CN1248362C - 在移动电话中的天线测向 - Google Patents

Abstract

本发明描述一个通信系统，其包括一个主无线电站(PS)和至少一个二级无线电站(SS)，该二级站规定为处于移动(MOT)状态。二级无线电站具有至少一个可控的构件(CS)，用于同主无线电站通信，和控制装置(CONT)，用于根据二级无线电站的移动控制该可控的构件。该可控构件的控制装置包括磁场传感器(MFS)和引力场传感器(GFS)，用于提供地磁场(H)和引力(G)场的测量，和计算装置(COMP)，用于根据这些测量计算控制信息。计算装置根据二级无线电站的运动状态读出每个传感器的输出，并在适当的时间间隔进行控制可控构件要求的计算。

Description

在移动电话中的天线测向

技术领域

本发明涉及一个通信系统，其具有至少一个主无线电话和至少一个规定处于移动状态的二级无线电话，所说二级无线电站具有至少一个可控制的构件，用于同所说主无线电站通信，和控制装置，用于根据所说移动控制所说可控制的构件，所说控制装置包括磁场传感器，用于提供地磁场的测量。

这样的一个通信系统可以是一个陆地和/或一个卫星蜂窝移动无线电系统或任何其他适宜的系统。例如它可以是一个第三代的移动通信系统，按UMTS(通用移动通信系统)标准工作。

本发明还涉及用在这样一种通信系统中的无线电站和无线电通信方法。

背景技术

根据K.Fujimoto等的手册“Mobile Antenna Systems Handbook”，Artech House，Inc.，1994，PP.463-451上述类型的通信系统是已知的。该已知系统是一个陆地移动卫星通信系统，其中主无线电站是卫星，而二级无线电站是运载工具中的移动无线电站，二级无线电站包括一个相控阵天线系统作为可控的构件。相控阵天线系统可采用混合使用地磁传感器和光纤陀螺的开环跟踪方法。在本发明的开环方法中光纤陀螺主要用来给出运载工具移动的信息，而地磁传感器在合适的时间间隔给出计算光纤陀螺的累积误差的绝对方向。

发明概要

上述系统包括一个光纤陀螺。光纤陀螺的主要缺点在于它们相当昂贵或者太慢以致于不能跟随能达到的快速移动。例如，一个蜂窝手持机能在相对一个固定坐标系统的不同位置自由地和快速地定向。

发明内容

本发明的一个目的在于提供上述类型的一个通信系统，它具有足够便宜并快速的控制机构，用以控制一个二级电站的可控的构件，以提供最佳的通信条件。

为此，按本发明的通信系统的特征在于用于控制二级无线电站的可控的构件的装置包括引力场传感器，用于提供地球引力场的测量，和计算装置，用于根据所说测量计算控制信息。

光纤陀螺的另一缺陷在于它仅能传感相对方向的变化。由此，该测量在时间的持续过程中遭遇方向的误差。

本发明的一个目的是在一个固定的坐标系统中确定一个可控制的构件的辐射方向的绝对测量，这种测量在时间的持续过程中不受方向误差的更多影响。

为此，按本发明的通信系统的特征在于控制装置包括一个存储器，用于储存地球磁场的磁倾角和磁偏角，和计算装置包括一个转换步骤，用于将在附加到二级无线电站的一个移动坐标系统中的位置信息的所谓本地坐标转移到附加到地球相应的一个固定坐标中的所谓全球坐标中，该转换根据所说值和磁场以及引力场传感器的测量进行计算。该位置信息是例如二级无线电话的天线的最大辐射方向，或作为另一例从二级无线电站到主无线电站的方向。

根据本发明的一个方面，一种通信系统，具有至少一个主无线电站和至少一个要处于移动状态的二级无线电站，所说二级无线电站具有至少一个可控制的构件，用于与所说主无线电站通信，和控制装置，用于根据所说移动控制所说可控制的构件，所说控制装置包括磁场传感器，用于提供地球磁场的测量，其特征在于，所说控制装置还包括：

引力场传感器，用于提供地球引力场的测量，

一个存储器，用于储存作为地球上的二级无线电站位置的函数的地球磁场的磁倾角和磁偏角值，以及

计算装置，用于将在附加到二级无线电站的一个移动坐标系统中的位置信息的本地坐标转换到在附加到地球的一个固定坐标系统中的全球坐标，这种转换是根据地球上的二级无线电站的当前位置的磁倾角和/或磁偏角值，以及所说地球磁场和所说的地球引力场的测量值计算的。

