车载导航方法及系统与流程

本发明是一种有关于导航领域的技术。尤其是，本发明是一种有关于车载导航方法及系统的技术。

背景技术：

一般的电子雷达定位是利用电磁波经由物体反射的回波，配合电磁波发射体所在的位置，来计算电磁波发射体与电磁波反射物之间的距离与相对速度。然而，当利用电磁波进行定位时，如果实测的环境是一个复杂的多反射物空间，则多个反射物所反射而回的电磁波就容易使系统误判；例如在使用调频连续波(frequency-modulatedcontinuous-wave，fmcw)雷达定位时，对于同一个检测物会在空间中经散射而形成多方向的反射波，并因为反射路径的不同而产生多重路径的电磁波。由于在fmcw雷达定位方法中，不同路径的电磁波就会产生不同的定位距离，因此在使用fmcw雷达定位技术时，多重路径的反射电磁波就会造成反射物位置的误判。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提出一种车载导航方法及系统，其可利用电磁波进行物件定位，并藉此将载具引导至预先设定好的位置上。

从一个角度来看，本发明提出一种车载导航系统，其用于将载具导航至目标区中。此车载导航系统包括一指向型波束成形天线，一电磁波反射物以及一处理装置。其中，指向型波束成形天线设置于载具上以发射感测波束，且此指向型波束成形天线随着时间变化而改变感测波束的发射方向，以于第一时间往第一方向发射第一感测波束之后，再于第一时间后的第二时间往第二方向发射第二感测波束；电磁波反射物设置于目标区中且可接收感测波束，并在接收感测波束之后，以相对应的回传波往感测波束传来时的方向传送回去；处理装置电性耦接至指向型波束成形天线以从指向型波束成形天线接收回传波，并根据分别与第一感测波束及第二感测波束相对应的回传波的状况而决定载具的移动方向。再者，第一感测波束的覆盖区域与第二感测波束的覆盖区域之间最多仅有部分重叠，且当处理装置接连收到分别与第一感测波束及第二感测波束相对应的回传波时，使载具往第一方向与第二方向之间移动。

在一个较佳实施例中，前述的电磁波反射物为指向回传天线。

在一个较佳实施例中，前述的车载导航系统中的处理装置估算所要感测的区域而订定指向型波束成形天线每次从发射感测波束到接收对应的回传波之间所需的等待时间，并根据等待时间而依序发射各感测波束。

在一个较佳实施例中，前述的车载导航系统在处理装置收到对应于某一特定感测波束的反射波内含有两个以上的感测物体时，即根据这些反射波的信号分析结果而判断这些反射波中的何者为指向回传天线所传送的回传波。

在一个较佳实施例中，前述的车载导航系统在处理装置收到对应于某特定感测波束发射方向有两个以上的感测物体的反射波时，引导载具往此特定感测波束的发射方向以外的方向移动。

从另一个角度来看，本发明还提出一种车载导航方法，其适用于将载具导航至目标区中。此车载导航方法随着时间变化而改变自载具上所发射之感测波束的发射方向，以于第一时间往第一方向发射第一感测波束之后，再于第一时间后的第二时间往第二方向发射第二感测波束，且第一感测波束的覆盖区域与第二感测波束的覆盖区域之间最多仅有部分重叠；此外，也利用设置于目标区中的电磁波反射物，于接收感测波束之后往感测波束传来时的方向传送与所接收的感测波束相对应的回传波；以及接收回传波，并根据分别与第一感测波束及第二感测波束相对应的回传波的信号处理结果而决定载具的移动方向。再者，当接连收到分别与第一感测波束及第二感测波束相对应的回传波时，使载具往第一方向与第二方向之间移动。

在一个较佳实施例中，更提供指向回传天线当作前述的电磁波反射物。

在一个较佳实施例中，前述的车载导航方法在收到对应于某一特定感测波束的反射波内含有两个以上的感测物体时，即根据这些反射波的信号分析结果而判断这些反射波中的何者为指向回传天线所传送的回传波。

在一个较佳实施例中，前述的车载导航方法中的信号分析结果包括反射波的信号强度，且前述根据这些反射波的信号分析结果而判断这些反射波中的何者为指向回传天线所传送的回传波的步骤包括：先判断相对应的感测物体的距离、根据感测物体的距离而判断感测物体是否位于目标区，再据此判断反射波中的何者为指向回传天线所传送的回传波。

在一个较佳实施例中，前述的车载导航方法在收到对应于某一特定感测波束的两个以上的感测物体的反射波时，即引导载具往此特定感测波束的发射方向以外的方向移动。

根据上述，本发明所提出的车载导航方法及系统除了利用相邻感测波束的发射方向来调整载具的移动方向之外，还可进一步利用指向回传天线来加强判别目标区位置与相对速度的准确度，故此可以利用电磁波进行定位及导航的操作。

