卫星信号接收装置及其天线场型调整方法与流程

【技术领域】

本发明是有关于一种天线装置，且特别是有关于一种卫星信号接收装置及其天线场型调整方法。

背景技术：

随着卫星科技的进步，结合太空卫星与通讯技术的科技，在民间市场已蓬勃发展，例如全球定位系统(globalpositionsystem，gps)以及全球导航卫星系统(globalnavigationsatellitesystem，gnss)等，是结合卫星及无线技术的导航系统，能提供有使用者精确的定位、速度及时间资讯。例如，行动中的车船能通过gps确切的定出目的地到达时间及路径；救护车还能紧急有效执行救护任务；汽车驾驶者能通过电子地图而知道目前所在位置及该往何处的目的地。

然而，由于天空中卫星的位置会随时间变化，因此若用接收卫星信号的天线以固定的场型来接收卫星信号，天线的场型在某些时段将不再是最适合接收卫星信号的场型，进而使得天线的收讯品质下降。

技术实现要素：

本发明提供一种卫星信号接收装置及其天线场型调整方法，可有效地确保卫星信号接收装置的天线收讯品质。

本发明的卫星信号接收装置包括天线阵列以及控制单元。天线阵列用以接收多个卫星的卫星信号，天线阵列包括主天线以及至少一场型调整天线，其中主天线用以辐射天线场型，场型调整天线用以耦合天线场型，而调整天线场型的角度。控制单元耦接场型调整天线，计算多个目标卫星的卫星信号的平均强度，判断平均强度是否低于第一预设强度，若平均强度低于第一预设强度，调整主天线与场型调整天线间的耦合关系，以调整天线场型的角度，使天线阵列接收的目标卫星的平均卫星信号强度高于第一预设强度。

在本发明的一实施例中，上述的控制单元还依据门槛强度自卫星中挑选出卫星信号强度高于门槛强度的多个候选卫星，并计算候选卫星的平均仰角。

在本发明的一实施例中，上述的控制单元还计算卫星的卫星信号的平均强度，并将卫星的卫星信号的平均强度加上第二预设强度，以得到门槛强度。

在本发明的一实施例中，上述的控制单元还判断平均仰角是否小于门槛角度，若平均仰角未小于门槛角度，不调整天线场型的角度。

在本发明的一实施例中，上述的门槛角度为60度。

在本发明的一实施例中，若平均仰角小于门槛角度，控制单元选取候选卫星中卫星信号强度第n大的卫星的卫星信号强度，以作为基准强度，控制单元 还判断基准强度是否高于门槛强度，若基准强度高于门槛强度，控制单元选择候选卫星中卫星信号强度最大至第n大的卫星做为目标卫星，其中n为正整数。

在本发明的一实施例中，若平均强度未低于第一预设强度，停止调整主天线与场型调整天线间的耦合关系，并在经过一段预设时间后，继续计算卫星的卫星信号的平均强度。

在本发明的一实施例中，上述的控制单元还判断调整后的各种天线场型对应的平均强度是否皆低于第一预设强度，若调整后的各种天线场型对应的该平均强度皆低于第一预设强度，控制单元停止调整主天线与这些场型调整天线间的耦合关系，并在经过一段预设时间后，继续计算卫星的卫星信号的平均强度。

在本发明的一实施例中，上述的卫星信号接收装置还包括多个开关，其分别耦接于对应的场型调整天线与接地之间，控制单元控制开关的导通状态，以调整主天线与场型调整天线间的耦合关系。

本发明的天线场型调整方法包括下列步骤。计算多个目标卫星的卫星信号的平均强度。判断平均强度是否低于第一预设强度。若平均强度低于第一预设强度，调整主天线与场型调整天线间的耦合关系，以调整天线场型的角度，使天线阵列接收的目标卫星的平均卫星信号强度高于第一预设强度。

在本发明的一实施例中，上述的天线场型调整方法还包括下列步骤。依据门槛强度自多个卫星中挑选出卫星信号强度高于门槛强度的多个候选卫星。计算候选卫星相对于天线阵列的场型的平均仰角。

