專利名稱：訊號源追蹤裝置及追蹤方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種訊號源追蹤裝置及追蹤方法。
背景技術(shù)：
目前常見的無線通訊裝置，無論是射頻(Radio Frequency)訊號或是紅外線(IR) 的系統(tǒng)，在通訊的同時并無同時對訊號來源的方位做偵測的機制。然而有些應(yīng)用情況下，須 要得知通訊中的雙方或多方的位置，此時，全球定位系統(tǒng)(GPS)的接收機就經(jīng)常被使用，然 而GPS的位置無法十分精確且GPS的數(shù)據(jù)更新速率過慢，在車用環(huán)境下，往往已造成很大的 位置誤差，也因此，常通過額外的慣量感知器，如陀螺儀等，以預(yù)估裝置的移動距離來修正 誤差，但仍有其極限；一般常見于偵測距離的紅外線或超音波感測裝置，以及雷達與雷射裝 置，乃通過發(fā)射訊號及偵測反射訊號來辨識前方物體，以做為車輛防撞的依據(jù)，其功能僅做 為距離的偵測，若在相同的空間中，大量的物體間使用相同的裝置來偵測物體間的位置，則 偵測訊號彼此會產(chǎn)生大量的干擾。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的即在于提供一種訊號源追蹤裝置及追蹤方法，能夠以具有NFC功能 的手機當(dāng)作為多用途行動式卡片讀卡機系統(tǒng)，使行動電話可整合成為行動終端消費的交易 設(shè)備(P0S)，既可以通過行動電話整合各種不同用途的非接觸式IC卡的讀卡/刷卡機制，例 如信用卡、交通IC卡(悠游卡)、電子錢包(I-CASH)等等，并且具備一般非接觸式卡片讀卡 機P0S交易設(shè)備的各項功能。本發(fā)明的次要目的即在于提供一種訊號源追蹤裝置及追蹤方法，可以動態(tài)安裝、 更新卡片讀卡機軟件的機制，使得NFC手機可以動態(tài)的整合多種性質(zhì)的卡片交易系統(tǒng)，并 且可以隨著后臺清算系統(tǒng)的設(shè)定，隨時更新到最新的卡片讀卡機軟件版本。本發(fā)明的次一目的即在于提供一種訊號源追蹤裝置及追蹤方法，為了改善卡片讀 卡機單一用途與地點受限制的卡片讀卡與交易方式，本發(fā)明以NFC手機做為多功能多用途 的非接觸式卡片交易系統(tǒng)的卡片讀卡機。為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采取了以下的技術(shù)方案訊號源追蹤裝置及追蹤方法，利 用在NFC行動電話上的非接觸式卡片雙向讀取功能，配合空中驗證與系統(tǒng)更新服務(wù)器(0TA 服務(wù)器)，可以使得以NFC行動電話，通過行動通訊網(wǎng)路空中驗證持有者的合法性，進而提 供下載或是更新各種該使用者所授權(quán)使用的交易系統(tǒng)的卡片讀卡機程序軟件，做為行動式 多用途卡片交易系統(tǒng)的卡片讀卡機使用；通過此機制也可以隨時更新卡片讀卡機程序，使 得系統(tǒng)軟件的更新可以通過空中就地進行，不必再過回廠，或是加裝軟硬件進行軟件更新 動作；具備有驗證合法的交易卡片讀卡機制的軟件的NFC行動電話，可對其授權(quán)讀卡的各 種卡片進行空中交易，交易的內(nèi)容通過行動通訊網(wǎng)路傳送回屬于各種卡片應(yīng)用的后臺系統(tǒng) 進行清算。本發(fā)明主要目的即在于在無線通訊的同時，經(jīng)由分析接收訊號，偵測無線通訊系統(tǒng)的裝置的方位角度，以確定通訊裝置彼此間的位置，因此在相同的通訊距離時，發(fā)射功率 可以降低；或在相通的發(fā)射功率時，通過訊號發(fā)射的方向角度控制，可以有更遠的通訊距罔。本發(fā)明的另一目的即在于可不需整合另外的位置或距離偵測器，而增進系統(tǒng)效能 且降低成本；不需使用額外的偵測訊號，可避免偵測訊號所造成的干擾問題?？