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TWI599787B - 載具導航方法及系統 - Google Patents

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TWI599787B
TWI599787B TW105124361A TW105124361A TWI599787B TW I599787 B TWI599787 B TW I599787B TW 105124361 A TW105124361 A TW 105124361A TW 105124361 A TW105124361 A TW 105124361A TW I599787 B TWI599787 B TW I599787B
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wave
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angle
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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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Priority to JP2017146851A priority patent/JP6644740B2/ja
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Description

載具導航方法及系統
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載具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；特別是在使用調頻連續波(Frequency-modulated continuous-Wave，FMCW)雷達定位時，在多反射物空間中對於同一個反射物容易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，本發明提出一種載具導航方法及系統，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，本發明提出一種載具導航系統，其用於導航載具，且包括：一個雷達天線、一個第一指向回傳天線、一個第二指向回傳天線，以及一個處理裝置。雷達天線設置於載具上，並在第一時間發射第一感測波，在第二時間發射第二感測波。第一指向回傳天線被設置在第一位置上；第二指向回傳天線設置於第二位置上並與第一指向回傳天線之間固定地相隔一段特定距離。處理裝置電性耦接至前述的雷達天線。其中，於接收到第一感測波時，第一指向回傳天線往第一感測波傳來時的方向傳送對應的第一回傳波，且第二指向回傳天線往第一感測波傳來時的方向傳送對應的第二回傳波；於接收到第二感測波時，第一指向回傳天線往第二感測波傳來時的方向傳送對應的第三回傳波，且第二指向回傳天線往第二感測波傳來時的方向傳送對應的第四回傳波；處理裝置從雷達天線接收第一回傳波、第二回傳波、第三回傳波及第四回傳波，並根據第一回傳波、第二回傳波、第三回傳波、第四回傳波及特定距離而決定載具的移動方向。
在一個實施例中，前述的雷達天線為全向型天線。
在一個實施例中，前述的雷達天線為指向型波束成形天線。
從另一個角度來看，本發明提出一種載具導航方法。此載具導航方法用於導航設置有全向型天線之載具，且於目標點的兩側設置著可回應於全向型天線的第一指向回傳天線及第二指向回傳天線，其中第一指向回傳天線與第二指向回傳天線之間固定地相隔一段特定距離。此載具導航方法包括下列步驟：根據回應於第一感測波的第一回傳波及第二回傳波，分別計算第一回傳波與第二回傳波傳遞的第一距離與第二距離；往移動方向移動載具經過一段預設時間後，於第二時間發射第二感測波；根據回應於第二感測波的第三回傳波及第四回傳波，分別計算第三回傳波與第四回傳波傳遞的第三距離與第四距離；以及根據前述的第一距離、第二距離、第三距離、第四距離以及特定距離，判斷移動載具時所採用的移動方向是否需要調整。