根据本发明的另一个方面，一种使用在通信系统中的无线电站，所说无线电站具有至少一个可控制的构件和根据所说无线电站的移动控制所说可控制的构件的控制装置，所说控制装置包括磁场传感器，用于提供地球磁场的测量，其特征在于：所说控制装置还包括：

引力场传感器，用于提供地球引力场的测量，

一个存储器，用于储存作为地球上的无线电站位置的函数的地球磁场的磁倾角和磁偏角值，以及

计算装置，用于将在附加到二级无线电站的一个移动坐标系统中的位置信息的本地坐标转换到在附加到地球的一个固定坐标系统中的全球坐标，这种转换是根据地球上的无线电站的当前位置的磁倾角和/或磁偏角值、以及所说地球磁场和所说的地球引力场的测量值计算的。

根据本发明的再一个方面，一种根据无线电站的移动控制所说无线电站的可控制的构件的方法，所说无线电站包括磁场传感器，用于提供地球磁场的测量，和引力场传感器，用于提供地球引力场的测量，所说方法包括根据下列数值计算附加到地球的一个固定坐标系统中的全球坐标的步骤，所述数据是：

-附加到无线电站的一个移动坐标系统中的位置信息的本地坐标，

-地球上的无线电站的当前位置的地球磁场的磁倾角和/或磁偏角值，以及

-所说的地球磁场和所说的地球引力场的测量值。

在“Mobile Antenna Systems Handbook”中描述的通信系统的二级无线电站包括一个相控阵天线系统。在每个通信系统中还不使用这种类型的可控制的构件。特别地，它未使用在移动通信系统中，在那里工作频率为1-2GHz量级，就目前技术还不允许制造获得这些频率的足够小的相控阵天线系统。

本发明的另一目的是使用在工作频率从小于1GHz到大约2GHz的第三代的通信系统中。

为此，按本发明的通信系统的特征在于所说计算装置允许确定由首先在本地坐标系统中计算的方向矢量定义的然后使用转换步骤被转换到全球坐标系统中的参考方向，所说可控制的构件包括一组具有称为航向(heading)的最大辐射方向的定向天线，所说转换步骤将确定至少一个定向天线的所说航向的矢量的坐标从所说本地坐标转换到所说全球坐标中，以及所说控制装置被规定在相对该参考方向的定向天线组中选择至少一个定向天线。

更通常地，本发明归属基于移动站的空分多路存取(MS-SDMA)系统范围。该MS-SDMA通信系统以使用定向天线为目的，以便在实质上增加业务容量，改善信号质量，还减少对人体的电磁辐射。因此，本发明对确保用户更好的服务质量也是一种贡献。

根据以下描述的实施例并参照其说明，本发明的这些和其他方面将显而易见。

附图说明

现在将参照附图，用举例方式描述本发明，其中：

图1表示相应于按本发明的通信系统的方框图，

图2表示一个MS-SDMA便携移动站的示意透视图，该站包括多个按本发明的定向天线，

图3表示附加到地球一个固定坐标系统，

图4表示相应于按本发明的计算方法的框图，

图5表示在附加到地球的固定坐标系统中的引力和磁场，

图6表示相应于控制集成在按本发明的一个通信系统中的一个摄像机的位置的设备的方块图。

具体实施方式

在图1中所描绘的是这样一个通信系统，它包括一个主无线电话(PS)和至少一个规定处移动状态(MOT)的二级无线电站(SS)。该二级无线电站具有至少一个可控制的构件(CS)，用于同主无线电站通信，和控制装置(CONT)，用于根据二级无线电站的移动控制可控制的构件。可控制的构件(CS)的控制装置(CONT)包括磁场传感器(MFS)和引力场传感器(GFS)，用于提供地球磁(H)和引力(G)场的测量，和计算装置(COMP)，它可以是例如一个微控制器。计算装置读出每个传感器的输出，并且根据二级无线电站的移动状态，在合适的时间间隔进行要求控制该可控制的构件的计算。

