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TWI593941B - 車載導航方法及系統 - Google Patents

車載導航方法及系統 Download PDF

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TWI593941B
TWI593941B TW105123578A TW105123578A TWI593941B TW I593941 B TWI593941 B TW I593941B TW 105123578 A TW105123578 A TW 105123578A TW 105123578 A TW105123578 A TW 105123578A TW I593941 B TWI593941 B TW I593941B
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郭榮發
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明泰科技股份有限公司
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Description

車載導航方法及系統
本發明是一種有關於導航領域的技術。尤其是，本發明是一種有關於車載導航方法及系統的技術。
一般的電子雷達定位是利用電磁波經由物體反射的回波，配合電磁波發射體所在的位置，來計算電磁波發射體與電磁波反射物之間的距離與相對速度。然而，當利用電磁波進行定位時，如果實測的環境是一個複雜的多反射物空間，則多個反射物所反射而回的電磁波就容易使系統誤判；例如在使用調頻連續波(Frequency-modulated continuous-wave，FMCW)雷達定位時，對於同一個偵測物會在空間中經散射而形成多方向的反射波，並因為反射路徑的不同而產生多重路徑的電磁波。由於在FMCW雷達定位方法中，不同路徑的電磁波就會產生不同的定位距離，因此在使用FMCW雷達定位技術時，多重路徑的反射電磁波就會造成反射物位置的誤判。
為了解決上述問題，本發明提出一種車載導航方法及系統，其可利用電磁波進行物件定位，並藉此將載具引導至預先設定好的位置上。
從一個角度來看，本發明提出一種車載導航系統，其用於將載具導航至目標區中。此車載導航系統包括一指向型波束成形天線，一電磁波反射物以及一處理裝置。其中，指向型波束成形天線設置於載具上以發射感測波束，且此指向型波束成形天線隨著時間變化而改變感測波束的發射方向，以於第一時間往第一方向發射第一感測波束之後，再於第一時間後的第二時間往第二方向發射第二感測波束；電磁波反射物設置於目標區中且可接收感測波束，並在接收感測波束之後，以相對應的回傳波往感測波束傳來時的方向傳送回去；處理裝置電性耦接至指向型波束成形天線以從指向型波束成形天線接收回傳波，並根據分別與第一感測波束及第二感測波束相對應的回傳波的狀況而決定載具的移動方向。再者，第一感測波束的覆蓋區域與第二感測波束的覆蓋區域之間最多僅有部分重疊，且當處理裝置接連收到分別與第一感測波束及第二感測波束相對應的回傳波時，使載具往第一方向與第二方向之間移動。
在一個較佳實施例中，前述的電磁波反射物為指向回傳天線。
在一個較佳實施例中，前述的車載導航系統中的處理裝置估算所要感測的區域而訂定指向型波束成形天線每次從發射感測波束到接收對應的回傳波之間所需的等待時間，並根據等待時間而依序發射各感測波束。
在一個較佳實施例中，前述的車載導航系統在處理裝置收到對應於某一特定感測波束的反射波內含有兩個以上的感測物體時，即根據這些反射波的信號分析結果而判斷這些反射波中的何者為指向回傳天線所傳送的回傳波。
在一個較佳實施例中，前述的車載導航系統在處理裝置收到對應於某特定感測波束發射方向有兩個以上的感測物體的反射波時，引導載具往此特定感測波束的發射方向以外的方向移動。
