CN1059036C - 无线信号检测系统 - Google Patents

Abstract

在一个无线信号检测系统中，一个天线可旋转地装在手表型外壳上，这一天线由手动旋转以在天线每转过一预定转角时接收被测距目标的反射信号。该反射信号被转换为数字的场强数据或距离数据。这些场强数据或距离数据被顺序地根据相应的天线转角存入存储器。由于相应于各个天线转角的存储于存储器中的数据被显示于液晶显示器上，此无线信号检测系统可以做得紧凑小巧并可低功耗工作。

Description

无线信号检测系统

本发明涉及一种无线信号检测系统，该无线信号检测系统可以用无线信号测量目标的方向和该系统与目标之间的距离，另外，还可以测量从目标发射/反射的无线信号的方位角。

雷达系统已被广泛使用于飞机和船舶，以用来在有雾的天气条件下和夜间对其进行正确地导航，并确定其与目标之间的当前相对位置。并且，这些雷达系统也被广泛使用于气象观测。

上述雷达系统可以从例如美国专利No.4,588,992中得到。在该传统雷达装置中，通过利用微波的直线传播特性可以任意设置接收无线信号(电磁脉冲波)的方位角范围，并且显示由雷达天线接收的该方位角范围内的电磁波场强。

但是，这种传统的雷达装置存在下列问题。即，需要具有较高技术水平的熟练操作员来操作该雷达装置，以及读取/理解关于接收到的微波场强的显示内容，以便分析所需目标。换句话说，普通操作员、或者初学者不能容易地利用该传统雷达装置的特定功能。

另一方面，举例来说，在传统雷达装置中转动360度雷达天线的情况下，操作员可以确定在各接收角接收到的微波的信号强度。但是，该传统雷达装置不具有这样一种区别显示装置，该装置能区别显示出在相对于全向雷达场的哪个信号接收角处接收到的信号强度最大。

本发明是为了克服传统雷达系统的上述问题，因此，其目的是提供一种便携式无线信号检测系统，它能够显示能被操作者容易地看到的检测结果。

本发明的另一个目的是提供能够广泛地在户外使用的这种无线信号检测系统。

为达到上述目的，根据本发明的无线信号检测系统包括一种无线信号检测系统，包括：一个外壳；一个天线，安装在所述外壳上；角度检测装置，用于当所述天线每旋转一预定角度时检测该转角；场强检测装置，用于在角度检测装置检测的每个转角处测量从目标反射回来的无线信号的场强以获得场强数据；存储装置，用于存储由所述场强检测装置获得的与所述天线的转角相应的多个所述场强数据；显示装置，用于在其上显示存储在存储装置中的场强数据和相应的天线转角；其中，所述无线信号检测系统还包括：判断装置，用于根据存储在所述存储装置中的多个场强数据判断相应于最大场强数据的转角，从而将判断的转角存储到所述存储装置中；以及角度显示控制装置，用于从所述存储装置中读出所述判断的转角以在所述显示装置上显示对应于最大场强的所述读出的转角。

如前面所述，根据本发明可以构成便携式无线信号检测系统，其操作者可以从显示屏幕容易地并且与其他显示内容加以区别地确定在相对于全向检测场的哪个信号接收角度可以检测到强度最大的信号。

为更好地理解本发明，以下结合附图详细地进行说明。其中：

图1是一个框图，表示本发明第一较佳实施例的无线信号检测系统的整体电路结构。

图2表示图1所示的第一天线信号检测系统中的发射和接收的脉冲信号波形。

图3概略地表示了从正面看去的第一无线信号检测系统的一个显示例；

图4是一框图，表示本发明第二较佳实施例的无线信号检测装置的整体电路结构。

图5是关于本发明第三较佳实施例的整体电路结构的框图；

图6是第一至第三实施例中无线信号检测系统中的显示器的显示例；

图7是第一至第三无线信号检测系统的外观的正视图；

图8是第一至第三无线信号检测系统的外观的侧视图；

图9是第一至第三无线信号检测系统的另一种外观形式的正视图；

图10是关于第四较佳实施例的整体电路结构的框图；

图11A至11F是关于第四无线信号检测系统中所使用的显示器的显示例；

图12是第四无线信号检测系统的外观的平面图；

图13是第四无线信号检测系统的外观的侧视图；

图14是第四无线信号检测系统另一种外观形式的侧视图；

图15A至15D是第一天线在各种工作情况下的透视图；

图16是第五较佳实施例的全部电路结构框图；

图17是第五较佳实施例的显示例；

图18是第五无线信号检测系统的另一种显示例的正视图。

【第一无线信号检测系统的总体电路结构】

参照图1至图3，以下详述本发明第一较佳实施例中装在电子表中的无线信号检测系统。

在图1中给出了第一无线信号检测系统的整体电路结构。其中一个小型天线1被装在一个旋转台2上，于是天线1和与其连接的转台2一起旋转。转台2的旋转是手动的，并被转角传感器3所检测。转角传感器3由发光二极管和光晶体管构成的光耦检测转台2上由黑白点或缝隙形成的黑白标记以脉冲的形式检出转台2的转角。