在一個實施例中，根據前述的第一距離、第二距離、第三距離、第四距離以及特定距離，判斷移動載具時所採用的移動方向是否需要調整的步驟，包括下列步驟：以第一距離為半徑，全向型天線在第一時間所處的位置為圓心而得第一測定圓；以第二距離為半徑，全向型天線在第一時間所處的位置為圓心而得第二測定圓；以第三距離為半徑，全向型天線在第二時間所處的位置為圓心而得第三測定圓；以第四距離為半徑，全向型天線在第二時間所處的位置為圓心而得第四測定圓；以第一測定圓與第三測定圓的交會點為第一假設點，並以第二測定圓與第四測定圓的交會點為第二假設點，再判斷第一 假設點與第二假設點間的距離是否等同於前述的特定距離；當第一假設點與第二假設點間的距離等同於前述的特定距離時，根據第一假設點與第二假設點的位置而判斷移動方向是否需要調整；以及當第一假設點與第二假設點間的距離不等同於前述特定距離時，以第一測定圓與第四測定圓的交會點為第三假設點，以第二測定圓與第三測定圓的交會點為第四假設點，並根據第三假設點與第四假設點的位置而判斷移動方向是否需要調整。
在一個實施例中，前述根據第一假設點與第二假設點的位置而判斷移動方向是否需要調整的步驟，包括：以第一假設點與第二假設點之間的連接線為一基準線，使在第一時間的全向型天線至第一假設點的連線與基準線之間的夾角為第一方向角，使在第一時間的全向型天線至第二假設點的連線與基準線之間的夾角為第二方向角，使在第二時間的全向型天線至第一假設點的連線與基準線之間的夾角為第三方向角，使在第二時間的全向型天線至第二假設點的連線與基準線之間的夾角為第四方向角；以及根據前述方向角之間的變化關係，判斷是否需要調整移動方向。
在一個實施例中，前述根據前述方向角之間的變化關係，判斷是否需要調整移動方向的步驟，包括：當第一方向角大於等於第二方向角且第三方向角大於第一方向角，則判斷為需要調整移動方向。
在一個實施例中，前述當第一方向角大於等於第二方向角且第三方向角大於第一方向角，則判斷為需要調整移動方向的步驟，包括：當第一方向角大於第二方向角且第三方向角大於第一方向角，則判斷為應該將移動方向調整成可隨時間經過而逐步減小第一方向角的方向。
在一個實施例中，此載具導航方法更包括：當第一方向角等於第二方向角、第三方向角等於第四方向角，且第一方向角大於第三方向角時，判斷為不需要調整移動方向。
從另一個角度來看，本發明提出一種載具導航方法，其用於導航設置有指向型波束成形天線的載具，且於目標點的兩側設置著可回應於此指向型波束成形天線、彼此之間固定地相隔一段特定距離的第一指向回傳天線及第二指向回傳天線。此載具導航方法包括：接收第一回傳波，此第一回傳波為第一指向回傳天線與第二指向回傳天線二者之一回應於在第一時間發射的第一感測波束時所發射的回傳波；接收第二回傳波，此第二回傳波為第一指向回傳天線與第二指向回傳天線二者中之另一者回應於在第二時間發射的第二感測波束時所發射的回傳波；根據第一回傳波確認發射第一感測波束時的第一發射角度，並計算該第一回傳波經過的第一距離；根據第二回傳波確認發射第二感測波束時的第二發射角度，並計算第二回傳波經過的第二距離；以及根據第一距離、第二距離、第一發射角度以及第二發射角度，判斷載具移動時所採用的移動方向是否需要調整。
在一個實施例中，前述根據第一距離、第二距離、第一發射角度以及第二發射角度，判斷載具移動時所採用的移動方向是否需要調整的步驟包括：根據第一距離與第一發射角度，計算出發射第一回傳波之處的第一位置；根據第二距離與第二發射角度，計算出發射第二回傳波之處的第二位置；以及當移動方向為同時遠離第一位置及第二位置時，判斷為需要調整移動方向。
從另一個角度來看，本發明提出一種載具導航系統，其用於導航載具，且包括：一個雷達天線、一個第一反射物、一個第二反射物以及一個處理裝置。雷達天線設置於載具上，並在第一時間發射第一感測波，在第二時間發射第二感測波。第一反射物設置於第一位置，第二反射物設置於第二位置，且第一反射物與第二反射物之間固定地相隔一段特定距離。於接收到第一感測波時，第一反射物反射第一回傳波，且第二反射物反射第二回傳波；於接收到第二感測波時，第一反射物反射第三回傳波，且第二反射物反射第四回傳波。處理裝置電性耦接至雷達天線，並從雷達天線接收第一回傳波、第二回傳波、第三回傳波及第四回傳波，並根據第一回傳波、第二回傳波、第三回傳波、第四回傳波及特定距離而決定載具的移動方向。
綜上所述，本發明在載具上設置一個天線雷達，再藉由搭配兩個設置在目標點附近的指向回傳天線而得以准確定位這兩個指向回傳天線的位置。因此，本發明可以根據指 向回傳天線的位置而調整載具的移動方向，使載具往目標點移動而達到導航的目的。
10‧‧‧載具導航系統
100‧‧‧雷達天線
105‧‧‧載具
110‧‧‧第一指向回傳天線
120‧‧‧第二指向回傳天線
130‧‧‧處理裝置
a1、a2、a3、a4‧‧‧方向角
C11、C12、C21、C22‧‧‧測定圓
d‧‧‧特定距離
DET‧‧‧目標點
F1、F2、P1、P2、T1、T2、T3‧‧‧點
M‧‧‧移動方向
r11、r12、r21、r22‧‧‧距離
S200~S240‧‧‧本發明一實施例的施行步驟
S302~S350‧‧‧本發明一實施例的施行步驟
S400~S460‧‧‧本發明一實施例的施行步驟
S500~S530‧‧‧本發明一實施例的施行步驟
S600~S620‧‧‧本發明一實施例的施行步驟
圖1為根據本發明一實施例的載具導航系統的系統外觀示意圖。