在本发明的一实施例中，上述的天线场型调整方法还包括下列步骤。计算卫星的卫星信号的平均强度。将卫星的卫星信号的平均强度加上第二预设强度，以得到该门槛强度。

在本发明的一实施例中，上述的天线场型调整方法还包括下列步骤。判断平均仰角是否小于门槛角度。若平均仰角未小于门槛角度，不调整天线场型的角度。

在本发明的一实施例中，上述的门槛角度为60度。

在本发明的一实施例中，上述的天线场型调整方法还包括下列步骤。若平均仰角小于门槛角度，选取候选卫星中卫星信号强度第n大的卫星的卫星信号强度，以作为基准强度。判断基准强度是否高于门槛强度，若基准强度高于门槛强度，选择候选卫星中卫星信号强度最大至第n大的卫星做为目标卫星，其中n为正整数。

在本发明的一实施例中，上述的天线场型调整方法还包括下列步骤。若平均强度未低于第一预设强度，停止调整主天线与场型调整天线间的耦合关系。判断是否经过一段预设时间。若经过一段预设时间，继续计算卫星的卫星信号的平均强度。

在本发明的一实施例中，上述的天线场型调整方法还包括下列步骤。判断调整后的各种天线场型对应的平均强度是否皆低于第一预设强度。若调整后的各种天线场型对应的平均强度皆低于第一预设强度，停止调整主天线与场型调整天线间的耦合关系。判断是否经过一段预设时间。若经过一段预设时间，继续计算卫星的卫星信号的平均强度。

在本发明的一实施例中，其中于调整该主天线与场型调整天线间的耦合关系的步骤中，控制场型调整天线与接地的耦接关系，以调整主天线与场型调整天线间的耦合关系。

基于上述，本发明的实施例通过调整主天线与多个场型调整天线间的耦合关系，以调整天线场型的角度，使天线阵列接收的目标卫星的平均卫星信号强度高于第一预设强度，进而有效地确保卫星信号接收装置的天线的收讯品质。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。

【附图说明】

图1是依照本发明一实施例的卫星信号接收装置的示意图。

图2是依照本发明的一实施例的天线阵列的示意图。

图3是依照本发明的一实施例的卫星分布示意图。

图4是依照本发明的一实施例的候选卫星的平均仰角的示意图。

图5是依照本发明的一实施例的天线场型调整方法的流程示意图。

图6与图7是依照本发明另一实施例的天线场型调整方法的流程示意图。

【具体实施方式】

图1是依照本发明的一实施例的卫星信号接收装置的示意图，请参照图1。卫星信号接收装置100包括天线阵列102以及控制单元104，其中天线阵列102包括主天线106、场型调整天线108以及场型调整天线110，场型调整天线108与场型调整天线110耦接控制单元104。天线阵列102可用以接收多个卫星的卫星信号，其中天线阵列102中的主天线106用以形成一天线场型，而场型调整天线108以及场型调整天线110则用以调整主天线106所辐射的天线场型的角度。进一步来说，控制单元104可计算多个特定的目标卫星的卫星信号的平均强度，并判断此些目标卫星的卫星信号的平均强度是否低于第一预设强度(例如42db，然不以此为限)。若此些目标卫星的平均卫星信号的平均强度低于第一预设强度，控制单元104可调整主天线106与场型调整天线108、110间的耦合关系，以调整主天线106的天线场型的角度，使天线阵列102接收的目标卫星的平均卫星信号强度高于第一预设强度，以确保卫星信号接收装置100的天线阵列的收讯品质。

值得注意的是，天线阵列中场型调整天线的数量并不以图1实施例为限，在其它实施例中，场型调整天线的数量可依实际需求进行调整。举例来说，图2是依照本发明的一实施例的天线阵列的示意图。在本实施例中，天线阵列200包括 4个场型调整天线204-1、204-2、204-3以及204-4，场型调整天线204-1、204-2、204-3以及204-4的一端分别通过开关sw1、sw2、sw3以及sw4耦接至接地，场型调整天线204-1、204-2、204-3以及204-4的另一端则为开路端。另外，天线阵列200中的主天线202包括螺旋天线202-1以及中心地线202-2，其中中心地线202-2呈一直线状，且其一端具有接地点g1而另一端为开路端。螺旋天线202-1的一端具有馈入点f1，另一端则为开路端，且螺旋天线202-1沿着中心地线202-2从中心地线202-2的接地点g1朝向中心地线202-2的开路端环绕中心地线202-1，而使螺旋天线202-1的开路端邻近中心地线202-1的开路端。此外，控制单元104分别通过开关sw1、sw2、sw3以及sw4耦接至场型调整天线204-1、204-2、204-3以及204-4，控制单元104可控制开关sw1、sw2、sw3以及sw4的导通状态，以调整主天线202与场型调整天线204-1、204-2、204-3、204-4间的耦合关系。举例来说，控制单元104可导通开关sw4，并断开开关sw1、sw2以及sw3，以使主天线202的天线场型偏向场型调整天线204-4的方向。