一个由转角传感器3发出的表示天线1转角的时钟脉冲经过驱动放大电路4进入天线角计算电路5。天线角计算电路5将时钟脉冲数彼此相加从而得出天线1的角度数据。得出的角度数据经存储地址控制电路6存入天线角寄存器7，然后被显示于显示单元24。

振荡电路8、分频电路9、控制电路19和计时器电路22构成了电子表电路。就是说，振荡电路8产生出一个参考频率脉冲作为计时参考信号。分频电路9对参考信号分频以获得一个分频脉冲。分频后的脉冲经过控制电路19送至计时器电路22进行计时。相应地，当前的时间被显示在由显示控制电路23控制的显示单元24上。

在第一实施例中，由分频器9得出的分频后的参考频率脉冲也被送至调制电路10。在调制电路10中该分频脉冲被调制到一高(射)频信号上。调制后的信号被送入发射电路11。发射电路11将发射脉冲信号送至收发开关12，同时还送一个与此发射脉冲信号同步的信号给测距电路15。

收发开关12控制前述的携载脉冲信号的无线信号(电磁波)经由天线1的发射和来自目标的反射信号的接收。由收发开关电路12接收到反射信号由变频/放大电路13放大，然后被放大后的信号由检波电路14进行检测，检出的信号被送至测距电路15。测距电路测量从发射电路11送来的与前述发射脉冲信号同步的信号到从检波电路14输入的反射信号之间的时间。于是，测距电路15根据这一时间得出距离数据。上述测时工作是借助于从分频器9来的时钟脉冲来进行的。所得出的距离数据相应于从目标到达该无线信号检测系统的距离，这个距离数据被送入由RAM构成的存储电路16。

存储电路16中包括许多存储区用来存储有关目标的距离数据，相应的存储区由地址控制电路6来寻址，其中来自天线角计算电路5的角度数据被作为地址数据。

例如，与相对天线1的一旋转角度(360°)的每10°转角相应的距离数据被存在存储电路16中，该存储电路具有36个存储区以存储36个距离数据。存储电路中存储的这些距离数据被控制电路19读出并经过存储地址控制电路6在操纵操作单元18上未被示出的距离显示按钮时存入目标距离寄存器17并显示于显示器24。这个数据一直被显示直至再一次操纵距离显示按钮。显示放大数据输出电路20控制被显示的距离数据的显示放大倍数。准确地讲，当操作单元18上未示出的放大倍数选择键被操作时，距离数据按所指定的显示放大倍数通过控制电路20被放大后送至目标距离寄存器17和距离尺度寄存器21，从而使距离数据按指定倍数来显示，同时距离尺度亦被相应地调整。

【第一无线信号检测系统的运行】

在如图1所示的第一无线信号检测系统中，天线1发送出一个发射脉冲并且接收一个接收脉冲如图2所示。发射脉冲在“T1”周期中占有时间长度“L”，接收脉冲(反射脉冲“A”和“B”)在两个相继的发射脉冲之间的“T2”周期中被接收(见图2)。这就是说，例如，当第一发射脉冲的宽度在时宽“L”之内时，天线1在另一时间周期“T2”中从发射模式转换为接收模式。在这一周期“T2”中，从目标反射回来的电磁波经天线1被第一无线信号检测系统接收。若有两个接收脉冲“A”和“B”在天线1于“T2”周期内转角为“0”的条件下被接收时，两个目标“A”和“B”被显示于如图3所示的显示单元24上。

在前述的第一无线信号检测系统中，微波信号很弱，象UHF和VHF这样的准微波频段的FM信号可以被用作从天线1发射出去的发送脉冲。尽管由于采用如此高的频率会使测距范围有某种程度的缩小，但却有许多别的优点，如收发脉冲信号的电路可以做得紧凑，从而可以使收发电路同控制电路19、计时电路22以及天线角计算电路5组合为一个集成电路。