從另一個角度來看，本發明還提出一種車載導航方法，其適用於將載具導航至目標區中。此車載導航方法隨著時間變化而改變自載具上所發射之感測波束的發射方向，以於第一時間往第一方向發射第一感測波束之後，再於第一時間後的第二時間往第二方向發射第二感測波束，且第一感測波束的覆蓋區域與第二感測波束的覆蓋區域之間最多僅有部分重疊；此外，也利用設置於目標區中的電磁波反射物，於接收感測波束之後往感測波束傳來時的方向傳送與所接收的感測波束相對應的回傳波；以及接收回傳波，並根據分別與第一感測波束及第二感測波束相對應的回傳波的信號處理結果而決定載具的移動方向。再者，當接連收到分別與第一感測波束及第二感測波束相對應的回傳波時，使載具往第一方向與第二方向之間移動。
在一個較佳實施例中，更提供指向回傳天線當作前述的電磁波反射物。
在一個較佳實施例中，前述的車載導航方法在收到對應於某一特定感測波束的反射波內含有兩個以上的感測物體時，即根據這些反射波的信號分析結果而判斷這些反射波中的何者為指向回傳天線所傳送的回傳波。
在一個較佳實施例中，前述的車載導航方法中的信號分析結果包括反射波的信號強度，且前述根據這些反射波的信號分析結果而判斷這些反射波中的何者為指向回傳天線所傳送的回傳波的步驟包括：先判斷相對應的感測物體的距離、根據感測物體的距離而判斷感測物體是否位於目標區，再據此判斷反射波中的何者為指向回傳天線所傳送的回傳波。
在一個較佳實施例中，前述的車載導航方法在收到對應於某一特定感測波束的兩個以上的感測物體的反射波時，即引導載具往此特定感測波束的發射方向以外的方向移動。
根據上述，本發明所提出的車載導航方法及系統除了利用相鄰感測波束的發射方向來調整載具的移動方向之外，還可進一步利用指向回傳天線來加強判別目標區位置與相對速度的準確度，故此可以利用電磁波進行定位及導航的操作。
請參照圖1，其為根據本發明一實施例之車載導航系統的系統方塊示意圖。在本實施例中，車載導航系統10包括了一個指向型波束成形天線100、一個指向回傳天線110，以及一個處理裝置120。其中，指向型波束成形天線100被設置於載具102上，針對在不同時間點對著不同的方向發射感測波束100a、感測波束100b、…，直至感測波束100c；指向回傳天線110設置於目標區112中以接收由指向型波束成形天線100所發射的感測波束100a~100c中的任一者，並在接收到前述感測波束100a~100c中的任一者之後，往所接收的感測波束100a~100c傳來時的方向，隨著接收的感測波束(例如：感測波束100a)而傳送相對應的回傳波(例如：回傳波110a)。當然，當接收到其它的感測波束100b與100c等波束時，指向回傳天線110也會回傳相對應的回傳波110b與110c。處理裝置120可被設置於載具102或其它可以控制載具102行動的網路節點上，其電性耦接至指向型波束成形天線100以從指向型波束成形天線100接收回傳波110a(或/及回傳波110b、110c)，並根據回傳波110a(或/及回傳波110b、110c)的狀況來引導載具102的移動方向而使載具102最終能移動到目標區112的所在之處。
在前述實施例中，指向型波束成形天線100會隨著時間變化而改變感測波束的發射方向，以於第一時間往第一方向發射一道感測波束(後又稱為第一感測波束)之後，再於接續在此第一時間後的第二時間往第二方向發射另一道感測波束(後又稱為第二感測波束)。此外，處理裝置120是根據與第一感測波束相對應的回傳波以及與第二感測波束相對應的回傳波後，經訊號處理來決定載具102的移動方向。