在该优选实施例中，磁场和引力场传感器是三维传感器。最好，该三维磁场传感器是使用三个最好垂直的AMR(各向异性磁阻)的磁场传感器元件的传感器，它们便宜并具有很快的响应时间。该三维引力场传感器最好组合两个二维引力场传感器元件，它们也是十分便宜的部件并具有快速的响应时间。

在该最佳实施例中，通信系统是一个MS-SDMA通信系统，其中主无线站是一个无线电基站，而二级无线电站是一个便携式移动站。便携式移动站配备有包括多个定向天线的可控制的构件。作为一个例子，图2表示六个可选择天线A[n](n＝1-6)作为一个可控制的天线构件。该可控制的天线构件由磁场传感器(MFS)，引力场传感器(GFS)和处理由这些传感器执行的测量的计算装置(COMP)控制。

在另一实施例中可控制的构件包括一个相控阵天线系统。这样的一个可控制的天线构件仅可用于按本发明的工作在高于10GHz频率上的一个通信系统。在不久的将来，使用新材料也使得在对数GHz量级的无线频率的移动站有可能集成相控阵天线。

下面部分描述相应于优选实施例的计算方法。为确定可控制的天线构件的辐射方向的绝对测量，需要计算方法包括一个转换步骤，以便将确定在刚性地附加到二级无线电站的移动三维坐标系统-以下将称为本地坐标系统中的可控制的天线构件的辐射方向的矢量的已知的坐标转换到在刚性地附加到地球的固定三维坐标系统-以下将称全球坐标系统中的相应坐标。为此，计算方法使用地球磁场和地球引力场的三维测量以及与该地球磁场，后面将定义的磁倾角和磁偏角相关的参考角度值。

本地坐标由一组单位长度的三个垂直矢量(i，j，k)定义(见图2)。全球坐标系统由一组单位长度的三个垂直矢量(I，J，K)确定。I，J，K系统是按图3定义的：

-I与地球引力场(G)方向相一致。

-J与地理学北(N)方向相一致。

-K与地理学东(E)方向相一致。

对于一个可控制的构件包括多个定向天线的情况，每个移动站天线的特征在于其称为航向的最大辐射方向。让我们考虑一个天线A(n)，其航向由一个矢量r确定。参考该本地坐标系统，该矢量表示为：

              r＝r_xi+r_yj+r_zk         [1]

这里r_x，r_y和r_z为从移动站的机械设计得知的参量。

在全球坐标系统中天线航向表示为：

          r＝R_xI+R_yJ+R_zK    [2]

这里坐标r_x，r_y和r_z为未知数。此外，这些值随移动站和地球的相对位置改变。

图4描述引导从本地坐标(r_x，r_y，r_z)转换到全球坐标(R_x，R_y，R_z)的各个步骤。

◆在合适的时间间隔，计算过程启动(ST)。

◆在步骤S1期间，下载相应矢量r的本地坐标(r1)。这些值储存在用于每个移动站天线A[n]的表中。在该表中，r_x[n]，r_y[n]，r_z[n]为取决于移动站的机械设计，通常在其工作期间不改变的数据。

因此，它们被储存在例如一个只读存储器(ROM)中。

◆在步骤S2期间，下载与地球磁场H相关的参考角度的值。这些参考角度是磁倾角和磁偏角，并按照图5定义：

-磁偏角(δ)是地理北(N)的方向和地磁场H在水平平面(HP)中的水平投影Hh之间的角度。测量该值正向通过东(E)，并在0°-360°之间改变。

-磁倾角(1)是地球磁场H的水平投影Hh和该地球磁场H之间的角度，正的磁倾角相应于向下指的矢量H，负的磁倾角相应于向上指的矢量H。磁倾角在-90°90°之间改变。

磁倾角和磁偏角的值取决于移动站在地球上的位置。它们基于移动站的地理坐标进行计算。磁偏角和磁倾角随着所谓“缓慢的”变化也可随时间变化。在若干世纪期间这些变化已由专门观察进行测量。在最近500年间中最坏情况的缓慢变化为每十年2°。考虑到目前移动天线的方向性宽于这个值，因此有可能使用固定的磁偏角和磁倾角值而不明显损害通信系统的性能。