而且，当使用一种工作电流仅为微安量级的液晶显示器作为显示单元24时，第一无线信号检测系统的功耗可以进一步降低。相应地，此种液晶显示器可以由小型电池如干电池和钮扣电池来供电，这种电池本来是用于其它电路的。结果是，既然不再需要高容量的功率源以运行第一无线信号检测系统，该系统将可以做得更为紧凑。

在这种情况下，第一无线信号检测系统可以被制做为一紧凑的应用电子器具如手表、桌面计算器和电子笔记本的形式。此外，该系统可以用为户外便携装置。

【第二无线信号检测系统的电路结构】

图4示出了相应于本发明第二较佳实施例的无线信号检测系统的整体电路结构。应该指出的是该图采用了与图1相同的参考标号以表示相同的电路部分，在以下有关图中如不另加说明的话亦如此。作为第二无线信号检测系统的特点之一，它采用了一个电子方位角传感器25如磁传感器在天线1的旋转台2上。这个电子方位角传感器根据指南针原理检测天线1的指向，该指向随天线1的旋转而变化，并产生一个方位信号。电子方位传感器25检测这一方位信号并把它经由驱动/放大电路26送至方位角计算电路27以计算出方位角数据。然后，计算得出的方位角数据被输入存储地址控制电路28，被用作存储电路16的地址数据。此后，进入方位角寄存器29并被显示在显示单元24。

【第二无线信号检测系统的运行】

在上述第二无线信号检测系统中，方位角数据被用作存储电路地址以取代在第一无线信号检测系统中的天线1的转角数据。于是，既然一般来说无线信号检测系统并不一定要被固定，那么若这种第二无线信号检测系统有轻微的晃动或移动，其天线1的旋转角也会被检测出来。与此相反，第一无线信号检测系统必须被固定以判断其天线1的转角，或者必须根据相对的位置变化来辨别其转角。

根据第二实施例中的这种修正，第二无线信号检测系统中包含了一个电子方位角传感器25。在这种情况下，可以测出相应于各种方位角的目标的距离。

此外，同第一无线信号检测系统相比，既使天线不转动，第二无线信号检测系统也能进行测距并可以做得更为小巧。

如前所述，根据第二实施例，由于目标的距离和方位均可以参照绝对的方位角来显示，高精度的测量和显示可以较容易地实现。

【第三无线信号检测系统的电路结构】

图5示出了根据本发明第三较佳实施例的无线信号检测系统的整体电路结构。

显然，第三无线信号检测系统在结构上只有天线1a与图1所示的第一无线信号检测系统中的天线1不同。也就是说，天线1A是由一簇天线1a，1b，…1n(n为大于1的整数)排列而成的。作为一个阵列天线1a、1b，…1n，沿波导的右上方的细长的、等距的波导开口部分构成了天线1A。扫描天线阵列1a、1b，…1n即可测出目标的方向和距离。根据第三实施例，由于天线1A本身无需转动，整个系统的配置更为简单而且这种第三系统的可携带性进一步得到改善。

【不同的显示形式】

图6详细表示了第一至第三无线信号检测系统中的显示单元24的显示形式。显示单元24有一个第一显示屏24a，它是由液晶显示器制成的，其上有三个环形的距离刻度D、E、F。从中心向上有一直线“G”表示顶向。另一条线“H”表示天线1A的旋转位置并随之旋转。若采用如第二无线信号检测系统中的方位角传感器25，显示器上将显示一个指北符号“I”。然后，以J1、J2、J3，…Jn为标记的由所述的第一或第二、三系统测出的目标亦被显示出来。

应该注意，在第一显示屏24a的周围刻或印有方位角刻度“K”。在液晶显示单元24的第二显示屏24b上，以数值的方式显示出距离范围“L”和第一显示屏上的距离刻度D、E、F之间的间距。在液晶显示单元24的第三显示屏上，顶向线G的方位角“N”和H线的方位角“P”以数值方式被显示。在液晶显示单元24的第四显示屏24d上“Q”和“R”分别是到刻度“D”和“E”的距离的数值。此外，当前的月/日/时间被显示在液晶显示单元24的第五显示屏24e上。

图7和图8表示内部装有前述第一或第二、第三无线信号检测系统的手表型外观。

外壳41被制成手表外壳形状。转盘42位于手表形外壳的上表面且可以旋转。转盘42与前述的转台2相对应。因此天线1即装在此转盘42上，它可以通过手动旋转转盘42而旋转。

