DE102016110734B4

DE102016110734B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Messung von Fahrzeugantennen

Info

Publication number: DE102016110734B4
Application number: DE102016110734.4A
Authority: DE
Inventors: David Hamann; Udo Seewig
Original assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Current assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Priority date: 2016-06-10
Filing date: 2016-06-10
Publication date: 2019-03-07
Anticipated expiration: 2036-06-11
Also published as: DE102016110734A8; DE102016110734A1

Abstract

Verfahren zur Messung von mindestens einer Fahrzeugantenne (3) eines Fahrzeugs (2), wobei von mindestens einem Signalgenerator (8, 8.1, 8.2) mindestens ein Sendesignal (18, 18.1, 18.2, 18.3) ausgesendet und dieses von der Fahrzeugantenne (3) empfangen wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
mindestens ein unbemanntes Flugobjekt (7, 7.1, 7.2) den mindestens einen Signalgenerator (8, 8.1, 8.2) umfasst, der an einer gesteuerten kardanischen Aufhängung befestigt ist, und
das unbemannte Flugobjekt (7, 7.1, 7.2) mittels einer Antenne (9, 9.1, 9.2) Zeit- und Positionsangaben (5) von einem globalen Navigationssatellitensystem (6) empfängt, und das Fahrzeug (2) mittels einer Antenne (4) Zeit- und Positionsangaben (5) von dem globalen Navigationssatellitensystem (6) empfängt, und
die von der Antenne (4) des Fahrzeugs (2) empfangenen Zeit- und Positionsangaben (5) einer Recheneinheit (10) zugeführt werden, und
die Recheneinheit (10) eine Positionsangabe (11) an das unbemannte Flugobjekt (7, 7.1, 7.2) sendet, und
die Recheneinheit (10) ein Zeitsignal (12) zur zeitlichen Synchronisierung an einen Messempfänger (13) sendet, und
die von der Antenne (9, 9.1, 9.2) des unbemannten Flugobjekts (7, 7.1, 7.2) empfangene Positionsangabe (14, 14.1, 14.2) einer Recheneinheit (15, 15.1, 15.2) zugeführt wird, und die Recheneinheit (15, 15.1, 15.2) aufgrund der vom Fahrzeug (2) empfangenen Positionsangabe (11) als auch aufgrund der von der Antenne (9, 9.1, 9.2) enthaltenen Positionsangabe (14, 14.1, 14.2) sowohl eine Winkellage (16, 16.1, 16.2) zur geometrischen Ausrichtung des Signalgenerators (8, 8.1, 8.2) als auch einen definierbaren räumlichen Abstand zwischen dem Signalgenerator (8, 8.1, 8.2) und der Fahrzeugantenne (3) berechnet, und
der Signalgenerator (8, 8.1, 8.2) mittels eines von der Antenne (9, 9.1, 9.2) übermittelten Zeitsignals (17, 17.1, 17.2) ein Aussenden eines Sendesignals (18, 18.1, 18.2) synchronisiert, und
zeitlich während der Messung die kardanische Aufhängung den Signalgenerator (8, 8.1, 8.2) in jeder räumlichen Position auf das zu vermessende Fahrzeug (2) permanent ausrichtet, und
zeitlich während der Messung der Signalgenerator (8, 8.1, 8.2) auf einen definierbaren räumlichen Abstand zu der Fahrzeugantenne (3) gehalten wird, und
zeitlich während der Messung der Messempfänger (13) für jede Position des unbemannten Flugobjekts (7, 7.1, 7.2) das von der Fahrzeugantenne (3) empfangene Sendesignal (18, 18.1, 18.2) aufzeichnet.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Messung von mindestens einer Fahrzeugantenne gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 6.
Ein Ziel in der Messung von Fahrzeugantennen liegt in der Erstellung eines Antennendiagramms.
Mittels Fahrzeugantennen können analoge oder digitale Kommunikations- und Rundfunksignale, Radar- und Satellitensignale empfangen werden.
Beispielsweise werden digitale Rundfunksignale mittels geostationärer/geosynchroner Satellitensysteme gesendet.
Ein solches Rundfunksystem ist beispielsweise SDARS (satellite digital audio radio services) in Nordamerika.
Stand der Technik
Aus der DE 10 2006 009 634 B4 ist eine hochpräzise Prüfung von Telematikeinrichtungen für Fahrzeuge bekannt, bei welcher das Fahrzeug für die Zeit der Diagnose in einer definierten Position zu stationären Antennen ist, wobei die stationären Antennen Prüfsignale aussenden.
Zur Simulation einer Straßenfahrt können als Prüfsignale auch künstliche Satellitensignale eingestrahlt werden.