圖2為根據本發明一實施例的載具導航方法的流程圖。
圖3A為根據本發明一實施例於實施步驟S240時的詳細流程圖。
圖3B為圖3A的實施例中的第一~第四距離及特定距離d之間的關係示意圖。
圖4A為根據本發明一實施例的前述步驟S330的詳細施行步驟的流程圖。
圖4B為根據本發明一實施例的各方向角之間的關係示意圖。
圖4C為根據本發明一實施例的各方向角之間的關係示意圖。
圖5為根據本發明一實施例的載具導航方法的流程圖。
圖6為根據本發明一實施例於執行步驟S530時的詳細流程圖。
請參照圖1，其為根據本發明一實施例的載具導航系統的系統外觀示意圖。在本實施例中，載具導航系統10包括了雷達天線(radar antenna)100、第一指向回傳天線(first retro-directive antenna)110、第二指向回傳天線(second retro-directive antenna)120以及處理裝置130。雷達天線100設置於載具105上，以在不同的時間發射對應的感測波。設置第一指向回傳天線110的位置在這之後將被稱為第一位置，設置第二指向回傳天線120的位置在這之後將被稱為第二位置，且第一位置與第二位置之間固定地相隔一段特定距離d。處理裝置130電性耦接至雷達天線100以從雷達天線100接收資料。必須說明的是，雖然本實施例中的處理裝置130是被設置在載具105上，但實際上處理裝置130只要能夠發出指令使載具105或控制載具105的人員能夠理解建議的移動方向M即可，並非一定要設置在載具105上；再者，雖然處理裝置130在本實施例中是以無線的方式電性耦接到雷達天線100，但實際設計時也可以採用有線方式使處理裝置130電性耦接到雷達天線100。
在本實施例中，雷達天線100會在第一時間發出一道感測波(後稱第一感測波)，隨後在第二時間發出另一道感測波(後稱第二感測波)。第一指向回傳天線110在接收到第一感測波時，會往第一感測波傳來時的方向傳送對應的一道回傳波(後稱第一回傳波)，第二指向回傳天線120在接收到第一感測波時，也會往第一感測波傳來時的方向傳送對應的一道回傳 波(後稱第二回傳波)。類似的，第一指向回傳天線110在接收到第二感測波時，會往第二感測波傳來時的方向傳送對應的一道回傳波(後稱第三回傳波)，而第二指向回傳天線120在接收到第二感測波時，也會往第二感測波傳來時的方向傳送對應的一道回傳波(後稱第四回傳波)。雷達天線100分別接收前述的各回傳波，而處理裝置130則從雷達天線100接收這些回傳波，並根據這些回傳波以及前述的特定距離d而決定是否需要調整載具105的移動方向M。
在具體的系統設計上，前述的雷達天線100可以是全向型天線(OMNI antenna)，或者可以是指向型波束成形天線(Beamforming antenna)。後續將分別針對使用這兩種不同類型的天線而製成的載具導航系統10來做更進一步的說明。
請一併參照圖1與圖2，其中圖2為根據本發明一實施例的載具導航方法的流程圖。此實施例所呈現的操作流程適於使用在採用全向型天線做為載具上的雷達天線的載具導航系統中。首先，雷達天線100在第一時間向外發射第一感測波(步驟S200)，並在之後的步驟S205中根據從第一指向回傳天線110所接收到的第一回傳波與從第二指向回傳天線120所接收到的第二回傳波，計算第一回傳波傳遞經過的距離(後稱第一距離)與第二回傳波傳遞經過的距離(後稱第二距離)，然後藉由步驟S210將計算所得的第一距離與第二距離傳遞至處理裝置130。而且，在步驟S200發射第一感測波之後，載具105上的雷達天線100還在載具105往移動方向M移動了一段預設 時間之後，進一步於第二時間向外發射第二感測波(步驟S220)，並在之後的步驟S225中根據從第一指向回傳天線110所接收到的第三回傳波與從第二指向回傳天線120所接收到的第四回傳波，計算第三回傳波傳遞經過的距離(後稱第三距離)與第四回傳波傳遞經過的距離(後稱第四距離)，然後藉由步驟S230將計算所得的第三距離與第四距離傳遞至處理裝置130。接下來，在步驟S240中，處理裝置130根據所接收到的第一距離、第二距離、第三距離、第四距離以及事先得知的第一指向回傳天線110與第二指向回傳天線120之間的特定距離d，進一步搭配載具105在第一時間到第二時間之間沿著移動方向M所移動的距離，來判斷移動載具105時所採用的移動方向M是否需要調整。
