振幅和相位都相同。此外，两个天线的缆线也不必然相同，并且180°的混合接头也不完全相同。这可能导致N值模式的零偏离轴线21，和/或空值深度(null depth)没有达到最大。空值深度是天线方向图的最高值和最低值的以dB为单位的差值。为了调整测向仪关于中轴线21的最好可能的空值深度和/或空值位置，如图8所示，测向仪可以加入下列附加部件的一个或多个的组合：
可变电压衰减器(VVA)69，该部件补偿天线或其它获得深度零陷元件的任意振幅差。
相位调整器68，该部件补偿天线或其它与轴21重合的获得零陷元件的任意相位差。
到现在为止描述的流程可以寻找位于区域20(见图1)的目标。然而，该流程通常不能识别目标位于测向仪10前方还是位于测向仪10后方，例如，箭头22(见图1)的方向。如果需要前后识别，则可能要执行下述流程。如图9所示，两个附加的天线250a和250b以端射状加进测向仪10，例如，关注区域的中轴线21与两个天线250a和250b的连线重合。如图10a和图10b所示，除了上文提及的在步骤1和步骤2中使用天线50a和50b分别生成的参考模式60和N值模式160，在步骤3和步骤4中使用天线250a和250b生成“心”形天线方向图260a和260b。图10a显示了心形参考模式260a的通式。在步骤3中，心形参考模式通过对前置天线250a施加90°的相位调整生成。心形方向图包括一个指向中轴线21的瓣，和指向后轴线22的空值。图10b显示了心形N值模式260a的通式。在步骤4中，心形N值模式通过对后置天线250b施加90°的相位调整生成。心形方向图包括一个指向后轴线22的瓣，和指向中轴线21的空值。上述关于矢量R和N生成的流程在心形步骤3和4中重复。在步骤3中，例如，当生成心形参考模式260a，将失去通讯所需的最小衰减量记录，并且以dD单位指示Rc。相似地，在步骤4中，当生成心形N值模式，也将失去通讯所需的最小衰减量记录，并且以dD单位指示Nc。Rc和Nc的值与目标的方向在前还是在后直接相关(例如，指向方向轴21或轴22)。如果Rc＞Nc，可以得出结论目标位于测向仪10的前方。反之，如果Rc＜Nc，可以得出结论目标位于测向仪10的后方。
图11以方块图的形式指示了图9、10a和10b中描述的具有前后识别功能的测向仪的通用结构。在步骤3中，开关380连接到如图中所示的位置，从而在前置天线250a的路径上引入了90°的相位调整器381，从而生成了图10a所示的心形。在步骤4中，开关380连接到如图中所示的下方位置，从而在后置天线250b的路径上引入了90°的相位调整器381，从而生成了图10b所示的心形。处理单元367，除了控制开关364和受控衰减器365，还根据上文描述的流程控制开关380。图中的其它元件，例如，元件363、364、365、366、368、369和上文讨论的元件63、64、65、66、68、69本质上一样。
为了获得90°的相位调整的代替实施方式为：(a)包括对于步骤3的90°的相位调整和对于步骤4的270°的相位调整作为相位调整器368的一部分；(b)使用90°相位调整，例如，90°混合接头代替180°混合接头363。
在许多情况下，人们认为波的反射来自附近的物体，例如墙，或金属物体。如图12所示，目标100发出的波可能被附近的物体例如墙散射或反射，并且经过许多波到达测向仪10，如图所示，其中的两个波为94和95。由于下列因素，反射波比直达波92小很多：(a)反射波的传输路径更长；(b)反射波被散射到许多方向；(c)经物体反射的波发生反射损失。由于传输路径更长，反射波到达测向仪比直达波晚。反射波中混杂有直达波92，使其信号的振幅、相位、到达时间均失真。在现有技术基于测量信号的振幅、相位、到达时间的测向仪中，这种多路径反射在测向上造成严重错误。本发明的关键新颖特征为其克服多路径反射的能力，因为其测向是基于对通讯损失概念的考虑，而不是测量信号属性。反射波比直达波92弱并且不连贯的因素，不会影响测向仪和目标之间的通讯的存在。如上文所述，通讯的存在或不存在是本发明的基础，而不是到达信号的任何特别特征。如上文所述，本发明的测向流程是基于R-N的差，而不是接收信号大小的绝对值，因而本发明的流程不会被目标和测向仪之间的距离影响，只要它们可以通讯。