Aus der DE 10 2008 062 734 A1 ist ein Verfahren zum Testen eines Rundfunkempfängers in einem Fahrzeug bekannt, wobei während einer Versuchsfahrt das an einem Anschluss der Fahrzeugantenne empfangene analoge Signal in ein digitales Signal gewandelt und anschließend in einem gesamten Frequenzband abgespeichert wird.
Nach der Versuchsfahrt wird das gespeicherte Signal in ein analoges Signal, das an den Rundfunkempfänger des Fahrzeugs nach der Versuchsfahrt ausgegeben wird, umgewandelt.
Aus der EP 1 242 829 B1 ist eine Messanordnung aufweisend eine Abgabeeinrichtung zur Abgabe von Strahlungsfeldern sowie eine Messeinrichtung zur Ausrichtung und/oder Positionierung und/oder Erfassung der elektromagnetischen Charakteristika der Abgabeeinrichtung bekannt.
Als Messeinrichtung ist eine fernsteuerbare, eine Messsonde zur Erfassung des gerichteten Strahlungsfeldes vor der Abgabeeinrichtung aufweisende schwebefähige Messeinrichtung vorgesehen.
Die Messeinrichtung weist eine Einrichtung mit Vorrichtungen zur Bestimmung von Lage und Position der Messeinrichtung auf.
Die Größe und Masse der Messeinrichtung ist im Verhältnis zur Abgabeeinrichtung klein gewählt.
In speziellen Messhallen, sogenannte Radome, können Fahrzeuge auf einem Drehteller unter einem Antennenarm vermessen werden.
Die US 9,201,109 B2 beschreibt einen mobilen Antennenarm.
Aus den Artikeln von Friedrich Schwefel und Luc Haeberlé: Gutes über Drohnen. Messungen an terrestrischen Funkantennen mit RPAs. In: NET, 9/15; 18-21 und LS telcom AG: Sonderausgabe Critical Communications. 77839 Lichtenau, 01/2015. 3. - Firmenschrift ist ein adaptieter ferngesteuerter Multikopter zur Ermittlung eines horizontalen und vertikalen Antennendiagramms von terrestrischen Antennenanlagen bekannt.
In der Bachelorarbeit an der Berner Fachhochschule von Bernhard Matthias Nyffenegger und Stefan Weber: Vermessung von Antennendiagrammen mit Empfänger auf fliegender Plattform, vorgestellt am 26.06.2015, Seite 40 wird ein Multikopter zur Ermittlung eines horizontalen Antennendiagramms von Sendeantennen beschrieben.
Aus der DE 10 2011 015 917 B4 ist ein Verfahren zur Freiraum-Funksignalmessung mit einer Funksendeeinheit mit einer Sendeantenne, einer davon separaten Funkempfangseinheit, die mindestens eine Messantenne und einen daran angeschlossenen Funkempfänger hat, und mit einer Positionserfassungseinrichtung, wobei die mindestens eine Messantenne oder Sendeantenne mittels einer schwebenden Plattform zu einer Messposition verbracht wird, bekannt.
Die mindestens eine Messantenne oder die Sendeantenne bewegt sich während der Messperiode ohne Verlassen der Messposition durch die schwebende Plattform.
Ein von der Funksendeeinheit über die Sendeantenne ausgesendetes Signal im elektromagnetischen Fernfeld wird während der Messperiode über die mindestens eine Messantenne und die Funkempfangseinheit in Form eines Bandpasssignals gemessen. Während der Messperiode wird eine Vielzahl von Messwerten des Bandpasssignals erfasst. Die Messposition wird mittels der Positionserfassungseinrichtung erfasst.
Die absolute Feldstärke des ausgesendeten Signals wird aus der Messposition und der Vielzahl von Messwerten des Bandpasssignals ermittelt, indem ein oder mehrere Maximalwerte der Trägeramplitude des Bandpasssignals aus der Vielzahl von Messwerten bestimmt werden und die absolute Feldstärke proportional zu dem Maximalwert bzw. den Maximalwerten ermittelt wird.
Störungen des von der Sendeantenne zur Messantenne gebildeten Übertragungskanals aus der Messposition und der Vielzahl von Messwerten des Bandpasssignals wird durch die Schritte ermittelt:

Ermittlung von Nutz- und Störsignalanteilen und deren Feldstärken aus den erfassten Messwerten des Bandpasssignals,
Vergleich der ermittelten Nutz- und Störsignalanteile und deren Feldstärken mit Ergebnissen wenigstens einer numerischen Simulation elektromagnetischer Wellen im Übertragungskanal,
Entscheidung, ob wenigstens ein festgelegtes Übereinstimmungskriterium bezüglich der Übereinstimmung der Ergebnisse der numerischen Simulation und der ermittelten Nutz- und Störsignalanteile und deren Feldstärken erfüllt ist, und/oder Bestimmung einer Abweichung der Ergebnisse der numerischen Simulation von den ermittelten Nutz- und Störsignalanteilen und der Feldstärken charakterisierenden Größe.