如前所述，在这种系统配置中，天线1是手动旋转的，不需使用马达，因而功耗可以被降低而且系统也可以做得紧凑。标号为43的是一个操作按钮，位于外壳41的侧面，而位于外壳41另一侧面的是标号为44的电子方位角传感器。应该指出，第一24a至第六24f显示屏均位于外壳41的上表面。

图9表示无线信号检测系统的另一种外形。相同的标号表示与图7和8中相同的结构元件。在这种外形中，天线1是固定在外壳41上的。

【第四无线信号检测系统】

以下参照图10至图15解释本发明无线信号检测系统的第四实施例。

首先，图10概略地表示了第四无线信号检测系统的电路结构。在这个第四无线信号检测系统中，有一个环形的第一天线51和一个与第一天线相分离的第二天线52，后者垂直放置。第一天线51垂直地安装在转台53上，后者可以360°旋转。当转台53旋转时，天线51亦随之旋转。转台53也即天线51的转角由转角位置传感器54检测出来，后者是由光耦合器构成的。传感器54根据检测出的转角产生一个转角信号，该信号由检测放大器55放大。放大后的转角信号进入天线角计算电路56以求出方位角数据。

另一方面，由第一天线51和第二天线52接收到的无线信号进入检波/合成电路57中被检波和彼此合成以形成场强信号。此场强信号被放大电路58放大，然后被A/D变换器转变为场强数值。于是，场强数值被存入由RAM构成的电子存储电路61。在存储电路61中，场强数据以数字形式被存储在由存储地址读写控制电路60根据相应的方向角所确定的地址中。通过这种方式，当第一天线51被手动或自动地以预定步长转过0°～360°以后，与各转角相应的场强值被存储在存储电路61中并通过显示控制电路63进入液晶显示单元64以被显示。在这种情况下，当第一天线51的转角由天线角计算电路56送入显示控制电路63时，这一方位角在显示控制电路63的控制下显示于显示单元64上。

标号为62的是最大值判断电路。这个最大值判断电路62连续地从存储电路61中读取场强值，并判断出相应于这些场强值之中最大场强的方位角，从而以此方位角来决定无线信号从目标被反射的方向。因此，被确定出的到达信号的方向在显示控制电路63的控制之下被显示于显示单元上。

除了以上所述的方位角测定功能之外，第四无线信号检测系统还提供计时器功能。参考图10，时钟振荡电路65用以产生时钟信号，该信号被用于脉冲信号的参考时钟。该参考脉冲信号被分频电路66分频，然后馈入计时电路67并经系统控制电路69进入显示控制器63。结果是在显示单元64上显示出当前时间。应该注意，系统控制电路69被用来控制第四无线信号检测系统的运行，操作单元68由操作者操纵以选择将被显示单元64显示的数据。

【第四无线信号检测系统的显示例】

图11A至11F表示的是第四无线信号检测系统中显示单元64的一些显示例。在第一天线51被人工或自动地旋转之前，显示单元64上没有任何显示(如图11A)。当第一天线51开始旋转时，接收信号的场强按照前述的方式被处理之后连续地显示于显示单元64的液晶屏上，如图11B所示，第一天线51正在扫描，在液晶屏上A方向的接收信号被显示。图11C表示当第一天线51的第一次扫描完成之后，A方向及其相反方向上的场强均被显示出来。图11D表示当第一天线51和第二天线52接收的信号被合成之后的情形，其中A方向上的信号连续地被显示。此后，最大值判定电路62判定出输入信号电平(场强)中的最大值以确定无线信号的到达方向。结果，判断出来的信号到达方向被表示为一个箭头(如图11E)。图11F表示第一天线51在第二次扫描中的情形，此时第一次扫描时的箭头(如图11E)被覆盖并显示为一个白框。

【第四无线信号检测系统的外观】

图12至14示出了图10所示的第四无线信号检测系统的各种外观。标号为71的是一手表形外壳，其中装有第四无线信号检测系统的电路。构成显示单元74的液晶屏被置于外壳71的上表面。一环形的旋转沟缘73位于外壳71上表面上的液晶屏的周围。环形的第一天线51安装在旋转沟缘73上，该环形天线可以从此沟缘中被拉起。相应地，旋转沟缘73构成图10中的转台53。另一方面，第二天线52被装在外壳71的侧面，此第二天线52可以旋转和伸缩。如前面已经详细描述过的那样，由于第一天线51和第二天线52都是可折叠的，在手表型外壳上没有突出部分，因此该外壳在第四无线信号检测系统不工作时可以很容易地被携带。标号为74的是一操作按钮，75是装表带的部分。