在另一个实施例中，上述的测向技术由软件实现而不是硬件。在本实施例中，分别如关于步骤3和步骤4所提及的步骤1和步骤2的同样的参考模式和N值模式是数字生成的。图13以方块图的形式大体揭示了本发明基于软件实现的结构。第一个天线450a连接到第一射频频道(无线接收器)451。第二个天线450a连接到第二射频频道(无线接收器)452。射频频道的ADC(模数转换器，图中未示，可能是无线接收器的一部分，或者为单体机)输出端称作I/Q(同相/正交相)接头。第一射频频道451的输出端记作I1和Q1。第二射频频道452的输出端记作I2和Q2。处理单元453接收I1、I2、Q1、Q2的输入，通过基于所述输入计算新的I和Q，以执行测向技术，并分别通过缆线455和456将计算出的新的I和Q输送给基带成分454。在步骤1中，参考模式通过求和I＝IR＝I1+I2和Q＝QR＝Q1+Q2数字生成。在步骤2中，N值模式通过求差I＝IN＝I1-I2和Q＝QN＝Q1-Q2数字生成。由可控的衰减器65在硬件实施例中执行的故意的衰减量，在这里被I1、Q1和I2、Q2代表的接收信号的数字衰减量替换。在步骤1中，IR和QR的值同时减小，并且在步骤2中，IN和QN的值同时减小。在步骤3中，IRc和QRc的值同时减小，并且在步骤4中，INc和QNc的值同时减小。对于振幅差和相位差的补偿的硬件实现通过VVA69和相位调整器68执行，该补偿的软件实现通过数字增加修正因数I′、Q′、I″、Q″，其中的修正因数是数值，可以是正数也可以是负数。更具体地，在步骤1中，I＝IR＝I1+I2+I′，并且Q＝QR＝Q1+Q2+Q′。在步骤2中，IN＝I1-I2+I″，并且QN＝Q1-Q2+Q″。在步骤3和4中，附加的90°相位调整以相似的方式通过数字增加或减去各自的因数实现。更具体地说，在步骤3中，I＝IRc＝I1-Q2+I″′并且Q＝QRc＝I2+Q1+Q″′，在步骤4中，I＝INc＝I1+Q2+I″″并且Q＝QNc＝Q1-I2+Q″″。对于任何振幅差和相位差，以和步骤1及步骤2中相同的方式增加修正因数I″′、Q″′、I″″和Q″″。需要注意的是，本申请所有关于图1、2、3、4、6a、6b、7、9、10a、10b、12、13的讨论同样适用于这里讨论的软件实施例。
需要注意的是硬件实现的新颖性大体位于图5、8的所有元件，除了无线通讯单元66。图11的硬件实现的新颖性大体位于图中所示的所有元件，除了无线通讯单元366。图13的软件实现的新颖性基本位于处理单元453。
如图示，本发明提供了一种用于对一个或多个目标测向的流程，其基于是/非通讯。测向仪与目标之间使用的通讯类型大体上与本发明无关，只要在“是”通讯过程中，无线通讯保持，并且在“非”通讯过程中，无线通讯丢失。该流程使用了衰减器，以故意制造通讯丢失，其中衰减器可以衰减接收的信号、发送的信号或二者都有。本发明确定参考模式和N值模式的差以寻找是否有目标在关注区域内。参考模式可以是定向的或全方向的。本发明使用至少两个天线，典型的全方向但也可能是定向的，以探测方向。对于参考模式，也可使用一个天线。故意引入的衰减(由可控的衰减器65或365的硬件实施例或数字衰减的软件实施例)可以逐渐实现，或者根据搜索算法。除此之外，参考模式和N值模式生成的顺序是可以更换的。进一步地，衰减量可以从通讯不存在的最高值开始，而向通讯存在的方向变化。还应该注意的是，目标不需要装备测向，但其可以具备这样的特征。
虽然本发明以较佳实施例揭露如上，但并非用以限定本发明实施的范围。任何本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的发明范围内，当可作些许的改进，即凡是依照本发明所做的同等改进，应为本发明的发明范围所涵盖。

Claims (20)

1.一种确定目标是否位于测向仪所关注区域的方法，其包括：
a.将关注区域预定义为R值和N值的特定阈值差；
b.在所述测向仪上设置至少两个天线，所述至少两个天线呈船舷状排列；
c.使用至少一个所述天线生成同相参考模式，并在所述测向仪和所述目标之间建立无线通讯；
d.衰减所述测向仪和所述目标之间的无线通讯信号，直到失去无线通讯；记录与所述失去无线通讯相对应的衰减值，将其作为R值；
e.使用至少两个所述天线生成异相N值模式，并在所述测向仪和所述目标之间重新建立无线通讯；
f.衰减所述测向仪和所述目标之间的无线通讯信号，直到失去无线通讯；记录与所述失去无线通讯相对应的衰减值，将其作为N值；
g.确定R-N的差值高于或低于所述阈值差，其中，当R-N的差值高于所述阈值，表明目标位于所述关注区域之内，当R-N的差值低于所述阈值，表明目标位于所述关注区域之外。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述失去无线通讯是失去所述测向仪和所述目标之间的信号交换。
3.如权利要求1所述的方法，其中，较大的R-N差值表明指向所述目标的方向与所关注区域的中心轴较接近。