Aus der DD 299 769 A7 ist ein Verfahren zur Messung räumlicher Strahlungscharakteristiken mittels Messhubscrauber, wobei eine Messantenne ständig in einer definierten Richtung zum Messobjekt nachgeführt wird, bekannt.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung anzugeben, welche eine Erstellung eines Antennendiagramms von mindestens einer Fahrzeugantenne bei einer Freilandmessung gewährleistet.
Lösung der Aufgabe
Die Erfindung wird sowohl mittels eines Verfahrens gemäß Anspruch 1 als auch durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 6 gelöst.
Vorteile der Erfindung
Während einer Freilandmessung umfliegt das unbemannte Flugobjekt mit mindestens einem Signalgenerator das Fahrzeug mit der zu messenden Fahrzeugantenne.
Die Winkellage des Signalgenerators wird dabei permanent auf die Fahrzeugantenne ausgerichtet.
Der Signalgenerator des unbemannten Flugobjektes wird dabei auf einem definierbaren Abstand zu der Fahrzeugantenne gehalten.
Hierdurch können während einer Freilandmessung ein Antennendiagramm sowie ein Antennengewinn unabhängig von speziellen Messfeldern oder Radomen ermittelt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird das von der Fahrzeugantenne empfangene Sendesignal für eine objektive Bewertung einem Messempfänger zugeführt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird das von der Fahrzeugantenne empfangene Sendesignal für eine subjektive Bewertung einem Kommunikations-/Unterhaltungsgerät zugeführt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sendet die Sendeantenne ein Sendesignal aus, welches ein simuliertes Satellitensignal repräsentiert. Hierdurch kann eine Versuchsfahrt unabhängig von geographischen Gegebenheiten erfolgen, da die Sendesignale denen von geostationären/geosynchronen Satelliten entsprechen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sendet ein stationärer Signalgenerator ein Sendesignal aus, welches ein Sendesignal einer simulierten Relaisstation repräsentiert. Eine zeitliche Synchronisierung des ausgesendeten Sendesignals erfolgt mittels eines von dem globalen Navigationssatellitensystem empfangenen Zeitsignals. Dies ermöglicht eine Versuchsfahrt, in welcher Fahrten durch Häuserschluchten nachgebildet werden können.
Weiterhin besteht die Möglichkeit, dass der Signalgenerator des unbemannten Flugobjekts ein Sendesignal aussendet, welches ein Sendesignal einer simulierten Relaisstation oder eines simulierten terrestrischen Repeaters repräsentiert. Hiermit sind keine stationären Signalgeneratoren erforderlich.
Figurenliste
Es zeigen:

1: eine schematische Darstellung einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform;
2: eine schematische Darstellung einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform.