在本发明中，在移动站位置磁偏角和磁倾角值可以用不同的方法得到：

-通过从无线电基站接收。该无线电基站可通过公共下行链路信道广播其位置的磁偏角和磁倾角。在多数蜂窝系统中找到此类型信道。虽然在无线电基站的磁偏角和磁倾角值与移动站位置并不准确相同，但对于一个正常大小的移动通信网孔而言，其差别是很小的。

-通过读出表示为移动站地理坐标(纬度/经度)的函数的磁偏角和磁倾角的运载工具上的地理数据库。移动站的坐标由移动通信网络的固定部分(例如，使用三角方法)或由运载工具上的GPS接收机提供。

-通过周期地咨询一个英特网地理数据库，它将磁偏角和磁倾角恢复为该移动站的地理坐标的函数。在所有第二和第三代移动网络标准中可利用的无线电分组业务能提供快速，可靠和便宜的服务。

根据以上描述的捕获模式，磁倾角和磁偏角的值可储存在任何类型的存储器中。在优选实施例中，该存储器是一种闪速存储器。

◆在步骤S3期间，具有被要求来测量地球磁场灵敏度和精确度的并附加到移动站的磁阻传感器提供测量地球磁场H的本地坐标。地球磁场在本地坐标系统中表示如下：

           H＝H_xi+H_yj+H_zk    [3]

该地球磁场的方向由矢量h表示，其方向与H相同，但是单位长度：

$h=\frac{1}{H}H=\frac{H_x}{H}i+\frac{H_y}{H}j+\frac{H_z}{H}k=h_{x}i+h_{y}j+h_{z}k---\left[4\right]$

这里H是场强。

◆在步骤S4期间，具有被要求来测量地球引力场的适宜灵敏度和精度的并附加到移动站的引力场传感器提供测量地球引力场G本地坐标。地球引力场在本地坐标系统中表示如下：

         G＝G_xi+G_yj+G_zk    [5]

该地球引力场的方向由一个矢量g表示，其方向与G相同，但是单位长度：

$g=\frac{1}{G}G=\frac{G_x}{G}i+\frac{G_y}{G}j+\frac{G_z}{G}k=g_{x}i+g_{y}j+g_{z}k---\left[6\right]$

这里G是场强。

按图3，I是一个单位长度矢量，方向与地球磁场的相同。这是准确地定义按[6]表示的g。因此：

            I＝g_xi+g_yj+g_zk        [7]

通过两度连续旋转矢量h被转入J：

-第一度围绕轴Ih旋转角τ。该动作将h放到水平平面(HP)上。

-第二度围绕轴I旋转角δ。该动作将h直接放到矢量J上。

矢量旋转是线性变换，由3×3矩阵R_i(u，d)表示。分量R_i表示为定义旋转轴u(u_x，u_y，u_z)的矢量的坐标和旋转角(α)的函数：

$R_i=\left[\begin{array}{ccc}{r}_{11}& r_{12}& r_{13}\\ r_{21}& r_{22}& r_{23}\\ r_{31}& r_{32}& r_{33}\end{array}\right]$ 其中 $\left\{\begin{array}{c}{r}_{11}={u_x}^2+(1-{u_x}^2)\cos \mathrm{\α}\\ r_{12}=u_x{u}_y(1-\cos \mathrm{\α})+u_z\sin \mathrm{\α}\\ r_{13}=u_x{u}_z(1-\cos \mathrm{\α})-u_y\sin \mathrm{\α}\\ r_{21}=u_x{u}_y(1-\cos \mathrm{\α})-u_z\sin \text{\α}\\ r_{22}={u_y}^2+(1-{u_y}^2)\cos \mathrm{\α}\\ y_{23}=u_y{u}_z(1-\cos \mathrm{\α})+u_x\sin \text{\α}\\ r_{31}=u_x{u}_z(1-\cos \mathrm{\α})+u_y\sin \text{\α}\\ r_{32}=u_x{u}_z(1-\cos \mathrm{\α})-u_z\sin \text{\α}\\ r_{33}={u_z}^2+(1-{u_z}^2)\cos \mathrm{\α}\end{array}\right.$

◆在步骤S5期间，相应第一旋转轴的单位长度的矢量e的坐标如下进行计算：

$e=\frac{I\⊗h}{|I\⊗h|}---\left[8\right]$

e的分量使用表达式[4]和[7]导出：

$e_x=\frac{g_y{h}_z-g_z{h}_y}{\sqrt{{(g_y{h}_z-g_z{h}_y)}^2+{(g_z{h}_x-g_x{h}_z)}^2+{(g_x{h}_y-g_y{h}_x)}^2}}---\left[9\right]$