為了詳細解釋前述車載導航系統10的具體運作過程，以下將同時參照圖1、圖2A與圖3來進行說明。其中，圖2A為根據本發明一實施例的車載導航方法的具體施行流程圖，而圖3則為根據本發明一實施例的指向型波束成形天線100所發射的感測波束與指向回傳天線110位置的關係示意圖。在這些圖式中，類似或相同的元件將以相同的標號來表示。此外，需要事先說明的是，在本案中雖然是以指向型波束成形天線100的主軸方向n為指向型波束成形天線100的法線方向，亦以其為載具102往目標移動的方向，但這並不影響其它設計方式的運作結果；例如：載具102的移動方向可以不是指向型波束成形天線100的主軸方向n，或者載具102的移動方向與指向型波束成形天線100的主軸方向n之間的夾角並不固定，亦即，指向型波束成形天線100是可以旋轉的，而處理裝置120則進一步記錄有載具102的目前移動方向以及指向型波束成形天線100的主軸方向n，以便後續能夠根據所接收到的信號內容來控制載具102的移動方向。
在圖2A所示的實施例中，首先將在某一個時間點發射一道感測波束(步驟S200)，並在接下來判斷是否收到與此道感測波束相對應的回傳波(步驟S210)。假若在一個預定的時間長度之後(此時間長度可取決於感測波束的信號強度以及預計要偵測的範圍大小)發現並沒有收到對應的回傳波，則流程進入步驟S250以調整感測波束的發射方向，再接著回到步驟S200而在另一個時間點發射另一道感測波束，以及再次判斷是否收到相對應的回傳波(步驟S210)，直到發現收到了與某一道感測波束相對應的回傳波為止。
當在步驟S210中發現收到了回傳波之後，流程會進入步驟S220來判斷是否總共已經收到分別與兩道不同的感測波束相對應的回傳波。假若還沒有收到兩道與不同的感測波束相對應的回傳波，也就是只收到了與某一道感測波束相對應的回傳波，那麼流程一樣會回到步驟S250以調整感測波束的發射方向並進行下一輪的感測波束發射以及對應的回傳波偵測的操作。但假若在步驟S220中發現前後已經存在兩道回傳波，那麼就可以根據這兩道回傳波的資料來計算指向回傳天線110的位置(步驟S230)。
請一併參照圖2B，其為圖2A的步驟S220到步驟S250的一實施例的詳細施行流程圖。在此實施例中，當在步驟S220中發現並沒有兩道以上對應於不同的感測波束的回傳波存在時，就先根據目前收到的回傳波來判斷感測物體的距離是否大於某預設值(步驟S222)。假若感測物體的距離不大於預設值，則直接進到步驟S250並進行後續的操作；相對的，假若感測物體的距離大於預設值，則先調整載具的移動方向，引導載具往主軸方向n前進(步驟S224)，之後再進到步驟S250並進行後續的操作。
為了更清楚地加以說明，請一併參照圖1與圖3。如圖3所示，指向型波束成形天線100的主軸方向n(同時也是圖1所示的載具102的移動方向)並非朝著指向回傳天線110所在的位置。但是，當指向型波束成形天線100在某一特定時間(或稱第一時間)往方向A 1(或稱第一方向)發射出感測波束100a之後，指向型波束成形天線100能在發出感測波束100a之後的預定時間長度之內，偵測到由指向回傳天線110所傳來的回傳波；而且，當指向型波束成形天線100在隨後的某一時間(或稱第二時間)往方向A 2(或稱第二方向)發射出感測波束100b之後(亦即，感測波束100b為感測波束100a的相鄰波束)，指向型波束成形天線100同樣能在發出感測波束100b之後的預定時間長度之內，偵測到由指向回傳天線110所傳來的回傳波。於是，處理裝置120就可經由信號處理而得以依照發出感測波束100a與收到對應的回傳波之間的時間差，或者依照發出感測波束100b與收到對應的回傳波之間的時間差，而計算出指向型波束成形天線100與指向回傳天線110之間的距離r。
再者，假設感測波束100a的覆蓋區域(也就是感測波束100a能夠被傳送而不至於被削弱到無法為指向回傳天線110所偵知的範圍)是位於邊界線300與邊界線302之間的區域，且假設感測波束100b的覆蓋區域是位於邊界線310與邊界線312之間的區域，那麼在收到前述兩個回傳波的條件下，指向回傳天線110就必然存在於這兩個感測波束100a與100b的覆蓋區域的重疊處。或者，從另一個角度來看，指向回傳天線110的位置會在感測波束100a的波束前沿與感測波束100b的波束前沿的交會處，也就是圖3所示的、相對於指向型波束成形天線100為方向A的方向上。