1 zeigt eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1.
Ein Fahrzeug 2 umfasst mindestens eine Fahrzeugantenne 3.
Weiterhin umfasst das Fahrzeug 2 eine Antenne 4 zum Empfang von Zeit- und Positionsangaben 5 eines globalen Navigationssatellitensystems 6.
Die Antenne 4 kann am Fahrzeug 2 fest verbaut sein oder ist lediglich während der Messung innerhalb des Fahrzeuges 2 angeordnet.
Das Fahrzeug 2 kann hierbei beispielsweise ein Straßenfahrzeug, ein Schienenfahrzeug, ein Wasserfahrzeug oder ein Flugzeug sein.
Ein unbemanntes Flugobjekt 7 umfasst ein Signalgenerator 8, welcher an einer nicht dargestellten gesteuerten kardanischen Aufhängung befestigt ist.
Weiterhin umfasst das unbemannte Flugobjekt 7 eine Antenne 9 zum Empfang von Zeit- und Positionsangaben 5 eines globalen Navigationssatellitensystems 6.
Die von der Antenne 4 des Fahrzeuges 2 empfange Zeit- und Positionsangaben 5 werden einer Recheneinheit 10 zugeführt, welche eine Positionsangabe 11 an das unbemannte Flugobjekt 7 sendet.
Zur zeitlichen Synchronisierung sendet die Recheneinheit 10 ein Zeitsignal 12 an einen Messempfänger 13.
Die von der Antenne 9 des unbemannten Flugobjektes 7 empfangene Positionsangabe 14 wird einer Recheneinheit 15 zugeführt.
Die Recheneinheit 15 berechnet aufgrund der vom Fahrzeug 2 empfangenen Positionsangabe 11 als auch aufgrund der von der Antenne 9 erhaltenen Positionsangabe 14 sowohl eine Winkellage 16 zur geometrischen Ausrichtung des Signalgenerators 8 als auch einen definierbaren räumlichen Abstand zwischen dem Signalgenerator 8 und der Fahrzeugantenne 3.
Der Signalgenerator 8 synchronisiert mittels eines von der Antenne 9 übermittelten Zeitsignals 17 ein Aussenden eines Sendesignals 18.
Das unbemannte Flugobjekt 7 umfliegt dabei das Fahrzeug 2 auf einer das Fahrzeug 2 ganz oder teilweise umschließenden Hüllfläche.
Der Signalgenerator 8 gibt ein Sendesignal 18 beispielsweise in Form eines Schmal- oder Breitbandsignals ab.
Die kardanische Aufhängung richtet den Signalgenerator 8 in jeder räumlichen Position auf das zu vermessende Fahrzeug 2 aus und der im Fahrzeug 2 mitlaufender Messempfänger 13 zeichnet für jede Position des unbemannten Flugobjekts 8 das von der Fahrzeugantenne 3 empfangene Sendesignal 18 auf.
Zudem kann das von der Fahrzeugantenne 3 empfangene Sendesignal 18 für eine subjektive Bewertung einem Kommunikations-/Unterhaltungsgerät 19, beispielsweise einem Radio oder Mobilfunkgerät, zugeführt werden.
Die genaue Raum-Zeit-Kurve des unbemannten Flugobjekts 7 wird mittels der von der Antenne 9 empfangenen Zeit- und Positionsangaben 5 aufgezeichnet.
Weiterhin wird die genaue Raum-Zeit-Kurve des Fahrzeugs 2 mittels der von der Antenne 4 empfangenen Zeit- und Positionsangaben 5 aufgezeichnet.
Die Raum-Zeit-Kurve des unbemannten Flugobjekts 7 wird zusammen mit der Raum-Zeit-Kurve des Fahrzeugs 2 für eine spätere Raumfehlerkorrekturrechnung verwendet.
Durch die Kombination der Algorithmen für die Flugbahn auf definierten Wegpunkten und die Ausrichtung der kardanischen Aufhängung und des an der kardanischen Aufhängung montierten Signalgenerators 8 können die Antennendiagramme und der Antennengewinn von Fahrzeugantennen 3 von nahezu beliebig großen Fahrzeugen 2 vermessen werden.
2 zeigt eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1.
Im Vergleich zu der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung 1 zwei unbemannte Flugobjekte 7.1 und 7.2, die in ihrem Aufbau dem in 1 dargestellten unbemannten Flugobjekt 7 entsprechen, wobei die Bezugszeichen entsprechend angepasst wurden, sowie eine stationäre Relaisstation 20.
Die von den unbemannten Flugobjekten 7.1 und 7.2 ausgesendeten Sendesignale 18.1 und 18.2 simulieren Sendesignale von geostationären/geosynchronen Satelliten.
Die stationäre Relaisstation 20 umfasst eine Antenne 21 zum Empfang eines von dem globalen Navigationssatellitensystem 6 ausgesendeten Zeitsignals 22 sowie einen Signalgenerator 23, welcher ein mit dem empfangenen Zeitsignal 22 synchronisiertes Sendesignal 23 generiert.
Das vom dem Signalgenerator 23 ausgesendete Sendesignal 18.3 ist beispielsweise ein Kommunikations-, Daten- oder Rundfunksignal, welches synchron zur Nachbildung einer Relaisstation oder eines terrestrischen Repeaters in urbanen Gebieten verwendet wird.
Die beiden unbemannten Flugobjekte 7.1 und 7.2 verfolgen dabei das fahrende Fahrzeug 2 mit jeweils einem definierten räumlichen Abstand und in einer definierten Höhe.
Die Signalgeneratoren 8.1, 8.2 und 23 senden Sendesignale 18.1, 18.2 und 18.3 aus, die von Fahrzeugantenne 3 empfangen werden.
Die Verarbeitung der empfangenen Sendesignale 18.1, 18.2 und 18.3 erfolgt analog der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform.