蛇_成上述發(fā)明目的的訊號源追蹤裝置及追蹤方法，利用三個相同的訊號接收模 塊分別放置于四面體的三個等腰三角形平面上，以組成一個三面等腰三角形及第四面為正 三角形底部的四面體的訊號源追蹤裝置，并讓三個通過訊號接收模塊中心的平面法向量相 交于一點，再個別經(jīng)由模擬/數(shù)字訊號轉(zhuǎn)換器將其輸出的模擬訊號轉(zhuǎn)換成數(shù)字訊號，而其 轉(zhuǎn)換時機乃是處理器經(jīng)由接收來自訊號接收模塊的觸發(fā)訊號啟動取樣訊號給模擬/數(shù)字 訊號轉(zhuǎn)換器，進行數(shù)據(jù)的取樣與轉(zhuǎn)換；其轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)經(jīng)由處理器，以計算出訊號源的方位角及仰角上的二維度位置信 息，或訊號源的方位角、仰角及距離等三個維度的位置信息，而該計算方法包含1、開始時先進行裝置的校準(zhǔn)程序，以求得訊號接收模塊的正規(guī)化增益與訊號源的 發(fā)射強度相對值，之后則開始進行訊號源的位置偵測；2、測量訊號接收模塊的輸出訊號并經(jīng)由模擬/數(shù)字訊號轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字訊號， 接著則進行訊號源位置的水平與垂直角度運算輸出，并進行訊號源與訊號源追蹤裝置間距 離的運算輸出。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點1.本發(fā)明將復(fù)雜的業(yè)務(wù)規(guī)則可以包在規(guī)則庫(Rule Base)內(nèi)，再加上不把流程 寫在程序之中，在面對微利時代來臨，產(chǎn)品的生命周期越來越短的大環(huán)境，可快速從規(guī)則庫 (Rule Base)內(nèi)抽取相關(guān)規(guī)則即可組裝成一個新的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)產(chǎn)品來滿足瞬息萬變的客戶需 求，并可大幅減少軟件開發(fā)的成本與人力成本。2.本發(fā)明中采用無線通訊技術(shù)的訊號接收裝置來加以實現(xiàn)，可與通訊裝置本身結(jié) 合，做實時的訊號源追蹤，速度快且整合度高。3.本發(fā)明可偵測訊號源的方位角，可運用于通訊裝置的發(fā)射訊號的角度與強度控 制，除了通訊裝置可以更省電、通訊距離可以更遠，且發(fā)射訊號因角度較小，通訊裝置間的 訊號干擾將會降低。4.本發(fā)明通過調(diào)整訊號接收裝置與0度偵測方向(即直視方向)的夾角a，可適 度調(diào)整訊號源追蹤裝置的偵測范圍。


圖1為本發(fā)明訊號源追蹤裝置及追蹤方法的組成示意圖；圖2為本發(fā)明訊號源追蹤裝置及追蹤方法的系統(tǒng)架構(gòu)圖；圖3為本發(fā)明訊號源追蹤裝置及追蹤方法的數(shù)據(jù)處理流程圖；圖4為本發(fā)明訊號源追蹤裝置及追蹤方法的應(yīng)用于車與路側(cè)通訊時的通訊鎖定 實施例圖；以及圖5為本發(fā)明訊號源追蹤裝置及追蹤方法的應(yīng)用于車間通訊時的通訊鎖定實施 例 附圖標(biāo)記說明11，12，13—訊號接收模塊，21，22，23—訊號接收模塊，24，25， 26-模擬/數(shù)字訊號轉(zhuǎn)換器，27-處理器，41-道路上方的路側(cè)單元，42-車輛上的車上 單元，51，52，53，54，55，56—車輛。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明的內(nèi)容做進一步詳細說明。實施例請參閱圖1，為本發(fā)明的訊號源追蹤裝置及追蹤方法的組成示意圖，因三個相互獨 立(incbpendent)的平面法向量可構(gòu)成一組坐標(biāo)基底，而本發(fā)明運用三個相同的訊號接收 模塊11，12，13 (射頻訊號天線或紅外線傳感器)，以立體的方式將其組成一個三面等腰三 角形及第四面為正三角形底部的四面體的訊號源追蹤裝置，三個訊號接收模塊11，12，13 分別放置于三個等腰三角形平面上，并讓三個通過訊號接收模塊中心的平面法向量f相交