值得注意的是，本实施例的主天线202与场型调整天线204-1、204-2、204-3以及204-4仅为一示范性的实施例，主天线202与场型调整天线204-1、204-2、204-3以及204-4的实施方式并不以本实施例为限。

此外，关于目标卫星的选择。控制单元106可先将分布于天空中的各个卫星的卫星强度与门槛强度比较，而自此些卫星中挑选出卫星信号强度高于门槛强度的多个候选卫星。其中门槛强度可例如由控制单元106计算天空中所有卫星的卫星信号的平均强度，并将其加上第二预设强度而得到，其中第二预设强度可例如为0.5db，然不以此为限，且门槛强度的设定方式也不以此为限。此外，控制单元106还计算候选卫星的平均方位角与平均仰角，其中平均方位角与平均仰角可用以估算天线场型的调整角度，平均仰角还可用以判断是否需调整天线阵列的场型。例如，控制单元106可判断平均仰角是否小于门槛角度，若平均仰角未小于门槛角度，不调整天线场型的角度，相反地，若平均仰角小于门槛角度，则须调整天线场型的角度。

举例来说，图3是依照本发明的一实施例的卫星分布示意图，在本实施例中，接收卫星信号的天线阵列位于圆心，天线阵列所可接收到来自卫星1～卫星12的卫星信号。其中在图3中越靠近圆心的卫星所对应的仰角越大，例如卫星6的所对应的仰角大于卫星4所对应的仰角，当卫星位于圆心时仰角等于90°，另外，e、n、w、s分别代表不同的方位，也即东、北、西、南等方位。控制单元106可计算天空中卫星1～12的卫星信号的平均强度，并将其加上第二预设强度而得到门槛强度。举例来说，在图3实施例中卫星信号接收装置100所接收到的卫星信号强度可如下列表一所示：

表一

其中仰角为面对卫星时，卫星相对观察者位置(也即圆心)的仰角，而方位角则以北方为基准(即卫星位于北方时为0度)计算。控制单元106可将各个卫星的卫星强度与门槛强度(例如设定为36db，然不以此为限)比较，而自卫星1～12中挑选出卫星信号强度高于门槛强度的候选卫星，例如卫星3、6、7、9、10、11。控制单元106可计算选出的候选卫星(卫星3、6、7、9、10、11)的平均方位角与平均仰角，并判断是否需调整天线阵列的场型。例如，图4是依照本发明的一实施例的候选卫星的平均仰角的示意图，其中xy平面为天线阵列102所在的平面，而z轴可视为天线阵列所在的平面的法线。在图3实施例中，候选卫星的平均仰角为45°，也即候选卫星与xy平面间的平均夹角为45度(也或是与z轴间夹角的余角为45度)，假设门槛角度为60°，由于平均仰角小于门槛角度因此控制单元106需进行天线场型的角度调整。

在需进行天线场型的角度调整时，控制单元106选取候选卫星中卫星信号强度第n大的卫星的卫星信号强度，以作为基准强度，其中n为正整数。控制单元106并判断基准强度是否高于门槛强度，若基准强度高于门槛强度，选择候选卫星中卫星信号强度最大至第n大的卫星做为目标卫星，也即选择前n个卫星信号强度较大的卫星做为目标卫星。举例来说，在图3中，若卫星6、7、10、11为前4个卫星信号强度较大的卫星(也即设定n为4，然实际应用上不以此为限)，即可选择卫星6、7、10、11做为目标卫星。相反地，若基准强度未高于门槛强度，代表卫星信号强度较大的卫星的数量太少并无法有效地改善天线的收讯品质。此时控制单元106可重新计算门槛强度，以重新挑选候选卫星，以确保卫星信号 强度较大的卫星的数量足够，再将此些卫星做为目标卫星，并据以进行天线场型的角度调整。