$e_y=\frac{g_z{h}_x-g_x{h}_z}{\sqrt{{(g_y{h}_z-g_z{h}_y)}^2+{(g_z{h}_x-g_x{h}_z)}^2+{(g_x{h}_y-g_y{h}_x)}^2}}---\left[10\right]$

$e_z=\frac{g_x{h}_y-g_y{h}_x}{\sqrt{{(g_y{h}_z-g_z{h}_y)}^2+{(g_z{h}_x-g_x{h}_z)}^2+{(g_x{h}_y-g_y{h}_x)}^2}}---\left[11\right]$

◆在步骤S6期间，第一旋转R1(e，1)被调用。相应该矢量旋转的矩阵的计算的系数为：

$\stackrel{\‾}{r_{\mathrm{ij}}}=r_{\mathrm{ij}}(e_x,e_y,e_z,\mathrm{\ι})=\left[\begin{array}{ccc}\stackrel{\‾}{r_{11}}& \stackrel{\‾}{r_{12}}& \stackrel{\‾}{r_{13}}\\ \stackrel{\‾}{r_{21}}& \stackrel{\‾}{r_{22}}& \stackrel{\‾}{r_{23}}\\ \stackrel{\‾}{r_{31}}& \stackrel{\‾}{r_{32}}& \stackrel{\‾}{r_{33}}\end{array}\right]---\left[12\right]$

◆在步骤S7期间，矢量h_h如下被导出：

          h_h＝R₁h              [13]

经计算，产生：

          h_h＝h_hxi+h_hyj+h_hzk   [14]

这里：

$h_{\mathrm{hx}}=h_x\stackrel{\‾}{r_{11}}+h_y\stackrel{\‾}{r_{21}}+h_z\stackrel{\‾}{r_{31}}---\left[15\right]$

$h_{\mathrm{hy}}=h_x\stackrel{\‾}{r_{12}}+h_y\stackrel{\‾}{r_{22}}+h_z\stackrel{\‾}{r_{32}}---\left[16\right]$

$h_{\mathrm{hz}}=h_x\stackrel{\‾}{r_{13}}+h_y\stackrel{\‾}{r_{23}}+h_z\stackrel{\‾}{r_{33}}---\left[17\right]$

◆在步骤S8期间，第二旋转R2(g，δ)被调用。相应该矢量旋转的矩阵的计算的系数为：

$\stackrel{\‾}{\stackrel{\‾}{r_{\mathrm{ij}}}}=r_{\mathrm{ij}}(g_x,g_y,g_z,\mathrm{\δ})=\left[\begin{array}{ccc}\stackrel{\‾}{\stackrel{\‾}{r_{11}}}& \stackrel{\‾}{\stackrel{\‾}{r_{12}}}& \stackrel{\‾}{\stackrel{\‾}{r_{13}}}\\ \stackrel{\‾}{\stackrel{\‾}{r_{21}}}& \stackrel{\‾}{\stackrel{\‾}{r_{22}}}& \stackrel{\‾}{\stackrel{\‾}{r_{23}}}\\ \stackrel{\‾}{\stackrel{\‾}{r_{31}}}& \stackrel{\‾}{\stackrel{\‾}{r_{32}}}& \stackrel{\‾}{\stackrel{\‾}{r_{33}}}\end{array}\right]---\left[18\right]$

◆在步骤S9期间，矢量J如下被导出：

J＝R₂h_h                                  [19]

经计算，产生：

J＝J_xi+J_yj+J_zk                           [20]

这里：

- $J_x=h_{\mathrm{hx}}\stackrel{\‾}{\stackrel{\‾}{r_{11}}}+h_{\mathrm{hy}}\stackrel{\‾}{\stackrel{\‾}{r_{21}}}+h_{\mathrm{hz}}\stackrel{\‾}{\stackrel{\‾}{r_{31}}}---\left[21\right]$

- $J_y=h_{\mathrm{hx}}\stackrel{\‾}{\stackrel{\‾}{r_{12}}}+h_{\mathrm{hy}}\stackrel{\‾}{\stackrel{\‾}{r_{22}}}+h_{\mathrm{hz}}\stackrel{\‾}{\stackrel{\‾}{r_{33}}}---\left[22\right]$