图15A至15D表示第一天线51足如何从前述沟缘73上被安装和拉起的。如图15A所示，第一天线51在折叠的状态下躺在旋转沟缘73上。当第一天线51被拉起时，该天线是逐步被立起的(如图15B和15C所示)。最后，第一天线51垂直地站立在旋转沟缘73上(如图15D所示)。在如图15D所示的站立状态下，旋转沟缘73被旋转，从而可以完成前述的信号到达方向的检测并被显示在液晶显示屏72上。

如前所述，根据第四无线信号检测系统，该检测系统可以做得很紧凑且易于操作，此外还可以简单和正确地显示无线信号的到达方向。

【第五无线信号检测系统的结构/显示】

图16示出了作为本发明第五实施例的无线信号检测系统的电路结构。需要指出的是，与第四实施例中相同的标号均表示相同的电路部分，这一点在以下的描述中不再做进一步解释。一个电子方位角传感器81被装在第一无线51的转台53上。电子方位角传感器用微弱的地磁场来检测北极方向。相应地，第一天线51的旋转方向通过以测试点的指北向作为参考方向角的方式被测出。电子方位角传感器81使用一磁阻元件，此磁阻被装在由两个电磁线圈规定的空间中，其中一个是工作线圈，另一个是偏置线圈。这两个线圈被置于X轴上与Y轴正交。

由电子方位角传感器81检出的方位角信号经驱动电路和传感放大电路82送至方位角计算电路83，方位角计算电路83把第一天线51的方位角模拟信号转变为相应的数字信号。根据这一数字值，存储电路61的地址被控制来存储第一天线51的相对于磁北极的接收场强。在如图16所示的第五无线信号检测系统中，标号为84的是方位角寄存器，它被用来从接收到的场强中检出最大值以判定无线信号到达方向。标号为85的是锁存电路，用来读取先前存入存储器61中的场强值。标号为86的是最大值寄存器的写控制电路以写入从锁存器85中读出的数据。寄存器87中的最大场强值与锁存器85中的最大场强值在比较器88中相比较，其结果存入方位角寄存器84。

图17表示第五无线信号检测系统的显示单元64的显示屏72。如图17所示，一旋转沟缘73被置于液晶屏72的外边。方位角由旋转缘73来指示。于是，操作者可以在液晶屏72上看出无线信号的到达方向。

图18概略地表示了第五无线信号检测系统的另一种显示单元64。这种显示单元64带有一个第一显示区91用来显示电子指南针，该显示区显示由指南针测出的12点的方位角；第二显示区92用以显示接收信号的频率和由指南针测出的角接收的无线信号到达方向。

根据第五无线信号检测系统，由于无线信号到达方向被显示为绝对方向或0～360度之间的数字值，无线信号的到达方向可以被正确地显示而与第五无线信号检测系统本身的方向和高度无关，这意味着提高了系统的适用性。

Claims (4)

1、一种无线信号检测系统，包括：

一个外壳(71)；

一个天线(51)，安装在所述外壳上；

角度检测装置(55，56)，用于当所述天线每旋转一预定角度时检测该转角；

场强检测装置(59)，用于在角度检测装置检测的每个转角处测量从目标反射回来的无线信号的场强以获得场强数据；

存储装置(61)，用于存储由所述场强检测装置获得的与所述天线的转角相应的多个所述场强数据；

显示装置(64，72)，用于在其上显示存储在存储装置中的场强数据和相应的天线转角；

其特征在于，所述无线信号检测系统还包括：

判断装置(62，84)，用于根据存储在所述存储装置中的多个场强数据判断相应于最大场强数据的转角，从而将判断的转角存储到所述存储装置中；以及

角度显示控制装置(64，72)，用于从所述存储装置中读出所述判断的转角以在所述显示装置上显示对应于最大场强的所述读出的转角。

2、如权利要求1所述的无线信号检测系统，其中所述的天线为可手动旋转的天线。

3、如权利要求1所述的无线信号检测系统，其特征在于：

所述角度显示装置还包括：

区别显示装置，用于在其上显示存储在所述存储装置中的多组所述场强数据和相应的转角，并用于以区别于其他显示内容的方式显示由所述判断装置判断的对应于所述最大场强数据的转角。

4、如权利要求1所述的无线信号检测系统，其中：

所述外壳(71)具有适合于安装在操作者手腕上的形状。

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