請進一步合併參照圖3A與圖3B，其中圖3A是根據本發明一實施例於實施步驟S240時的詳細流程圖，而圖3B則是圖3A的實施例中的第一~第四距離及特定距離d之間的關係示意圖。如圖3A所示，在先前的步驟S210或步驟S230之後，處理裝置130會接收到先前計算出來的第一距離、第二距離、第三距離以及第四距離。接下來，在步驟S302中，處理裝置130將以接收到的第一距離為半徑，以全向型天線在第一時間所處的位置為圓心而得到相對應的一個圓形(後稱第一測定圓)；在步驟S304中，處理裝置130將以接收到的第二距離為半徑，以全向型天線在第一時間所處的位置為圓心而得到相對應的一個圓形(後稱第二測定圓)；在步驟S306中，處理裝置 130將以接收到的第三距離為半徑，以全向型天線在第二時間所處的位置為圓心而得到相對應的一個圓形(後稱第三測定圓)；在步驟S308中，處理裝置130將以接收到的第四距離為半徑，以全向型天線在第二時間所處的位置為圓心而得到相對應的一個圓形(後稱第四測定圓)。
在得到上述的各測定圓之後，就可以對應得知各測定圓之間的交會點的位置(步驟S310)並進行後續的判斷操作。在本實施例中，步驟S310是將第一測定圓與第三測定圓的交會點(後稱第一假設點)，此時可能是點T1或T3(在不同的實施例中也可能只存在一個交會點)，的位置假設為其中一個指向回傳天線的位置，並將第二測定圓與第四測定圓的交會點的位置(後稱第二假設點)，也就是點T2(在不同的實施例中也可能存在兩個交會點)，假設為另一個指向回傳天線的位置，因此在接下來的步驟S320中，就要判斷第一假設點與第二假設點之間的距離是否等同於第一指向回傳天線110與第二指向回傳天線120之間的特定距離d。如果步驟S320的判斷結果為是(假設點T1到點T2之間的距離等同於特定距離d，而點T3到點T2之間的距離與特定距離d不相同)，則表示第一假設點(此時為點T1)與第二假設點(此時為點T2)的位置就是兩個指向回傳天線的位置。此時，在第一時間的時候由載具上的雷達天線與兩個指向回傳天線所共同形成的三角形(亦即由點P1、T1與T2所形成的三角形，後稱第一三角形)，以及在第二時間的時候由載具上的雷達與兩個指向回傳天線所共同形成的三角形(亦 即由點P2、T1與T2所形成的三角形，後稱第二三角形)都可以被計算出來，進而可以根據第一三角形在點P1處的角度與第二三角形在點P2處的角度，來判斷載具是否逐漸靠近點T1與點T2之間的中心點。假若第一三角形在點P1處的角度大於第二三角形在點P2處的角度，那麼就表示載具逐漸遠離點T1與點T2之間的中心點，此時就必須調整移動方向M。相反的，假若第一三角形在點P1處的角度小於第二三角形在點P2處的角度，那麼就表示載具逐漸靠近點T1與點T2之間的中心點，此時就可以選擇不調整移動方向M。換句話說，在步驟S320的判斷結果為是之後，就可以根據第一假設點與第二假設點的位置來判斷移動方向M是否需要調整(步驟S330)。
相對的，如果步驟S320的判斷結果為否，則表示第一假設點與第二假設點的位置並不是兩個指向回傳天線的位置，此時就必須在步驟S340中調整指向回傳天線的假設位置，改為將第一測定圓與第四測定圓的交會點(後稱第三假設點)的位置假設為其中一個指向回傳天線的位置，並將第二測定圓與第三測定圓的交會點(後稱第四假設點)的位置假設為另一個指向回傳天線的位置。接下來，可以以與前述類似的方式，計算相關三角形的角度變化，而在步驟S350中得以根據第三假設點與第四假設點的位置而判斷移動方向M是否需要調整，或者也可以先判斷第三假設點與第四假設點之間的距離是否等同於第一指向回傳天線110與第二指向回傳天線120之間的特定距離d，並只在判斷結果為是的時候執行步驟S350， 而在判斷結果為否的時候重新執行圖2所示的整個流程，以藉此增加整個載具導航方法的可信賴度。
應注意的是，第一測定圓也可以採用第二距離為其半徑。此時的第二測定圓相對改為採用第一距離為其半徑，但並不影響第三測定圓與第四測定圓的半徑採用對象。詳細地說，由於全向型天線是往四周同時發射一道感測波，因此每一個測定圓代表的是反射感測波的物體的可能位置，而測定圓的半徑則代表反射感測波的物體與全向型天線之間的距離。據此，第一測定圓表示一個物體的可能位置的集合，第二測定圓表示另一個物體的可能位置的集合，而其中所採用的第一與第二等詞僅是為了區隔之用，並非特別用來限制接收的前後順序。同樣的，第三測定圓也表示一個物體(可能與位於第一測定圓上的物體相同或與位於第二測定圓上的物體相同)的可能位置的集合，而第四測定圓則表示另一個物體(相對的可能與位於第二測定圓上的物體相同或與位於第一測定圓上的物體相同)的可能位置的集合。
舉例來說，請參照圖3B，假設載具105(或全向型天線)在第一時間位於圖中點P1所代表的位置，並在沿著移動方向M移動了一段時間之後，在第二時間位於圖中點P2所代表的位置，距離r11與r12分別為全向型天線在點P1處測得的兩個不同反射物與此全向型天線之間的距離，距離r21與r22分別為全向型天線在點P2處測得的兩個不同反射物與此全向型天線之間的距離。則，測定圓C11就是以點P1為圓心，距離r11為半 徑所得的圓；測定圓C12就是以點P1為圓心，距離r12為半徑所得的圓；測定圓C21就是以點P2為圓心，距離r21為半徑所得的圓；而測定圓C22就是以點P2為圓心，距離r22為半徑所得的圓。此外，點T1與點T3是測定圓C11與測定圓C21的兩個交會點，點T2是測定圓C12與測定圓C22的交會點，而點F1與點F2則是測定圓C11與測定圓C22的兩個交會點。
