一种具有无线设备时延标定的测量装置和方法与流程

本发明涉及无线测量系统中的具有无线设备时延标定的测量装置和方法。

背景技术：

无线电测量技术通过测量发射测量信号和接收测量信号间的时间差，获得空间距离测量值，其中包含测量信号产生设备、接收设备的设备时延值，因此，设备时延是影响无线电测量性能的重要参数，设备时延是测量信号产生设备、接收设备的固有特性，将设备时延值测量出来的方法，称之为“设备时延标定”。

目前，主要采用两种方法对无线电测量系统中的设备时延进行标定：

第一种方法，为分段测量法，即将测量信号产生设备或接收设备分为多个独立的部分，分别测量设备时延，测量信号产生设备或接收设备的设备时延为多个独立部分设备时延的和。

第二种方法，通过在无线电测量系统中增加冗余的测量环路，通过多种环路的组合测量，获得多个观测方程，从而解算出链路的设备时延，该方法的前提是，必须事先已知测量信号产生和接收前端部分的设备时延。

第一种方法在测量中分段处理，测量结果的不确定度随分段的数量增多而增大，且每一部分测量方法和采用的测量设备不尽相同，也会增大测量结果的不确定度；第二种方法，需要一定的先验数据，冗余链路使得系统复杂度提高，降低系统的可靠性，不利于系统设备时延的稳定性。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于避免上述背景技术中的不足而提供一种具有无线设备时延标定的测量装置和方法。

本发明采用的技术方案为：

一种具有无线设备时延标定的测量装置，包括：测量信号产生设备、测量信号接收设备、天线、标定天线和设备时延处理设备；

测量信号产生设备以本地测量基准为参考产生无线时延标定信号，通过天线进行发射；标定天线接收无线时延标定信号后发送至设备时延处理设备；设备时延处理设备以本地测量基准为参考，测量本地测量基准与无线时延标定信号间的时差，该时差即为发射时延标定测量结果；

测量信号产生设备以本地测量基准为参考产生无线时延标定信号，通过标定天线进行发射；天线接收无线时延标定信号发送至测量信号接收设备；测量信号接收设备以本地测量基准为参考，测量本地测量基准与无线时延标定信号间的时差，该时差即为接收时延标定测量结果；

测量信号产生设备以本地测量基准为参考产生测量信号，通过天线进行发射；测量信号接收设备通过天线接收测量信号，以本地测量基准为参考，测量本地测量基准与测量信号间的时差，该时差即为时差测量结果。

其中，还包括第一开关和第二开关，所述的第一开关和第二开关均为单刀双掷开关，由动端、第一不动端和第二不动端组成；

闭合第一开关的动端和第一不动端，闭合第二开关的动端和第一不动端，测量信号产生设备以本地测量基准为参考产生无线时延标定信号，经第一开关的动端和第一不动端由天线进行发射；标定天线接收无线时延标定信号经第二开关的动端和第一不动端发送至设备时延处理设备；

闭合第一开关的动端和第二不动端、闭合第二开关的动端和第二不动端，测量信号产生设备以本地测量基准为参考产生无线时延标定信号，经由标定天线进行发射；测量信号接收设备通过天线接收测量信号；

闭合第一开关的动端和第一不动端，测量信号产生设备以本地测量基准为参考产生测量信号，经第一开关的动端和第一不动端由天线进行发射；测量信号接收设备通过天线接收测量信号。

其中，测量信号产生设备用于产生测量信号或者产生无线时延标定信号；测量信号接收设备用于接收测量信号或者接收无线时延标定信号，并输出测量结果。

一种无线设备时延标定的测量方法，包括以下步骤：

(1)在测量前，用测量信号产生设备、标定天线、辅助天线和设备时延处理设备进行校准，获得测量信号产生设备的设备时延和标定天线的设备时延；其中，设备时延处理设备的设备时延为已知；