于一點0，并以<9丑方向(x軸)為直視方向(方位角與仰角均為0度的方向)，y軸為水平 方向，z軸為垂直方向；其中H為三平面相交的頂點，而Ps為光源位置，PpP2與P3為訊號接收模塊的訊號 接收區(qū)域的形心位置；a為平面法向量《與@的夾角，當(dāng)訊號源與追蹤裝置間的距離遠 大于訊號發(fā)射裝置與訊號追蹤裝置的尺寸時，該訊號發(fā)射裝置可視為點光源且訊號追蹤裝 置可視為訊號接收點；當(dāng)訊號源以偏離石互夾角入射，設(shè)其單位向量為廣，則廣與三個平面法向量《的夾 角為釣，而訊號接收模塊主要偵測訊號的振幅包封(envelope)，第i個訊號接收模塊輸出 電壓值如公式⑴所示，其中，vAe為交流成分，而vDe為直流偏壓，Ad為第i個訊號接收模 塊的接收訊號強度與輸出電壓的轉(zhuǎn)換增益，&為訊號源在訊號接收點的訊號強度，COS釣為 第i個訊號接收模塊于訊號源在角度釣時的偵測靈敏度函數(shù)；當(dāng)訊號源以偏離訊號追蹤裝置的直視方向夾角入射，設(shè)其單位向量為/\而公 式(1)為 另外&為訊號源的發(fā)射強度E0、發(fā)射場形Ut、發(fā)射角度5與傳送距離L的函數(shù)，
而公式⑵為
因訊號源追蹤裝置尺寸遠小于光速，亦即訊號到達兩個平
面的時間可視為相同；若輸出電壓經(jīng)過濾掉直流偏壓且經(jīng)正規(guī)化，可知公式(3)為
,i =1，2，3，而其中A = An, i Affl, p An, i為正規(guī)化時所乘上的電壓增益，因此訊號源的方位角 度可由下列公式(4)、(5)獲得，公式(4)、(5)分別為水平與垂直方向的角度(方位角與仰 角) 若可以從訊號源所傳送的數(shù)據(jù)之中，傳送訊號源的發(fā)射場形與發(fā)射方向，則訊號 源與訊號源追蹤裝置間的距離L可由公式(6)求得 若使用者僅需要一個維度的方位角信息，則可以僅采用其中兩組訊號接收模塊的 訊號，則在通過兩訊號接收模塊的中心的平面上，光源的方位角度可由下列公式(7)獲
得 其中i與j分別代表第i與第j個的訊號接收裝置，而a u為其平面法向量；^與 《間的夾角，與a間的關(guān)系如公式(8)
(8)例如當(dāng)所需訊號源位置信息為水平面上的一個維度方位角時，則依照圖1中的訊 號接收模塊的順序，第2與第3個訊號接收模塊的中心將在水平面上，意味著訊號源在水平 方向的角度vs = v23。請參閱圖2，為本發(fā)明訊號源追蹤裝置及追蹤方法的系統(tǒng)架構(gòu)圖，該系統(tǒng)架構(gòu)主要 包括三個訊號接收模塊21，22，23，是個別與模擬/數(shù)字訊號轉(zhuǎn)換器24，25，26相介接， 以三角錐狀彼此相互對稱并與對稱軸線間維持一角度，且該三個訊號接收模塊21，22，23 可通過調(diào)整平面法線方向與訊號源追蹤裝置的直視方向的夾角a，做適度地調(diào)整偵測范 圍；三個模擬/數(shù)字訊號轉(zhuǎn)換器24，25，26，系將訊號接收模塊21，22，23的輸出模擬 訊號振幅轉(zhuǎn)換成數(shù)字訊號，其中該模擬/數(shù)字訊號轉(zhuǎn)換器24，25，26各具有單一測量通道， 另外該模擬/數(shù)字訊號轉(zhuǎn)換器亦可置換成一個具有復(fù)數(shù)個測量信道的模擬/數(shù)字訊號轉(zhuǎn)換 器；一個處理器27，是用以控制模擬/數(shù)字訊號轉(zhuǎn)換器24，25，26的取樣時機，并執(zhí)行 偵測訊號源所需的處理程序，而其轉(zhuǎn)換時機系由該處理器27經(jīng)由接收來自訊號接收模塊 21，22，23的觸發(fā)訊號啟動取樣訊號給模擬/數(shù)字訊號轉(zhuǎn)換器24，25，26，進行數(shù)據(jù)的取樣與 轉(zhuǎn)換；而其轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)經(jīng)由處理器27，可計算出訊號源的方位角及仰角上的二維度位置信 息，或是訊號源的方位角、仰角及距離等三個維度的位置信息。請參閱圖3，為本發(fā)明訊號源追蹤裝置及追蹤方法的數(shù)據(jù)處理流程圖，其步驟包 含處理步驟1 開始時訊號源追蹤30 ；