在一個實施例中，可以以測定圓C11為第一測定圓，以測定圓C12為第二測定圓，以測定圓C21為第三測定圓，以測定圓C22為第四測定圓，此時點T1與點T3就屬於第一假設點的可能位置，點T2屬於第二假設點的可能位置，點F1與點F2則屬於第三假設點的可能位置。而由於測定圓C12與測定圓C21之間沒有交點，所以此時不存在第四假設點。在此實施例中，因為點T2和與點T3同屬於第一假設點的點T1之間的距離等同於特定距離d，因此可以判斷點T1與點T2的位置上各有一支指向回傳天線，並據此判斷是否需要調整移動方向。
在另一個實施例中，可以以測定圓C12為第一測定圓，以測定圓C11為第二測定圓，以測定圓C21為第三測定圓，並以測定圓C22為第四測定圓。由於測定圓C12與測定圓C21之間沒有交點，所以此時不存在第一假設點；除此之外，此時的點F1與點F2屬於第二假設點的可能位置，點T2屬於第三假設點的可能位置，而點T1與點T3則屬於第四假設點的可能位置。因此，在圖3A所示的步驟S320進行判斷的時候，會因為不存在第一假設點而導致判斷結果為否，並因此進入步驟S340及其 後續的流程。而因為存在兩個第四假設點(點T1與點T3)，所以在步驟S350中，必須先藉由判斷點T2和點T1或點T3之間的距離與特定距離d是否相同，才能得知究竟是在點T1的位置上存在指向回傳天線或者是在點T3的位置上存在指向回傳天線(此時在點T2的位置上當然存在一支指向回傳天線)，並進而根據對應的點來判斷是否需要調整移動方向。此處可以利用在前述步驟S320的判斷結果為是之後的具體操作來判斷是否需要調整移動方向。
更進一步的，當點P1與點P2的連線剛好經過點T2的時候，點T2到點T1的距離以及點T2到點T3的距離會同時等於特定距離d。此時一樣可以利用相關各點之間所形成的三角形來判斷載具是從點P1往點P2的方向移動或者是從點P2往點P1的方向移動，之後再選擇將移動方向偏往點T1或者點T3並移動一段距離，再配合載具雷達所接收的反射能量的增加趨勢，這樣後續就可以藉著上述的方式來分析出指向回傳天線究竟是設置在點T1或點T3所在的位置上。也就是說，可以根據第一時間與第二時間所收到的回傳波的強度，判斷移動方向是否需要調整。
在其它實施例中，還可以以測定圓C11為第一測定圓、以測定圓C12為第二測定圓、以測定圓C22為第三測定圓並以測定圓C21為第四測定圓，或者是以測定圓C12為第一測定圓、以測定圓C11為第二測定圓、以測定圓C22為第三測定圓並以測定圓C21為第四測定圓。與這些實施例相對應的各假設點 及指向回傳天線之間的位置判斷以及最終判斷是否需要調整移動方向的實際情形與前述的實施例類似，在此就不再多做贅述。
接下來請合併參照圖4A，其為根據本發明一實施例的前述步驟S330的詳細施行步驟的流程圖。在本實施例中，於前述步驟S320之後，會先確認由連接第一假設點與第二假設點而得的基準線(步驟S400)，之後則分別計算在第一時間時的全向型天線至第一假設點的連線與基準線之間所夾的第一方向角(步驟S412)、在第一時間時的全向型天線至第二假設點的連線與基準線之間所夾的第二方向角(步驟S414)、在第二時間時的全向型天線至第一假設點的連線與基準線之間所夾的第三方向角(步驟S416)，以及在第二時間時的全向型天線至第二假設點的連線與基準線之間所夾的第四方向角(步驟S418)。在得到前述的各方向角之後，接著就要判斷第一方向角是否大於第二方向角(步驟S420)。假若在步驟S420中得知第一方向角大於第二方向角，則接著在步驟S430中判斷第三方向角是否大於第一方向角。若在步驟S430中得知第三方向角大於第一方向角，則最終判斷為需要調整現有的移動方向M(步驟S440)；相對的，假若在步驟S430中得知第三方向角不大於第一方向角，則最終判斷為不需要調整現有的移動方向M(步驟S450)。
回過頭來看，假如經過步驟S420的判斷而得知第一方向角並不大於第二方向角，則接著進入步驟S460以判斷 第四方向角是否大於第二方向角。若第四方向角大於第二方向角，則判斷為需要調整移動方向M(步驟S440)；相對的，若第四方向角不大於第二方向角，則判斷為不需要調整移動方向M(步驟S450)。
總括來說，圖4A所述的各步驟就是根據各方向角之間的變化關係來判斷是否需要調整移動方向。在實際設計時可以有許多種的判斷方式，並不侷限於以上所述的特定實施例。該等設計調整的種類繁多，不勝枚舉，且為此技術領域者能根據本案的技術精神自行變化而得，故在此不多做說明。