(2)设备时延处理设备测量本地测量基准与测量信号产生设备发送来的无线时延标定信号间的时差，在时差中扣除设备时延处理设备的设备时延、标定天线的设备时延和天线与标定天线间的空间距离产生的时延，获取发射链路的设备时延；其中，发射链路由测量信号产生设备与天线组成；

(3)测量信号接收设备测量本地测量基准与测量信号产生设备发送来的无线时延标定信号间的时差，在时差中扣除测量信号产生设备的设备时延、标定天线的设备时延和天线与标定天线间的空间距离产生的时延，获得接收链路的设备时延；其中，接收链路由测量信号接收设备与天线组成；

(4)测量信号产生设备以本地测量基准为参考产生测量信号，通过天线进行发射；测量信号接收设备通过天线接收测量信号后，以本地测量基准为参考，测量本地测量基准与测量信号间的时差，获得测量结果；在测量结果中扣除发射链路的设备时延和接收链路的设备时延，得到实际的测量结果；

完成无线设备时延的标定。

其中，步骤(2)具体包括以下步骤：

(201)测量信号产生设备以本地测量基准为参考产生无线时延标定信号，通过天线进行发射；

(202)标定天线接收无线时延标定信号发送至设备时延处理设备；

(203)设备时延处理设备以本地测量基准为参考，测量本地测量基准与无线时延标定信号间的时差；

(204)在时差中扣除设备时延处理设备的设备时延、标定天线的设备时延和天线与标定天线间的空间距离产生的时延，获得发射链路的设备时延；其中，发射链路由测量信号产生设备与天线组成。

其中，步骤(3)具体包括以下步骤：

(301)测量信号产生设备以本地测量基准为参考产生无线时延标定信号，通过标定天线进行发射；

(302)天线接收无线时延标定信号发送至测量信号接收设备；

(303)测量信号接收设备以本地测量基准为参考，测量本地测量基准与时延标定信号间的时差；

(304)在时差中，扣除测量信号产生设备的设备时延、标定天线的设备时延和天线与标定天线间的空间距离产生的时延，获得接收链路的设备时延；其中，接收链路由测量信号接收设备与天线组成。

其中，当辅助天线为1个时，步骤(1)中所述的在测量前，用测量信号产生设备、标定天线、辅助天线和设备时延处理设备进行校准，具体包括以下步骤：

(1001)测量信号产生设备以本地测量基准为参考产生无线时延标定信号，通过标定天线发射；

(1002)设备时延处理设备通过辅助天线接收无线时延标定信号后，以本地测量基准为参考测量本地测量基准与无线时延标定信号间的时差；所述的辅助天线与标定天线为完全一致的天线；

(1003)在时差中扣除测量信号产生设备的设备时延、设备时延处理设备的设备时延和标定天线与辅助天线间的空间距离产生的时延，得到标定天线与辅助天线的设备时延的总和；其中，测量信号产生设备的设备时延由设备时延处理设备直接标定获得，设备时延处理设备的设备时延为已知；

(1004)通过标定天线与辅助天线的设备时延的总和获得标定天线的设备时延；其中，标定天线与辅助天线的设备时延相等，标定天线的设备时延为设备时延总和的二分之一。

其中，当辅助天线为2个时，所述的步骤(1)中在测量前，用测量信号产生设备、标定天线、辅助天线和设备时延处理设备进行校准，具体为：

(1011)标定天线与辅助天线组成天线组，从天线组中任选择两个天线；

(1012)测量信号产生设备以本地测量基准为参考产生无线时延标定信号，通过其中一个天线发射；

(1013)设备时延处理设备通过另一个天线接收无线时延标定信号后，以本地测量基准为参考测量本地测量基准与无线时延标定信号间的时差；

(1014)在时差中扣除测量信号产生设备、设备时延处理设备的设备时延和两个天线间的空间距离产生的时延，获得两个天线的设备时延的总和；其中，测量信号产生设备的设备时延由设备时延处理设备直接标定获得，设备时延处理设备的设备时延为已知；