- $J_z=h_{\mathrm{hx}}\stackrel{\‾}{\stackrel{\‾}{r_{13}}}+h_{\mathrm{hy}}\stackrel{\‾}{\stackrel{\‾}{r_{23}}}+h_{\mathrm{hz}}\stackrel{\‾}{\stackrel{\‾}{r_{33}}}---\left[23\right]$

◆在步骤S10期间，得到矢量K如下：

k＝k_xi+k_yj+k_zk＝IJ                     [24]

使用由[7]和[20]给出的I和J的表达式：

k＝(g_yJ_z-g_zJ_y)i+(g_zJ_x-g_xJ_z)j+(g_xJ_y-g_yJ_x)k    [25]

◆在步骤S11期间，在本地坐标系统的矢量r的表达式由在全球坐标系统中的相同矢量的表达式[2]导出，同时用它们的表达式[7]，[20]和[25]替代I，J和K：

r＝(R_xg_x+R_yJ_x+R_zK_x)i+(R_xg_y+R_yJ_y+R_zK_y)j+(R_xg_z+R_yJ_z+R_zK_z)k    [26]

考虑r的表达式[26]，并识别表达式[1]对r的系数产生：

g_xR_x+J_xR_y+K_xR_z＝r_x                         [27]

g_yR_x+J_yR_y+K_yR_z＝r_y                         [28]

g_zR_x+J_zR_y+K_zR_z＝r_z                         [29]

通过使用Cramer方法获得具有未知数R_x，R_y，R_z的线性系统的解，并提供全球坐标系统中定义天线航向的矢量的坐标(rg)：

$R_x=\frac{{\mathrm{\Δ}}_x}{\mathrm{\Δ}}---\left[30\right]$

$R_y=\frac{{\mathrm{\Δ}}_y}{\mathrm{\Δ}}---\left[31\right]$

$R_z=\frac{{\mathrm{\Δ}}_z}{\mathrm{\Δ}}---\left[32\right]$

这里：

-Δ_x＝J_yK_zr_x+J_xK_yr_z+J_zK_xr_y-(J_yK_xr_z+J_zK_yr_x+J_xK_zr_y)    [33]

-Δ_y＝g_xK_zr_y+g_zK_yr_x+g_yK_xr_z-(g_zK_xr_y+g_xK_yr_z+g_yK_zr_x)    [34]

-Δ_z＝g_xJ_yr_z+g_zJ_xr_y+g_yJ_zr_x-(g_zJ_yr_x+g_xJ_zr_y+g_yJ_xr_z)    [35]

-Δ＝g_xJ_yK_z+g_zJ_xK_y+g_yJ_zK_x-(g_zJ_yK_x+g_xJ_zK_y+g_yJ_xK_z)     [36]

值R_x[n]，R_y[n]，R_z[n]取决于移动站位置。它们可以储存在例如一个随机存取存储器(RAM)中，并根据移动站的移动状态在适当的时间间隔被替代。

◆在计算结束时，过程返回到启始点。

然后这些计算是用来控制可控制的天线构件，在包括多个定向天线的可控制的天线构件的情况下该构件用来选择最合适的天线，或在包括一个相控阵天线系统的一个可控制的天线构件的情况下其用来重排该相控阵天线。执行这个操作为的是提供最佳的通信条件不考虑二级无线电站的移动状态。为此，在合适的时间间隔，相对于优选实施例中相应主无线电站航向的一个参考方向执行在一组定向天线中选择合适的一个天线，或重新排列该相控阵天线。

由D.Fink等编辑的电子工程师手册第四版(ISBN 0-07-021077-2)在其29.82页上的29.3.1.1.1章节中描述了探测该参考方向的方法。其工作原理是基于使用其信号是在两个已知点或元接收的单个发射器源。从运载工具到源的方向是通过测量在该两点或元上的信号的差分相位而被确定的。

在由KoninklijKe Philips Electronics N.V.申请的未公开的欧洲专利申请n°98 402738.3中描述了另一种无线电信号方向探测方法。该方法在例如由天线A[1]和A[2]确定的Cartesian系统中计算该无线电信号RF的到达角。接着，该方法在例如由天线A[2]和A[3]确定的另一个Cartesian系统中计算该无线信号RF的到达角。使用这个计算的到达角，计算一个三维方位矢量，该方位矢量将指向无线电信号RF的源并与参考方向一致。