為了使本技術領域的人能更清楚地瞭解圖4A所示的流程圖的運作過程，請一併參照圖4B，其為根據本發明一實施例的各方向角之間的關係示意圖。在本實施例中，全向型天線從點P1沿著移動方向M而移動到點P2，而此時載具導航系統的目的是要將載具105(含全向型天線)導航至目標點DET。經過前述各實施例的定位，找出了第一指向回傳天線110與第二指向回傳天線120的位置。此時，圖4A中所提及的基準線指的就是連接第一指向回傳天線110與第二指向回傳天線120的線段，而目標點DET則位於基準線的中點。若假設第一方向角是方向角a1，則第二方向角就是方向角a2，第三方向角是方向角a3，第四方向角是方向角a4。依據圖4A的操作流程，首先在步驟S420中的判斷結果為第一方向角大於第二方向角，於是進入步驟S430並得到判斷結果為第三方向角小於第一方向角。所以，在此實施例中最後會進入到步驟S450而 判斷為不調整移動方向M。如此一來，載具105(含全向型天線)就會沿著移動方向M逐漸移動並靠近位於基準線中點處的目標點DET。
請參照圖4C，其為根據本發明另一實施例的各方向角之間的關係示意圖。同樣的，在本實施例中，全向型天線從點P1沿著移動方向M而移動到點P2，且載具導航系統的目的也是要將載具105(含全向型天線)導航至目標點DET。經過前述各實施例的定位，找出了第一指向回傳天線110與第二指向回傳天線120的位置，基準線就是連接第一指向回傳天線110與第二指向回傳天線120的線段。假設目標點DET同樣位於基準線的中點且第一方向角是方向角a1，則第二方向角就是方向角a2，第三方向角是方向角a3，第四方向角是方向角a4。依據圖4A的操作流程，首先在步驟S420中的判斷結果為第一方向角大於第二方向角，於是進入步驟S430並得到判斷結果為第三方向角大於第一方向角。所以，在此實施例中最後會進入到步驟S440而判斷為應該調整移動方向M。
在此處，調整移動方向M的方法有很多種，此技術領域者在此處視實際需求所進行的設計變化並不會影響到本發明的實質技術精神。雖然因為此種設計變化的方式種類繁多，但基本上應該是以使載具105能逐步接近目標點DET為首選。舉例來說，可以嘗試將移動方向M調整成『可隨時間經過而逐步減小第一方向角(在此為方向角a1)』的方向，但並不以此為限。
值得注意的是，目標點DET未必一定要在基準線的中點處。事實上，只要目標點DET與第一指向回傳天線110及第二指向回傳天線120之間是預設的已知相對位置關係，且不會隨著時間而有太大的變化，那麼載具導航系統10就可以根據預先輸入的位置關係，搭配各種合適的導航軟體來將載具105導航到目標點DET。
以上所述的各實施例適用於在載具105上使用全向型天線的狀況。假若在載具105上使用的雷達天線是指向型波束成形天線，則對應的載具導航方法就會更為簡單。
請合併參照圖1與圖5，其中圖5為根據本發明一實施例的載具導航方法的流程圖。此實施例所呈現的操作流程適於使用在採用指向型波束成形天線做為載具105上的雷達天線100的載具導航系統10。在本實施例中，首先在某一個時間點(後稱第一時間)發射一道感測波束(後稱第一感測波束)以偵測某一個區域範圍內是否存在第一指向回傳天線110或第二指向回傳天線120(步驟S500)。當接收到第一指向回傳天線110或第二指向回傳天線120回應於第一感測波束而產生的第一回傳波時(步驟S510)，就可以知道在第一感測波束所偵測的區域範圍內存在一支指向回傳天線。由於指向型波束成形天線所發出的每一道感測波束都有一個特定的發射角度，所以在接收到回應於第一感測波束而產生的第一回傳波之後，就可以回過頭來確認這一個第一感測波束的發射角度(後稱第一發射角度)為何，並且可以根據第一回傳波回傳的時間而計算出第一回傳 波傳遞過程中所經過的距離(後稱第一距離)是多少(步驟S512)。
類似的，在步驟S500發出第一感測波束之後一段時間，指向型波束成形天線還會在另一個時間點(後稱第二時間)發射另一道感測波束(後稱第二感測波束)以偵測另一個區域範圍內是否存在第一指向回傳天線110或第二指向回傳天線120(步驟S520)。在接收到回應於第二感測波束而產生的回傳波(後稱第二回傳波)的時候(步驟S522)，就可以知道在第二感測波束所偵測的區域範圍內存在與產生第一回傳波的指向回傳天線不同的另一支指向回傳天線。此時同樣可以回過頭來確認這一個第二感測波束的發射角度(後稱第二發射角度)為何，並且可以根據第二回傳波回傳的時間而計算出第二回傳波傳遞過程中所經過的距離(後稱第二距離)是多少(步驟S524)。
當前述的步驟都完成之後，接下來就進入步驟S530，根據先前獲得的第一距離、第二距離、第一發射角度與第二發射角度等參數，判斷載具105的移動方向M是否需要調整。