(1015)在天线组中重新选择两个天线，跳转到步骤(1012)，直到获得3次两个天线的设备时延的总和；

(1016)以两个辅助天线的设备时延和标定天线的设备时作为未知数，将获得的所有两个天线的设备时延的总和构建方程组，解算出未知数。

其中，当辅助天线为3个或3个以上时，步骤(1)中所述的在测量前，用测量信号产生设备、标定天线、辅助天线和设备时延处理设备进行校准，具体包括以下步骤：

(1021)标定天线与辅助天线组成天线组，从天线组中任选择两个天线；

(1022)测量信号产生设备以本地测量基准为参考产生无线时延标定信号，通过其中一个天线发射；

(1023)设备时延处理设备通过另一个天线接收无线时延标定信号后，以本地测量基准为参考测量本地测量基准与时延标定信号间的时差；

(1024)在时差中扣除设备时延处理设备的设备时延和两个天线间的空间距离产生的时延，获得测量信号产生设备和两个天线的设备时延的总和；其中，设备时延处理设备的设备时延和两个天线间的空间距离产生的时延为已知；

(1025)在天线组中重新选择两个天线，跳转到步骤(1022)，直到获得N+2次测量信号产生设备和两个天线的设备时延的总和；所述的N为辅助天线的个数；

(1026)以测量信号产生设备的设备时延、标定天线的设备时延和辅助天线的设备时延作为未知数，将获得的所有测量信号产生设备和两个天线的设备时延的总和构建方程组，解算出未知数。

本发明相比背景技术具有如下优点：

(i)本发明提出的一种具有无线设备时延标定的测量装置，能够对无线全链路的测量信号发射、接收设备进行设备时延测量，避免了分段测量的误差，具有精度高的特点。

(ii)本发明提出的一种具有无线设备时延标定的测量方法，能够在测量过程中标定发射和接收链路的设备时延，并在测量结果中扣除，能够有效提高测量结果有效性。

(iii)本发明提出的一种具有无线设备时延标定的测量方法，能够对设备时延进行自校准，具有良好的实用性。

附图说明

图1是使用本发明一实施例的具有无线设备时延标定的测量装置的测量系统的结构方框图。

图2是使用本发明一实施例的阵列天线布放标定天线的示意图。

图3是使用本发明一实施例的测量信号产生设备的设备时延标定示意图。

图4是使用本发明一实施例的一个辅助天线的无线设备时延校准示意图。

图5是使用本发明一实施例的多个辅助天线的无线设备时延校准示意图。

图6是使用本发明一实施例的具有无线设备时延标定的测量方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合图1至图6来详细说明本发明的实施例：

图1是使用本发明一实施例的一种无线设备时延标定的测量装置的测量系统的结构方框图。

图1中，辐射器102是天线101的无线信号发射、接收的设备，通常辐射器102是测量系统设备时延的最后节点，辐射器102之后的无线信号传输时延可根据光程距离计算获得；

测量信号产生设备104以本地测量基准为参考产生无线时延标定信号，通过天线101进行发射；标定天线106接收无线时延标定信号后发送至设备时延处理设备105；设备时延处理设备105以本地测量基准为参考，测量本地测量基准与无线时延标定信号间的时差，该时差即为发射时延标定测量结果；所述的测量基准为本地的基准信号；

测量信号产生设备104以本地测量基准为参考产生无线时延标定信号，通过标定天线106进行发射；天线101接收无线时延标定信号发送至测量信号接收设备103；测量信号接收设备103以本地测量基准为参考，测量本地测量基准与无线时延标定信号间的时差，该时差即为接收时延标定测量结果；

测量信号产生设备104以本地测量基准为参考产生测量信号，通过天线101进行发射；测量信号接收设备103通过天线101接收测量信号，以本地测量基准为参考，测量本地测量基准与测量信号间的时差，该时差即为时差测量结果。