在本地坐标系统中用这种方法得到的方位矢量是已知的。然后使用上述转换方法将其转换到全球坐标系统。在该组定向天线中，选择其方向图与在全球坐标系统中的三维方位矢量最一致的天线(即在该无线电信号RF的源的方向提供最大增益的那个天线)。

另一些方法，例如基于GPS测量的方法也用来得到该方位矢量。

图6描述相应于用于控制集成在按本发明的通信系统中的一个摄像机的位置的方法和设备的第二实施例。它更具体地施加到摄像机的位置控制，而不管该摄像机支持物的移动状态。这样的一种摄像机能够例如集成在一个移动无线电站中。

摄像机(CAM)相对其为移动站体的支持物是可移动的，以及该移动站具有控制该摄像机位置的控制装置。执行以下操作来控制该摄像机的位置。

在初始化步骤(REF)期间，确定相对于全球坐标系统的本地坐标系统的初始欧拉(Euler)角(β₁(0)，β₂(0)，β₃(0))。用三度连续旋转，欧拉角允许(β₁，β₂，β₃)进行从第一参考系统(u₁，u₂，u₃)到第二参考系统(v₁，v₂，v₃)：

-第一度旋转，Rot₁，以角β₁围绕u₁：

${\mathrm{Rot}}_1=\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& \cos {\mathrm{\β}}_1& \sin {\mathrm{\β}}_1\\ 0& -\sin {\mathrm{\β}}_1& \cos {\mathrm{\β}}_1\end{array}\right]$

-第二度旋转，Rot₂，以角β₂围绕u₂：

${\mathrm{Rot}}_2=\left[\begin{array}{ccc}\cos {\mathrm{\β}}_2& 0& \sin {\mathrm{\β}}_2\\ 0& 1& 0\\ -\sin {\mathrm{\β}}_2& 0& \cos {\mathrm{\β}}_2\end{array}\right]$

-第三度旋转，Rot₃，以角β₃围绕u₃：

${\mathrm{Rot}}_3=\left[\begin{array}{ccc}\cos {\mathrm{\β}}_3& \sin {\mathrm{\β}}_3& 0\\ -\sin {\mathrm{\β}}_3& \cos {\mathrm{\β}}_3& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right]$

初始角相应该参考位置，其中已保留摄像机，并且它们是例如由用户机械调整。之后规则地执行下列步骤。

在第二步骤，计算装置(CAL)根据由三维引力和磁场传感器(GFS和MFS)分别提供的引力场(G)和磁场(H)的测量首先确定全球坐标系统。在该第二实施例中，全球坐标系统由以下正交系统(u₁，u₂，u₃)确定，这里：

$u_1=\frac{G}{\left|\right|G\left|\right|};$ $u_2=\frac{\frac{H}{\left|\right|H\left|\right|}-\sin \left(\mathrm{\ι}\right)u_1}{\left|\right|\frac{H}{\left|\right|H\left|\right|}-\sin \left(\mathrm{\ι}\right)u_1\left|\right|};$ u₃＝u₁u_z；τ是磁倾角

结果，该计算装置(CAL)提供相对于全球坐标系统的附加到支持物的本地坐标系统的目前欧拉角(β₁(t)，β₂(t)，β₃(t))，这里t是计算时间。

在第三步骤，相关装置(COR)根据初始欧拉角和目前欧拉角计算旋转(Δβ₁(t)，Δβ₂(t)，Δβ₃(t))，而这已由摄像机支持物进行：

Δβ₁(t)＝β_i(t)-β_i(0)，当i＝1，2或3时

最后，控制装置驱动例如一个步进马达(SSM)设备。其执行由相关装置(COR)计算的旋转(-Δβ₁(t)，-Δβ₂(t)，-Δβ₃(t))，以便保持摄像机在已确定的位置。