接下來請一併參照圖6，其為根據本發明一實施例於執行步驟S530時的詳細流程圖。在經過步驟S512與S524的計算而得到前述參數之後，就可以根據第一距離與第一發射角度來計算發射(或反射)出第一回傳波的物體所在的第一位置(步驟S600)，以及根據第二距離與第二發射角度來計算發射(或反射)出第二回傳波的物體所在的第二位置(步驟S610)。之 後，再於步驟S620中，根據第一位置、第二位置與移動方向M之間的關係，判斷是否需要調整移動方向M。而在判斷是否需要調整移動方向M的時候，可以運用各種不同的邏輯來進行相應的判斷，這並不會影響本發明所提供之技術的本質。舉例來說，可以在移動方向M使得載具105同時逐漸遠離第一位置與第二位置的時候，判斷必須調整移動方向M以使載具105能逐漸靠近第一位置與第二位置中的較遠者；或者也可以在移動方向M使得載具105同時逐漸遠離第一位置與第二位置的時候，判斷必須調整移動方向M以使載具105能轉向至第一位置與第二位置之間的某處。
相較於圖3A~圖3B與圖4A~圖4C的定位方式，圖6所示的定位方式無疑的較為簡單。這是因為指向型波束成形天線所發出的每一道感測波束都有特定的發射角度，所以在接收到對應的回傳波的時候，就可以直接根據此感測波束的發射角度而得知反射出回傳波的物體與指向型波束成形天線之間的相對方向。而根據發出感測波束一直到接收到對應的回傳波之間的時間差，又可以直接計算出指向型波束成形天線到反射出回傳波的物體之間的距離。因此，在判斷指向回傳天線的位置的時候，可以很直接地取得對應的方向角以及間隔距離而減少過多複雜的運算。
在較為開闊、且不會使得感測波束的回傳波產生多重路徑現象的環境中，可以採用兩個特定的反射物來取代前 述的指向回傳天線。如此一來將可更進一步減少硬體設置的成本。
綜上所述，本發明載具上設置一個天線雷達，再藉由搭配兩個設置在目標點附近的指向回傳天線或其它特定的反射物而得以准確定位這兩個指向回傳天線的位置，因此可以根據指向回傳天線的位置而調整載具的移動方向，使載具往目標點移動而達到導航的目的。除此之外，經由雷達波的行進速度與耗費時間，也可以計算得到天線雷達與目標點之間的相對距離與相對速度，進而估計到達時間。
S200~S240‧‧‧本發明一實施例的施行步驟

Claims (13)

  1. 一種載具導航系統，用於導航一載具，其特徵在於，該載具導航系統包括：一雷達天線，設置於該載具上，並在一第一時間發射一第一感測波，在一第二時間發射一第二感測波；一第一指向回傳天線，設置於一第一位置；一第二指向回傳天線，設置於一第二位置以與該第一指向回傳天線之間固定地相隔一特定距離；以及一處理裝置，電性耦接至該雷達天線，其中，於接收到該第一感測波時，該第一指向回傳天線往該第一感測波傳來時的方向傳送對應的一第一回傳波，且該第二指向回傳天線往該第一感測波傳來時的方向傳送對應的一第二回傳波，其中，於接收到該第二感測波時，該第一指向回傳天線往該第二感測波傳來時的方向傳送對應的一第三回傳波，且該第二指向回傳天線往該第二感測波傳來時的方向傳送對應的一第四回傳波，其中，該處理裝置從該雷達天線接收該第一回傳波、該第二回傳波、該第三回傳波及該第四回傳波，並根據該第一回傳波、該第二回傳波、該第三回傳波、該第四回傳波及該特定距離而決定該載具的移動方向。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的載具導航系統，其中：該雷達天線為全向型天線。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的載具導航系統，其中：該雷達天線為指向型波束成形天線。
  4. 一種載具導航方法，用於導航設置有一全向型天線之一載具，且於一目標點的兩側設置著可回應於該全向型天線的一第一指向回傳天線及一第二指向回傳天線，該第一指向回傳天線與該第二指向回傳天線固定地相隔一特定距離，該載具導航方法的特徵在於包括下列步驟：於一第一時間發射一第一感測波；根據回應於該第一感測波的一第一回傳波及一第二回傳波，計算該第一回傳波傳遞的一第一距離與該第二回傳波傳遞的一第二距離；往一移動方向移動該載具一預設時間後，於一第二時間發射一第二感測波；根據回應於該第二感測波的一第三回傳波及一第四回傳波，分別計算該第三回傳波傳遞的一第三距離與該第四回傳波傳遞的一第四距離；以及根據該第一距離、該第二距離、該第三距離、該第四距離以及該特定距離，判斷移動該載具時所採用的該移動方向是否需要調整。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的載具導航方法，其中前述根據該第一距離、該第二距離、該第三距離、該第四距離以及該特定 距離，判斷移動該載具時所採用的該移動方向是否需要調整的步驟，包括下列步驟：以該第一距離為半徑，該全向型天線在該第一時間所處的位置為圓心而得一第一測定圓；以該第二距離為半徑，該全向型天線在該第一時間所處的位置為圓心而得一第二測定圓；以該第三距離為半徑，該全向型天線在該第二時間所處的位置為圓心而得一第三測定圓；以該第四距離為半徑，該全向型天線在該第二時間所處的位置為圓心而得一第四測定圓；以該第一測定圓與該第三測定圓的交會點為一第一假設點，並以該第二測定圓與該第四測定圓的交會點為一第二假設點，判斷該第一假設點與該第二假設點間的距離是否等同於該特定距離；當該第一假設點與該第二假設點間的距離等同於該特定距離時，根據該第一假設點與該第二假設點的位置而判斷該移動方向是否需要調整；以及當該第一假設點與該第二假設點間的距離不等同於該特定距離時，以該第一測定圓與該第四測定圓的交會點為一第三假設點，以該第二測定圓與該第三測定圓的交會點為一第四假設點，並根據該第三假設點與該第四假設點的位置而判斷該移動方向是否需要調整。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的載具導航方法，更根據該第一時間與該第二時間所收到的該些回傳波的強度來判斷該移動方向是否需要調整。