4.如权利要求1所述的方法，其中，所述预定义的阈值越小，所述关注区域越窄；反之亦然，所述预定义的阈值越大，所述关注区域越宽。
5.如权利要求1所述的方法，其中，所述参考模式和所述N值模式生成的顺序，包括相应的所述衰减值和记录是可替换的。
6.如权利要求1所述的方法，其中，被衰减的所述无线通讯信号为所述测向仪接收的信号。
7.如权利要求1所述的方法，其中，被衰减的所述无线通讯信号为所述测向仪发射的信号。
8.如权利要求1所述的方法，其中，所述的衰减是逐渐实现的。
9.如权利要求1所述的方法，其中，所述的衰减是按照特别选定的流程执行的，直到所述失去无线通讯。
10.如权利要求1所述的方法，其中，所述的衰减从0dB开始，所述的衰减值是以dB计量的。
11.如权利要求1所述的方法，其中，相应地确定所述N值和所述R值的顺序是可替换的。
12.如权利要求1所述的方法，为了进一步确认前后位置的识别，其进一步包括：
a.在所述测向仪上设置至少两个呈端射状排列的天线；
b.使用所述呈端射状排列的天线中的至少两个，生成正交相的心形参考模式，并在所述测向仪和所述目标之间建立无线通讯；
c.衰减所述测向仪和所述目标之间的无线通讯信号，直到失去无线通讯；记录与该失去无线通讯相对应的衰减值，将其作为Rc参考值；
d.使用所述呈端射状排列的天线中的至少两个，生成另一正交相的心形N值模式，并在所述测向仪和所述目标之间重新建立无线通讯；
e.衰减所述测向仪和所述目标之间的无线通讯信号，直到失去无线通讯；记录与该失去无线通讯相对应的衰减值，将其作为Nc零陷值；
f.确定Rc-Nc的差值为正还是负，其中，当Rc-Nc的差值为正时，表明所述目标位于所述测向仪的前方，当Rc-Nc的差值为负时，则表明所述目标位于测向仪的后方。
13.如权利要求12所述的方法，其中，依次在所述呈端射状排列的天线前方或后方引入90°相位调整，生成所述的心形参考模式和心形N值模式。
14.如权利要求1所述的方法，其中，所述的同相参考模式、所述的异相N值模式以及相应的所述信号的衰减值是通过处理单元以数字化的形式生成的。
15.如权利要求12所述的方法，其中，所述的正交相心形参考模式、所述的另一正交相心形N值模式以及相应的所述信号的衰减值是通过处理单元以数字化形式生成的。
16.如权利要求14-15所述的方法，其中，所述的处理单元从第一接收器接收I1和Q1，而所述第一接收器又通过所述天线的第一个接收信号；所述处理单元从第二接收器接收I2和Q2，而所述第二接收器又通过所述天线的第二个接收信号；其中，所述处理单元向基带成分输出相应的新计算出的I和Q。
17.一种测向仪，用于确定目标是否位于预定义的关注区域，其包括：
a.至少两个呈船舷状排列的天线；
b.与目标通过无线通讯信号建立通讯的无线通讯单元；
c.用于衰减所述无线通讯信号的可变的衰减器；
d.使所述无线通讯信号通过所述天线在生成的同相模式或异相模式中建立无线通讯的混合接头；
e.处理单元，其用于：
e1.在步骤1中将所述混合接头转换至生成同相模式；衰减所述信号直到失去无线通讯；记录与该失去无线通讯相对应的衰减值，将其作为R值；
e2.在步骤2中所述混合接头转换至生成异相模式；衰减所述信号直到失去无线通讯；记录与该失去无线通讯相对应的衰减值，将其作为N值；
e3.确定R-N的差值，其中，当该差值高于预定义的阈值时，表明所述目标位于所述关注区域之内，当该差值低于预定义的阈值时，则表明所述目标位于所述关注区域之外。
18.如权利要求17所述的测向仪，其中，为了进一步识别所述目标位于所述测向仪前方或后方，其进一步包括：
f.相位调整器；
g.至少两个呈端射状排列的天线；
h.所述处理单元还用于：
h1.在步骤3中启动相位调整器，在所述两个呈端射状排列的天线生成正交相心形参考模式，衰减所述信号直到失去无线通讯，记录与该失去无线通讯相对应的衰减值，将其作为Rc心形参考值；
h2.在步骤4中启动相位调整器，在所述两个呈端射状排列的天线生成另一正交相心形N值模式，衰减所述信号直到失去无线通讯，记录与该失去无线通讯相对应的衰减值，将其作为Nc心形零陷值；
h3.确定Rc-Nc的差值，其中，该差值为正则表明所述目标位于所述测向仪的前方，该差值为负则表明所述目标位于所述测向仪的后方。
19.如权利要求17所述的测向仪，其中，所述的混合接头为180°的混合接头。
20.如权利要求17所述的测向仪，其中，所述的相位调整器为90°的相位调整器。
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