據此，當有了方向A以及距離r這兩個參數，處理裝置120也就獲得了指向回傳天線110的位置(步驟S240)。接下來，處理裝置120可以根據載具102的目前移動方向，搭配各種合適的演算邏輯，決定是否需要調整載具102的後續移動方向。假若需要調整載具的移動方向，則使流程進入步驟S260以進行方向調整。假若不需要調整載具的移動方向，或者是在執行完步驟S260的方向調整之後，就可以將先前取得的回傳波的相關資料清除，以免影響下一次的判斷結果。
前述所提到的「合適的演算邏輯」可以是任何一種適合於進行導航的演算法。舉例來說，如圖1與圖3所示，當計算得到方向A之後，處理裝置120就可以直接控制載具102轉動方向角S，使得指向型波束成形天線100的主軸方向n(同時也是圖1所示的載具102的移動方向)轉動到位於第一方向A 1與第二方向A 2之間的方向A。此處所提的方向改變方式僅為舉例之用，並非用以限定本案的應用方式。
根據上述，由於在目標區112中使用了指向回傳天線110，而指向回傳天線110的特性就是將所接收的電磁波集中/加強，並將集中/加強後的電磁波沿著此電磁波傳來的方向進行回傳，所以對於原始發送電磁波的雷達(在本案中例如為前述的指向型波束成形天線100)而言，從指向回傳天線110所接收到的回傳波(在此也被歸類為由感測物體反射而回的感測物體的反射波)的強度，自然會比由其它感測物體任意反射所得的反射波的強度來得更強。所以，當發射一道感測波束卻收到與此感測波束相對應的兩個以上的感測物體的反射波的時候，就可以利用這種電磁波強度的差異來判斷這些感測物體的反射波之中哪一些是從指向回傳天線110回傳的回傳波，而又有哪一些是由其它物體任意反射而回的反射波。進一步的，還可以根據由其它物體任意反射而回的反射波來判斷這些物體的位置，並將其視為障礙物而在導航過程中進行閃躲，例如：控制載具102往這個感測波束的發射方向以外的任何適當的方向移動。其中，在判斷所收到的反射波中的何者為指向回傳天線所傳送的回傳波時，還可以先判斷相對應的感測物體的距離、根據感測物體的距離而判斷感測物體是否位於目標區，最後再據此判斷反射波中的何者為指向回傳天線所傳送的回傳波。
除此之外，當所要導航的場所是一個不易產生多重反射路徑的區域(如特定開闊空間)時，本發明亦可以特定已知的電磁波反射物來取代指向回傳天線110的特性而實施導航功能。如此將可節省整體導航系統所需的建置成本。
整體而言，本發明所提供的車載導航方法及系統利用電磁波進行定位及導航的操作，而且進一步地利用指向型波束以及指向回傳天線來加強判別目標區位置的準確度，故此還可以進一步避開可能存在的障礙物。這類功能除了在一般道路行駛上可以使用之外，也可以運用在大型車、船、飛機等要入庫或靠岸時的避險導航，減少安全導航人員所需耗費的心力，增加大型載具的移動安全性。
10‧‧‧車載導航系統
100‧‧‧指向型波束成形天線
100a、100b、100c‧‧‧感測波束
102‧‧‧載具
110‧‧‧指向回傳天線
110a、110b、110c‧‧‧回傳波
112‧‧‧目標區
120‧‧‧處理裝置
300、302、310、312‧‧‧邊界線
A、A1、A2‧‧‧方向
n‧‧‧主軸方向
r‧‧‧距離
S‧‧‧方向角
S200～S270‧‧‧本發明一實施例的施行步驟
圖1為根據本發明一實施例之車載導航系統的系統方塊示意圖。 圖2A為根據本發明一實施例的車載導航方法的具體施行流程圖。 圖2B為圖2A的步驟S220到步驟S250的一實施例的詳細施行流程圖。 圖3為根據本發明一實施例的指向型波束成形天線所發射的感測波束與指向回傳天線位置的關係示意圖。
無
S200~S270‧‧‧本發明一實施例的施行步驟

Claims (10)