其中，若控制单元106已知主天线与场型调整天线间的耦合关系所对应的天线场型角度，控制单元106可直接依据上述所计算得到的平均方位角以及平均仰角来调整主天线与场型调整天线间的耦合关系，以将天线阵列的场型调整到与平均方位角以及平均仰角对应的角度。而若控制单元106并未记录主天线与场型调整天线间的耦合关系所对应的天线场型角度，控制单元106可轮流地切换主天线与场型调整天线间的耦合关系，以找出最适合的天线场型角度，而使卫星信号强度符合条件。例如在图2实施例中，可轮流地将开关sw1～开关sw4导通，以找出最适合的天线场型角度。在轮流地将开关sw1～开关sw4导通的过程中，若控制单元106目标卫星的卫星信号的平均强度已高于第一预设强度，便停止继续切换开关sw1～开关sw4，也即停止调整主天线与场型调整天线间的耦合关系，采用目前主天线与场型调整天线间的耦合关系所对应的天线场型来接收卫星信号。而除了轮流地将开关sw1～开关sw4导通的方式，也可以开关sw1～开关sw4不同的导通组合以产生不同的主天线与场型调整天线间的耦合关系。

此外，若目标卫星的卫星信号的平均强度未低于第一预设强度，代表目前天线阵列目前的天线场型角度仍不须调整，此时可停止调整主天线与场型调整天线间的耦合关系，并在经过一段预设时间后，再从头计算卫星的卫星信号的平均强度、计算门槛强度，以继续判断是否需进行天线场型的角度调整，预设时间可例如为300秒，然不以此为限。另外，控制单元106也可判断调整后的各种天线场型对应的平均强度是否皆低于第一预设强度，若调整后的各种天线场型对应的平均强度皆低于第一预设强度，可停止调整主天线与场型调整天线间的耦合关系，并在经过一段预设时间后，再继续计算卫星的卫星信号的平均强度，重新计算门槛强度，并重新挑选候选卫星与目标卫星，以进行天线场型的角度调整。如此可避免在控制单元106在无法调整出对应目标卫星的天线场型的角度时，持续不断地进行天线场型的角度调整，而浪费计算成本。通过等待一段预设时间，让卫星移动至不同的相对位置后，再进行天线场型的角度调整，可减少不必要的调整尝试。

图5是依照本发明的一实施例的天线场型调整方法的流程示意图，请参照图5。由上述实施例可知，卫星信号接收装置的天线场型调整方法可包括下列步骤。首先，计算多个目标卫星的卫星信号的平均强度(步骤s502)。接着，判断平均强度是否低于第一预设强度(步骤s504)，其中第一预设强度可例如为42db，然不以此为限。若平均强度低于第一预设强度，调整主天线与场型调整天线间的耦合关系，以调整天线场型的角度，使天线阵列接收的目标卫星的平均卫星信号强度高于第一预设强度(步骤s506)。相反地，若平均强度未低于第一预设强度，则不调整天线场型的角度(步骤s508)。其中调整主天线与场型调整天线间 的耦合关系的方式，可例如为控制场型调整天线与接地的耦接关系，进而调整主天线与场型调整天线间的耦合关系。