设备时延处理设备105与标定天线106组成无线设备时延标定装置，能够标定测量信号产生设备104至辐射器102的设备时延；第一开关开关107、第二开关108表示信号切换，实际中，可采用人工切换、切换开关等多种方式实现。

所述的第一开关107和第二开关108均为单刀双掷开关，由动端、第一不动端和第二不动端组成；

闭合第一开关107的动端和第一不动端，闭合第二开关108的动端和第一不动端，测量信号产生设备以本地测量基准为参考产生无线时延标定信号，经第一开关107的动端和第一不动端由天线进行发射；标定天线接收无线时延标定信号经第二开关108的动端和第一不动端发送至设备时延处理设备；

闭合第一开关107的动端和第二不动端、闭合第二开关108的动端和第二不动端，测量信号产生设备以本地测量基准为参考产生无线时延标定信号，经由标定天线进行发射；测量信号接收设备通过天线接收测量信号；

闭合第一开关107的动端和第一不动端，测量信号产生设备以本地测量基准为参考产生测量信号，经第一开关的动端和第一不动端由天线进行发射；测量信号接收设备通过天线接收测量信号。

图1中，测量信号产生设备104用于产生测量信号或者产生无线时延标定信号；测量信号接收设备103用于接收测量信号或者接收无线时延标定信号，并输出测量结果。图1中，设备时延处理设备105与标定天线106组成无线设备时延标定装置，标定天线106可通过校准获得设备时延值；设备时延处理设备105能够采集表征设备时延的信号，并处理获得设备时延值，设备时延处理设备105能够有线标定测量信号产生设备104的设备时延值，如图3所示。

标定天线106可根据具体被标定天线的结构进行布放，如图2所示，为使用本发明一实施例的阵列天线布放标定天线的示意图，当被标定天线为阵列天线时，标定天线可布放于阵列天线合适的位置，标定天线的相位中心应对准阵列天线的相位中心。

图6是使用本发明一实施例的一种无线设备时延标定的测量方法的流程示意图。

步骤601，在测量前，采用测量信号产生设备、标定天线、辅助天线和设备时延处理设备进行校准，根据辅助天线数量，采用不同校准的方法，获得测量信号产生设备的设备时延和标定天线的设备时延，其中，设备时延处理设备的设备时延为已知，两个天线空间距离产生的时延可根据光程距离计算获得；

步骤602，设备时延处理设备测量本地测量基准与测量信号产生设备发送来的时延标定信号间的时差，在时差中扣除设备时延处理设备的设备时延、标定天线的设备时延和天线与标定天线间的空间距离产生的时延，获取发射链路的设备时延；其中，发射链路由测量信号产生设备与天线组成；具体包括以下步骤：

(201)测量信号产生设备以本地测量基准为参考产生无线时延标定信号，通过天线进行发射；

(202)标定天线接收无线时延标定信号发送至设备时延处理设备；

(203)设备时延处理设备以本地测量基准为参考，测量本地测量基准与时延标定信号间的时差；

(204)在时差中扣除设备时延处理设备的设备时延、标定天线的设备时延和天线与标定天线间的空间距离产生的时延，可获得发射链路的设备时延；其中，发射链路由测量信号产生设备与天线组成。

步骤603，测量信号接收设备测量本地测量基准与测量信号产生设备发送来的时延标定信号间的时差，在时差中扣除测量信号产生设备的设备时延、标定天线的设备时延和天线与标定天线间的空间距离产生的时延，可获得接收链路的设备时延；其中，接收链路由测量信号接收设备与天线组成；具体包括以下步骤：

(301)测量信号产生设备以本地测量基准为参考产生无线时延标定信号，通过标定天线进行发射；

(302)天线接收无线时延标定信号发送至测量信号接收设备；

(303)测量信号接收设备以本地测量基准为参考，测量本地测量基准与时延标定信号间的时差；

(304)在时差中，扣除测量信号产生设备的设备时延、标定天线的设备时延和天线与标定天线间的空间距离产生的时延，可获得接收链路的设备时延；其中，接收链路由测量信号接收设备与天线组成。