  7. 如申請專利範圍第5項所述的載具導航方法，其中前述根據該第一假設點與該第二假設點的位置而判斷該移動方向是否需要調整的步驟，包括下列步驟：以該第一假設點與該第二假設點之間的連接線為一基準線，使在該第一時間的該全向型天線至該第一假設點的連線與該基準線之間的夾角為一第一方向角，使在該第一時間的該全向型天線至該第二假設點的連線與該基準線之間的夾角為一第二方向角，使在該第二時間的該全向型天線至該第一假設點的連線與該基準線之間的夾角為一第三方向角，使在該第二時間的該全向型天線至該第二假設點的連線與該基準線之間的夾角為一第四方向角；以及根據該些方向角之間的變化關係，判斷是否需要調整該移動方向。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的載具導航方法，其中前述根據該些方向角之間的變化關係，判斷是否需要調整該移動方向的步驟，包括下列步驟：當該第一方向角大於等於該第二方向角且該第三方向角大於該第一方向角，判斷為需要調整該移動方向。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的載具導航方法，其中前述當該第一方向角大於該第二方向角且該第三方向角大於該第一方向角，判斷為需要調整該移動方向的步驟，包括下列步驟：當該第一方向角大於等於該第二方向角且該第三方向角大於該第一方向角，判斷為應該將該移動方向調整成可隨時間經過而逐步減小該第一方向角的方向。
  10. 如申請專利範圍第8項所述的載具導航方法，更包括下列步驟：當該第一方向角等於該第二方向角、該第三方向角等於該第四方向角，且該第一方向角大於該第三方向角時，判斷為不需要調整該移動方向。
  11. 一種載具導航方法，用於導航設置有一指向型波束成形天線之一載具，且於一目標點的兩側設置著可回應於該指向型波束成形天線的一第一指向回傳天線及一第二指向回傳天線，該第一指向回傳天線與該第二指向回傳天線固定地相隔一特定距離，該載具導航方法的特徵在於包括下列步驟：接收一第一回傳波，該第一回傳波為該第一指向回傳天線與該第二指向回傳天線二者之一回應於在一第一時間發射的一第一感測波束時所發射的回傳波； 接收一第二回傳波，該第二回傳波為該第一指向回傳天線與該第二指向回傳天線二者中之另一者回應於在一第二時間發射的一第二感測波束時所發射的回傳波；根據該第一回傳波確認發射該第一感測波束時的一第一發射角度，並計算該第一回傳波經過的一第一距離；根據該第二回傳波確認發射該第二感測波束時的一第二發射角度，並計算該第二回傳波經過的一第二距離；以及根據該第一距離、該第二距離、該第一發射角度以及該第二發射角度，判斷該載具移動時所採用的一移動方向是否需要調整。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的載具導航方法，其中前述根據該第一距離、該第二距離、該第一發射角度以及該第二發射角度，判斷該載具移動時所採用的一移動方向是否需要調整的步驟，包括下列步驟：根據該第一距離與該第一發射角度，計算出發射該第一回傳波之處的一第一位置；根據該第二距離與該第二發射角度，計算出發射該第二回傳波之處的一第二位置；以及當該移動方向為同時遠離該第一位置及該第二位置時，判斷為該移動方向需要調整。
  13. 一種載具導航系統，用於導航一載具，其特徵在於，該載具導航系統包括： 一雷達天線，設置於該載具上，並在一第一時間發射一第一感測波，在一第二時間發射一第二感測波；一第一反射物，設置於一第一位置；一第二反射物，設置於一第二位置以與該第一反射物之間固定地相隔一特定距離；以及一處理裝置，電性耦接至該雷達天線，其中，於接收到該第一感測波時，該第一反射物反射一第一回傳波，且該第二反射物反射一第二回傳波，其中，於接收到該第二感測波時，該第一反射物反射一第三回傳波，且該第二反射物反射一第四回傳波，其中，該處理裝置從該雷達天線接收該第一回傳波、該第二回傳波、該第三回傳波及該第四回傳波，並根據該第一回傳波、該第二回傳波、該第三回傳波、該第四回傳波及該特定距離而決定該載具的移動方向。
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