举例来说，在图2实施例的情形下，步骤s506可例如先导通开关sw1，并断开开关sw2、sw3以及sw4，也即将场型调整天线204-1耦接至接地，以将天线场型调整为第一天线场型(步骤s506-1)，并判断目标卫星的平均卫星信号强度是否高于第一预设强度(步骤s506-2)。若目标卫星的平均卫星信号强度高于第一预设强度，则完成天线场型的调整(步骤s506-3)。依此类推，若目标卫星的平均卫星信号未强度高于第一预设强度，轮流导通开关sw2、sw3与sw4，并断开其余的开关，也即将场型调整天线204-2轮流耦接至接地，而将天线场型调整为第二天线场型、第三天线场型或第四天线场型，而若目标卫星的平均卫星信号强度高于第一预设强度，则完成天线场型的调整(如步骤s506-4～s506-9所示)。其中，在步骤s506-9若判断出目标卫星的平均卫星信号强度仍未高于第一预设强度，也即所有调整后的天线场型对应的目标卫星的平均卫星信号强度皆无法高于第一预设强度时，可接着判断是否经过一段预设时间(步骤s506-10)。若尚未经过一段预设时间，回到步骤s506-10。而若已经过一段预设时间，则可回到步骤s502，以重新计算目标卫星的卫星信号的平均强度。如此可避免持续不断地进行天线场型的角度调整，通过等待一段预设时间，让目标卫星移动至不同的位置后，再进行天线场型的角度调整，以减少不必要的调整尝试。其中预设时间可例如为300秒，然不以此为限。且于步骤s506-3后，也可加上如步骤s506-10的步骤以判断是否经过一段预设时间，再回到步骤s502。

图6与图7是依照本发明另一实施例的天线场型调整方法的流程示意图，请参照图6与图7。相较于图5实施例，图6与图7实施例的卫星信号接收装置的天线场型调整方法还包括选择目标卫星的步骤。首先，计算天空中多个卫星的卫星信号的平均强度(步骤s602)。接着，将上述多个卫星的卫星信号的平均强度加上第二预设强度，以得到门槛强度(步骤s604)，其中第二预设强度可例如为0.5db，然不以此为限。然后，依据门槛强度自上述多个卫星中挑选出卫星信号强度高于门槛强度的多个候选卫星(步骤s606)，接着再计算候选卫星相对于天线阵列的场型的平均仰角与方位角(步骤s608)，并判断平均仰角是否小于门槛角度(步骤s610)，其中门槛角度可例如为60度，然不以此为限，在部份实施例中，门槛角度可能因天线阵列的实施方式不同而有所不同。若平均仰角未小于门槛角度，不调整天线场型的角度(步骤s508)。而若平均仰角小于门槛角度，则选取候选卫星中卫星信号强度第n大的卫星，以其卫星信号强度为基准强度(步骤s612)。接着判断基准强度是否高于门槛强度(步骤s614)，若基准强度高于门槛强度，选择候选卫星中卫星信号强度最大至第n大的卫星做为目标卫星(步骤s616)，也即选择前n个卫星信号强度较大的卫星做为目标卫星，其中n可例如为4，然不以此为限。在选择出目标卫星后，便可进入步骤s502，计算多个 目标卫星的卫星420信号的平均强度，其后续的步骤已于图5实施例说明，因此在此不再赘述。相反地，若基准强度未高于门槛强度，代表卫星信号强度较大的卫星的数量太少，若将此前n个卫星信号强度较大的卫星做为目标卫星并据以进行天线场型的角度调整，将可能无法准确地将天线场型调整至理想的角度，而无法有效地改善天线的收讯品质。因此，若基准强度未高于门槛强度，可回到步骤s602，以重新计算门槛强度，接着重新选择目标卫星，并据以进行天线场型的角度调整。

此外，在本实施例中，若判断出多个目标卫星的卫星信号的平均强度未低于第一预设强度，或判断出调整后的各种天线场型对应的多个目标卫星的卫星信号的平均强度皆低于第一预设强度，可停止调整主天线与场型调整天线间的耦合关系，并接着进入步骤s506-10，判断是否经过一段预设时间。在本实施例中，若已经过一段预设时间，则回到步骤s602，以重新计算门槛强度，接着重新选择目标卫星，并据以进行天线场型的角度调整。如此可避免持续不断地进行天线场型的角度调整，而浪费计算成本，通过等待一段预设时间，让卫星移动至不同的位置后，再进行天线场型的角度调整，可减少不必要的调整尝试。其中预设时间可例如为300秒，然不以此为限。

综上所述，本发明的实施例通过调整主天线与多个场型调整天线间的耦合关系，以调整天线场型的角度，使天线阵列接收的目标卫星的平均卫星信号强度高于第一预设强度，进而有效地确保卫星信号接收装置的天线的收讯品质。

虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。