附图说明

图1为根据本发明一实施例之车载导航系统的系统方块示意图。

图2a为根据本发明一实施例的车载导航方法的具体施行流程图。

图2b为图2a的步骤s220到步骤s250的一实施例的详细施行流程图。

图3为根据本发明一实施例的指向型波束成形天线所发射的感测波束与指向回传天线位置的关系示意图。

附图标记说明：

10：车载导航系统

100：指向型波束成形天线

100a、100b、100c：感测波束

102：载具

110：指向回传天线

110a、110b、110c：回传波

112：目标区

120：处理装置

300、302、310、312：边界线

a、a1、a2：方向

n：主轴方向

r：距离

s：方向角

s200～s270：本发明一实施例的施行步骤

具体实施方式

请参照图1，其为根据本发明一实施例之车载导航系统的系统方块示意图。在本实施例中，车载导航系统10包括了一个指向型波束成形天线100、一个指向回传天线110，以及一个处理装置120。其中，指向型波束成形天线100被设置于载具102上，针对在不同时间点对着不同的方向发射感测波束100a、感测波束100b、…，直至感测波束100c；指向回传天线110设置于目标区112中以接收由指向型波束成形天线100所发射的感测波束100a～100c中的任一者，并在接收到前述感测波束100a～100c中的任一者之后，往所接收的感测波束100a～100c传来时的方向，随着接收的感测波束(例如：感测波束100a)而传送相对应的回传波(例如：回传波110a)。当然，当接收到其它的感测波束100b与100c等波束时，指向回传天线110也会回传相对应的回传波110b与110c。处理装置120可被设置于载具102或其它可以控制载具102行动的网络节点上，其电性耦接至指向型波束成形天线100以从指向型波束成形天线100接收回传波110a(或/及回传波110b、110c)，并根据回传波110a(或/及回传波110b、110c)的状况来引导载具102的移动方向而使载具102最终能移动到目标区112的所在之处。

在前述实施例中，指向型波束成形天线100会随着时间变化而改变感测波束的发射方向，以于第一时间往第一方向发射一道感测波束(后又称为第一感测波束)之后，再于接续在此第一时间后的第二时间往第二方向发射另一道感测波束(后又称为第二感测波束)。此外，处理装置120是根据与第一感测波束相对应的回传波以及与第二感测波束相对应的回传波后，经信号处理来决定载具102的移动方向。

为了详细解释前述车载导航系统10的具体运作过程，以下将同时参照图1、图2a与图3来进行说明。其中，图2a为根据本发明一实施例的车载导航方法的具体施行流程图，而图3则为根据本发明一实施例的指向型波束成形天线100所发射的感测波束与指向回传天线110位置的关系示意图。在这些附图中，类似或相同的元件将以相同的标号来表示。此外，需要事先说明的是，在本发明中虽然是以指向型波束成形天线100的主轴方向n为指向型波束成形天线100的法线方向，亦以其为载具102往目标移动的方向，但这并不影响其它设计方式的运作结果；例如：载具102的移动方向可以不是指向型波束成形天线100的主轴方向n，或者载具102的移动方向与指向型波束成形天线100的主轴方向n之间的夹角并不固定，亦即，指向型波束成形天线100是可以旋转的，而处理装置120则进一步记录有载具102的目前移动方向以及指向型波束成形天线100的主轴方向n，以便后续能够根据所接收到的信号内容来控制载具102的移动方向。

在图2a所示的实施例中，首先将在某一个时间点发射一道感测波束(步骤s200)，并在接下来判断是否收到与此道感测波束相对应的回传波(步骤s210)。假若在一个预定的时间长度之后(此时间长度可取决于感测波束的信号强度以及预计要检测的范围大小)发现并没有收到对应的回传波，则流程进入步骤s250以调整感测波束的发射方向，再接着回到步骤s200而在另一个时间点发射另一道感测波束，以及再次判断是否收到相对应的回传波(步骤s210)，直到发现收到了与某一道感测波束相对应的回传波为止。

当在步骤s210中发现收到了回传波之后，流程会进入步骤s220来判断是否总共已经收到分别与两道不同的感测波束相对应的回传波。假若还没有收到两道与不同的感测波束相对应的回传波，也就是只收到了与某一道感测波束相对应的回传波，那么流程一样会回到步骤s250以调整感测波束的发射方向并进行下一轮的感测波束发射以及对应的回传波检测的操作。但假若在步骤s220中发现前后已经存在两道回传波，那么就可以根据这两道回传波的数据来计算指向回传天线110的位置(步骤s230)。

请一并参照图2b，其为图2a的步骤s220到步骤s250的一实施例的详细施行流程图。在此实施例中，当在步骤s220中发现并没有两道以上对应于不同的感测波束的回传波存在时，就先根据目前收到的回传波来判断感测物体的距离是否大于某预设值(步骤s222)。假若感测物体的距离不大于预设值，则直接进到步骤s250并进行后续的操作；相对的，假若感测物体的距离大于预设值，则先调整载具的移动方向，引导载具往主轴方向n前进(步骤s224)，之后再进到步骤s250并进行后续的操作。