Claims

Verfahren zur Messung von mindestens einer Fahrzeugantenne (3) eines Fahrzeugs (2), wobei von mindestens einem Signalgenerator (8, 8.1, 8.2) mindestens ein Sendesignal (18, 18.1, 18.2, 18.3) ausgesendet und dieses von der Fahrzeugantenne (3) empfangen wird, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein unbemanntes Flugobjekt (7, 7.1, 7.2) den mindestens einen Signalgenerator (8, 8.1, 8.2) umfasst, der an einer gesteuerten kardanischen Aufhängung befestigt ist, und das unbemannte Flugobjekt (7, 7.1, 7.2) mittels einer Antenne (9, 9.1, 9.2) Zeit- und Positionsangaben (5) von einem globalen Navigationssatellitensystem (6) empfängt, und das Fahrzeug (2) mittels einer Antenne (4) Zeit- und Positionsangaben (5) von dem globalen Navigationssatellitensystem (6) empfängt, und die von der Antenne (4) des Fahrzeugs (2) empfangenen Zeit- und Positionsangaben (5) einer Recheneinheit (10) zugeführt werden, und die Recheneinheit (10) eine Positionsangabe (11) an das unbemannte Flugobjekt (7, 7.1, 7.2) sendet, und die Recheneinheit (10) ein Zeitsignal (12) zur zeitlichen Synchronisierung an einen Messempfänger (13) sendet, und die von der Antenne (9, 9.1, 9.2) des unbemannten Flugobjekts (7, 7.1, 7.2) empfangene Positionsangabe (14, 14.1, 14.2) einer Recheneinheit (15, 15.1, 15.2) zugeführt wird, und die Recheneinheit (15, 15.1, 15.2) aufgrund der vom Fahrzeug (2) empfangenen Positionsangabe (11) als auch aufgrund der von der Antenne (9, 9.1, 9.2) enthaltenen Positionsangabe (14, 14.1, 14.2) sowohl eine Winkellage (16, 16.1, 16.2) zur geometrischen Ausrichtung des Signalgenerators (8, 8.1, 8.2) als auch einen definierbaren räumlichen Abstand zwischen dem Signalgenerator (8, 8.1, 8.2) und der Fahrzeugantenne (3) berechnet, und der Signalgenerator (8, 8.1, 8.2) mittels eines von der Antenne (9, 9.1, 9.2) übermittelten Zeitsignals (17, 17.1, 17.2) ein Aussenden eines Sendesignals (18, 18.1, 18.2) synchronisiert, und zeitlich während der Messung die kardanische Aufhängung den Signalgenerator (8, 8.1, 8.2) in jeder räumlichen Position auf das zu vermessende Fahrzeug (2) permanent ausrichtet, und zeitlich während der Messung der Signalgenerator (8, 8.1, 8.2) auf einen definierbaren räumlichen Abstand zu der Fahrzeugantenne (3) gehalten wird, und zeitlich während der Messung der Messempfänger (13) für jede Position des unbemannten Flugobjekts (7, 7.1, 7.2) das von der Fahrzeugantenne (3) empfangene Sendesignal (18, 18.1, 18.2) aufzeichnet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das von der Fahrzeugantenne (3) empfangene Sendesignal (18, 18.1, 18.2, 18.3) empfangen und für eine objektive Bewertung einem Messempfänger (13) zugeführt wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das von der Fahrzeugantenne (3) empfangene Sendesignal (18, 18.1, 18.2, 18.3) empfangen für eine subjektive Bewertung einem Kommunikations-/Unterhaltungsgerät (19) zugeführt wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalgenerator (8, 8.1, 8.2) ein Sendesignal (18, 18.1, 18.2) aussendet, welches ein simuliertes Satellitensignal repräsentiert.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein stationärer Signalgenerator (23) ein Sendesignal (18.3) aussendet, welches ein Sendesignal einer simulierten Relaisstation repräsentiert, wobei eine Synchronisierung mittels eines von dem globalen Navigationssatellitensystem (6) empfangenen Zeitsignals (22) erfolgt.
Vorrichtung (1) zur Messung von mindestens einer Fahrzeugantenne (3) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) mindestens ein unbemanntes Flugobjekt (7, 7.1, 7.2) mit mindestens einem Signalgenerator (8, 8.1, 8.2) und einer Antenne (9, 9.1, 9.2) zur Erfassung von Zeit- und Positionsangaben (5) eines globalen Navigationssatellitensystems (6) sowie ein Fahrzeug (2) mit der mindestens einen Fahrzeugantenne (3) und einer Antenne (4) zur Erfassung von Zeit- und Positionsangaben (5) eines globalen Navigationssatellitensystems (6) aufweist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) mindestens eine stationäre Relaisstation (20) mit mindestens einem Signalgenerator (23) und einer Antenne (21) zur Erfassung von einem Zeitsignal (22) des globalen Navigationssatellitensystems (6) aufweist.