步骤604，测量信号产生设备以本地测量基准为参考产生测量信号，通过天线进行发射；测量信号接收设备通过天线接收测量信号后，以本地测量基准为参考，测量本地测量基准与测量信号间的时差，获得测量结果；在测量结果中扣除发射链路的设备时延和接收链路的设备时延，得到实际的测量结果；

图4为当辅助天线为1个时的无线设备时延校准示意图，步骤601中所述的采用测量信号产生设备、标定天线、辅助天线和设备时延处理设备进行校准时，当辅助天线为1个时，具体包括以下步骤：

(1001)测量信号产生设备104以本地测量基准为参考产生无线时延标定信号，通过标定天线106发射；

(1002)设备时延处理设备105通过辅助天线403接收无线时延标定信号后，以本地测量基准为参考测量本地测量基准与无线时延标定信号间的时差；所述的辅助天线403与标定天线106为完全一致的天线，

(1003)在时差中扣除测量信号产生设104备的设备时延、设备时延处理设备105的设备时延和标定天线106与辅助天线403间的空间距离产生的时延，得到标定天线106与辅助天线403的设备时延的总和；其中，测量信号产生设备104的设备时延由设备时延处理设备105直接标定获得，设备时延处理设备105的设备时延为已知；

(1004)通过标定天线106与辅助天线403的设备时延的总和获得标定天线的设备时延；其中，标定天线106与辅助天线403的设备时延相等，标定天线106的设备时延为设备时延总和的二分之一。

图5为当辅助天线为多个时的无线设备时延校准示意图，当辅助天线为2个时，步骤601中所述的采用测量信号产生设备、标定天线、辅助天线和设备时延处理设备进行校准时，具体包括以下步骤：

(1011)标定天线与辅助天线组成天线组，从天线组中任选择两个天线，天线X504和天线Y503；

(1012)测量信号产生设备104以本地测量基准为参考产生无线时延标定信号，通过天线X504发射；

(1013)设备时延处理设备105通过天线Y503接收无线时延标定信号后，以本地测量基准为参考测量本地测量基准与无线时延标定信号间的时差；

(1014)在时差中扣除测量信号产生设备104、设备时延处理设备105的设备时延和两个天线间的空间距离产生的时延，获得两个天线的设备时延的总和；其中，测量信号产生设备104的设备时延由设备时延处理设备直接标定获得，设备时延处理设备105的设备时延为已知；

(1015)在天线组中重新选择两个天线，跳转到步骤(1012)，直到获得3次两个天线的设备时延的总和；

(1016)以两个辅助天线天线的设备时延和标定天线的设备时作为未知数，将获得的两个天线的设备时延的总和构建方程组，解算出未知数。

当辅助天线为为3个或3个以上时，步骤601中所述的采用测量信号产生设备、标定天线、辅助天线和设备时延处理设备进行校准时，具体包括以下步骤：

(1021)标定天线与辅助天线组成天线组，从天线组中任选择两个天线天线X504和天线Y503；；

(1022)测量信号产生设备104以本地测量基准为参考产生无线时延标定信号，通过天线X504发射；

(1023)设备时延处理设备105通过天线Y503接收无线时延标定信号后，以本地测量基准为参考测量本地测量基准与时延标定信号间的时差；

(1024)在时差中扣除设备时延处理设备105的设备时延和两个天线间的空间距离产生的时延，获得测量信号产生设备104和两个天线的设备时延的总和；其中，设备时延处理设备105的设备时延和两个天线间的空间距离产生的时延为已知，

(1025)在天线组中重新选择两个天线，跳转到步骤(1022)，直到获得N+2次测量信号产生设备和两个天线的设备时延的总和；所述的N为辅助天线的个数；

(1026)以测量信号产生设备104的设备时延、标定天线的设备时延和辅助天线的设备时延作为未知数，将获得的测量信号产生设备104和两个天线的设备时延的总和构建方程组，解算出未知数。