为了更清楚地加以说明，请一并参照图1与图3。如图3所示，指向型波束成形天线100的主轴方向n(同时也是图1所示的载具102的移动方向)并非朝着指向回传天线110所在的位置。但是，当指向型波束成形天线100在某一特定时间(或称第一时间)往方向a1(或称第一方向)发射出感测波束100a之后，指向型波束成形天线100能在发出感测波束100a之后的预定时间长度之内，检测到由指向回传天线110所传来的回传波；而且，当指向型波束成形天线100在随后的某一时间(或称第二时间)往方向a2(或称第二方向)发射出感测波束100b之后(亦即，感测波束100b为感测波束100a的相邻波束)，指向型波束成形天线100同样能在发出感测波束100b之后的预定时间长度之内，检测到由指向回传天线110所传来的回传波。于是，处理装置120就可经由信号处理而得以依照发出感测波束100a与收到对应的回传波之间的时间差，或者依照发出感测波束100b与收到对应的回传波之间的时间差，而计算出指向型波束成形天线100与指向回传天线110之间的距离r。

再者，假设感测波束100a的覆盖区域(也就是感测波束100a能够被传送而不至于被削弱到无法为指向回传天线110所感知的范围)是位于边界线300与边界线302之间的区域，且假设感测波束100b的覆盖区域是位于边界线310与边界线312之间的区域，那么在收到前述两个回传波的条件下，指向回传天线110就必然存在于这两个感测波束100a与100b的覆盖区域的重叠处。或者，从另一个角度来看，指向回传天线110的位置会在感测波束100a的波束前沿与感测波束100b的波束前沿的交会处，也就是图3所示的、相对于指向型波束成形天线100为方向a的方向上。

据此，当有了方向a以及距离r这两个参数，处理装置120也就获得了指向回传天线110的位置(步骤s240)。接下来，处理装置120可以根据载具102的目前移动方向，搭配各种合适的演算逻辑，决定是否需要调整载具102的后续移动方向。假若需要调整载具的移动方向，则使流程进入步骤s260以进行方向调整。假若不需要调整载具的移动方向，或者是在执行完步骤s260的方向调整之后，就可以将先前取得的回传波的相关数据清除，以免影响下一次的判断结果。

前述所提到的「合适的演算逻辑」可以是任何一种适合于进行导航的演算法。举例来说，如图1与图3所示，当计算得到方向a之后，处理装置120就可以直接控制载具102转动方向角s，使得指向型波束成形天线100的主轴方向n(同时也是图1所示的载具102的移动方向)转动到位于第一方向a1与第二方向a2之间的方向a。此处所提的方向改变方式仅为举例之用，并非用以限定本发明的应用方式。

根据上述，由于在目标区112中使用了指向回传天线110，而指向回传天线110的特性就是将所接收的电磁波集中/加强，并将集中/加强后的电磁波沿着此电磁波传来的方向进行回传，所以对于原始发送电磁波的雷达(在本发明中例如为前述的指向型波束成形天线100)而言，从指向回传天线110所接收到的回传波(在此也被归类为由感测物体反射而回的感测物体的反射波)的强度，自然会比由其它感测物体任意反射所得的反射波的强度来得更强。所以，当发射一道感测波束却收到与此感测波束相对应的两个以上的感测物体的反射波的时候，就可以利用这种电磁波强度的差异来判断这些感测物体的反射波之中哪一些是从指向回传天线110回传的回传波，而又有哪一些是由其它物体任意反射而回的反射波。进一步的，还可以根据由其它物体任意反射而回的反射波来判断这些物体的位置，并将其视为障碍物而在导航过程中进行闪躲，例如：控制载具102往这个感测波束的发射方向以外的任何适当的方向移动。其中，在判断所收到的反射波中的何者为指向回传天线所传送的回传波时，还可以先判断相对应的感测物体的距离、根据感测物体的距离而判断感测物体是否位于目标区，最后再据此判断反射波中的何者为指向回传天线所传送的回传波。

除此之外，当所要导航的场所是一个不易产生多重反射路径的区域(如特定开阔空间)时，本发明亦可以特定已知的电磁波反射物来取代指向回传天线110的特性而实施导航功能。如此将可节省整体导航系统所需的建置成本。

整体而言，本发明所提供的车载导航方法及系统利用电磁波进行定位及导航的操作，而且进一步地利用指向型波束以及指向回传天线来加强判别目标区位置的准确度，故此还可以进一步避开可能存在的障碍物。这类功能除了在一般道路行驶上可以使用之外，也可以运用在大型车、船、飞机等要入库或靠岸时的避险导航，减少安全导航人员所需耗费的心力，增加大型载具的移动安全性。