  1. 一種車載導航系統，用於將一載具導航至一目標區中，其特徵在於，該車載導航系統包括： 一指向型波束成形天線，設置於該載具上以發射一感測波束，且該指向型波束成形天線隨著時間變化而改變該感測波束的發射方向，以於一第一時間往一第一方向發射一第一感測波束之後，再於該第一時間後的一第二時間往一第二方向發射一第二感測波束； 一電磁波反射物，設置於該目標區中以接收傳送至該目標區中的該感測波束，並在接收傳送至該目標區中的該感測波束之後，以相對應的一回傳波往該感測波束傳來時的方向傳送回去；以及 一處理裝置，電性耦接至該指向型波束成形天線以從該指向型波束成形天線接收該回傳波，並根據分別與該第一感測波束及該第二感測波束相對應的該回傳波的狀況而決定該載具的移動方向， 其中，該第一感測波束的覆蓋區域與該第二感測波束的覆蓋區域之間最多僅有部分重疊，且當該處理裝置接連收到分別與該第一感測波束及該第二感測波束相對應的該回傳波時，使該載具往該第一方向與該第二方向之間移動。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的車載導航系統，其中該電磁波反射物包括一指向回傳天線。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的車載導航系統，其特徵在於，當該處理裝置收到對應於一特定感測波束的兩個以上的感測物體的反射波時，根據該些感測物體的反射波的信號分析結果而判斷該些感測物體的反射波中的何者為該指向回傳天線所傳送的該回傳波。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的車載導航系統，其特徵在於，當該處理裝置收到對應於一特定感測波束的兩個以上的感測物體的反射波時，引導該載具往該特定感測波束的發射方向以外的方向移動。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的車載導航系統，其特徵在於，該處理裝置估算所要感測的區域而訂定該指向型波束成形天線每次從發射每一該些感測波束到接收對應的該回傳波之間所需的一等待時間，並根據該等待時間而依序發射每一該些感測波束。
  6. 一種車載導航方法，適用於將一載具導航至一目標區中，其特徵在於： 隨著時間變化而改變自該載具上所發射之一感測波束的發射方向，以於一第一時間往一第一方向發射一第一感測波束之後，再於接續在該第一時間後的一第二時間往一第二方向發射一第二感測波束，且該第一感測波束的覆蓋區域與該第二感測波束的覆蓋區域之間最多僅有部分重疊； 利用設置於該目標區中的一電磁波反射物，於接收傳送至該目標區中的該感測波束之後，以相對應的一回傳波往該感測波束傳來時的方向傳送回去；以及 接收該回傳波，並根據分別與該第一感測波束及該第二感測波束相對應的該回傳波的狀況而決定該載具的移動方向， 其中，當接連收到分別與該第一感測波束及該第二感測波束相對應的該回傳波時，使該載具往該第一方向與該第二方向之間移動。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的車載導航方法，其特徵在於提供一指向回傳天線為該電磁波反射物。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的車載導航方法，其特徵在於，當收到對應於一特定感測波束的兩個以上的物體反射波時，根據該些物體反射波的信號分析結果而判斷該些物體反射波中的何者為該指向回傳天線所傳送的該回傳波。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的車載導航方法，其特徵在於該信號分析結果包括反射波的信號強度。
  10. 如申請專利範圍第6項所述的車載導航方法，其特徵在於，當收到對應於一特定感測波束的兩個以上的物體反射波時，控制該載具往該特定感測波束的發射方向以外的方向移動。
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