能够通过附加数据处理装置(PROC)改善摄像机位置的控制，该数据处理装置例如允许识别目标以及予测在由该摄像机(CAM)提供的一系列图象中的目标的移动。为此，该图象首先进行数字化。图象中目标的识别基于标量的检测，它们是所说目标的参量，并使用富立叶(Fourier)转换或富立叶-梅林(Fourier-Mellin)转换。标量检测与在那个情况中的定标无关。之后予测目标移动使用移动估算装置来实现。考虑到存储器成本，在应用数据处理装置(PROC)之前，可以执行图象的子取样。

接着，这样的一个系统例如能够使用由图象处理装置(PROC)给出的移动予测(P)来跟随该图象元的移动。在该情况下，相关装置(COR)执行由步进马达(SSM)产生的旋转，由此，当因图象元移动通过将这些角度附加到摄像机支持物而该图象元移动时使该摄像机移动。

也可以提供另外的数据处理装置(PROC)，例如用于识别话音和定位该话音源的装置，用于确定参考位置，其中，摄像机应由控制装置保持。

Claims (7)

1.一种通信系统，具有至少一个主无线电站和至少一个要处于移动状态的二级无线电站，所说二级无线电站具有至少一个可控制的构件，用于与所说主无线电站通信，和控制装置，用于根据所说移动控制所说可控制的构件，所说控制装置包括磁场传感器，用于提供地球磁场的测量，其特征在于，所说控制装置还包括：

引力场传感器，用于提供地球引力场的测量，

一个存储器，用于储存作为地球上的二级无线电站位置的函数的地球磁场的磁倾角和磁偏角值，以及

计算装置(COMP)，用于将在附加到二级无线电站的一个移动坐标系统中的位置信息的本地坐标转换到在附加到地球的一个固定坐标系统中的全球坐标，这种转换是根据地球上的二级无线电站的当前位置的磁倾角和/或磁偏角值，以及所说地球磁场和所说的地球引力场的测量值计算的。

2.如权利要求1的通信系统，其特征在于：

所说可控制的构件包括一组具有称为航向的一个最大辐射方向的定向天线，

所说计算装置适于：

-确定一个参考方向，该参考方向由首先在本地坐标系统计算的一个方位矢量所确定，然后转换到全球坐标系统中，

-将确定至少一个定向天线的所说航向的一个矢量的坐标从所说本地坐标转到所说全球坐标中，

所说控制装置用以在一组相对该参考方向的定向天线中选择至少一个定向天线。

3.如权利要求1的通信系统，其特征在于所说计算装置适于确定一个参考方向，所说可控制的构件包括一个相控阵天线系统，和所说控制装置用来维持该相控阵天线系统转向该参考方向。

4.如权利要求1的通信系统，其特征在于所说可控制的构件包括一个摄像机，该摄像机可相对其支持物移动，和其位置由所说控制装置根据由计算装置计算的修正角进行控制。

5.如权利要求4的通信系统，其特征在于：控制装置还包括数据处理装置(PROC)，该数据处理装置处理由摄像机捕获的数字图象，以便确定摄像机所要保持的位置，所说数据处理装置包括识别装置，用以识别在图象中的目标，和移动估算装置，用以确定所说目标的移动。

6.一种使用在通信系统中的无线电站，所说无线电站具有至少一个可控制的构件和根据所说无线电站的移动控制所说可控制的构件的控制装置，所说控制装置包括磁场传感器，用于提供地球磁场的测量，其特征在于：所说控制装置还包括：

引力场传感器，用于提供地球引力场的测量，

一个存储器，用于储存作为地球上的无线电站位置的函数的地球磁场的磁倾角和磁偏角值，以及

计算装置(COMP)，用于将在附加到二级无线电站的一个移动坐标系统中的位置信息的本地坐标转换到在附加到地球的一个固定坐标系统中的全球坐标，这种转换是根据地球上的无线电站的当前位置的磁倾角和/或磁偏角值、以及所说地球磁场和所说的地球引力场的测量值计算的。

7.一种根据无线电站的移动控制所说无线电站的可控制的构件的方法，所说无线电站包括磁场传感器，用于提供地球磁场的测量，和引力场传感器，用于提供地球引力场的测量，所说方法包括根据下列数值计算附加到地球的一个固定坐标系统中的全球坐标的步骤，所述数据是：

-附加到无线电站的一个移动坐标系统中的位置信息的本地坐标，

-地球上的无线电站的当前位置的地球磁场的磁倾角和/或磁偏角值，以及

-所说的地球磁场和所说的地球引力场的测量值。

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