處理步驟2 進行裝置的校準(zhǔn)程序31，該校準(zhǔn)程序的硬件架設(shè)方式乃是將訊號發(fā) 射源放置于本發(fā)明的正前方的直視方向(方位角及仰角均為0度)上，且兩裝置間保持一 參考距離，校準(zhǔn)程序開始時，訊號發(fā)射源發(fā)出校準(zhǔn)命令，而訊號源追蹤裝置在接收校準(zhǔn)命令 的同時，模擬/數(shù)字訊號轉(zhuǎn)換器持續(xù)測量與轉(zhuǎn)換訊號接收模塊的輸出電壓，訊號源追蹤裝 置于此校準(zhǔn)命令下依此電壓值做為的正規(guī)化增益及訊號源的發(fā)射強度的參考值，并將此參 考數(shù)值存于處理器的內(nèi)存中；另外進行裝置的校準(zhǔn)程序的步驟包含1、將訊號源置于訊號源追蹤裝置的直視方向；2、擷取訊號源追蹤裝置的訊號接收模塊的輸出電壓；3、對訊號接收模塊的增益進行正規(guī)化，正規(guī)化增益；4、計算訊號源的相對發(fā)射場強度AE。。處理步驟3 當(dāng)訊號源追蹤裝置開始操作后，若一訊號源出現(xiàn)在訊號源追蹤裝置 的視野中，訊號接收模塊的輸出訊號并經(jīng)由模擬/數(shù)字訊號轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字訊號32;處理步驟4 訊號源追蹤裝置依據(jù)校準(zhǔn)程序所獲得的正規(guī)化增益進行訊號源位置 的水平與垂直角度運算輸出33 ；另外該訊號源位置的水平與垂直角度運算步驟包含1、將訊號接收模塊的輸出電壓的數(shù)值乘上其正規(guī)化的增益；2、利用公式⑷及公式(5)計算訊號源所在方向的方位角及仰角。處理步驟5 若訊號源將其發(fā)射場形及發(fā)射方向等信息填入通訊命令中，則訊號 追蹤裝置則可依據(jù)校準(zhǔn)程序的訊號源發(fā)射強度參考值，進行訊號源與訊號源追蹤裝置間距 離的運算輸出34 ；而訊號源與訊號源追蹤裝置間距離的運算步驟包含1、由通訊數(shù)據(jù)中獲得訊號源直視方向與發(fā)射場形；2、由訊號源直視方向及訊號源追蹤裝置所計算出的方位角與仰角es求得訊 號源直視方向至訊號源追蹤裝置間的夾角S ；3、由公式(3)計算訊號源追蹤裝置處的相對訊號強度AEL ；4、由公式(6)計算訊號源與訊號源追蹤裝置間的距離L。處理步驟6 于需要結(jié)束偵測時執(zhí)行離開動作35 ；處理步驟7 結(jié)束運作36。請參閱圖4，為本發(fā)明訊號源追蹤裝置及追蹤方法的應(yīng)用于車與路側(cè)通訊時的 通訊鎖定實施例圖，在車與路側(cè)通訊應(yīng)用上，可將現(xiàn)有的紅外線特定短距離通訊系統(tǒng)的訊 號源接收裝置，依據(jù)本發(fā)明的設(shè)計加以實現(xiàn)，在道路上方的路側(cè)單元(Road Side Unit, RSU)41與車輛上的車上單元(On-Board Unit, OBU)42上使用本發(fā)明做為垂直方向的訊號 源角度偵測，RSU與0BU依據(jù)兩者的訊號方位相互鎖定并傳遞數(shù)據(jù)，以延長通訊時間并增加 數(shù)據(jù)傳輸量。請參閱圖5，為本發(fā)明訊號源追蹤裝置及追蹤方法的應(yīng)用于車間通訊時的通訊鎖 定實施例圖，于車間通訊應(yīng)用上，在鄰近的車輛51，52，53，54，55，56間，0BU可以做水平的 方位的訊號源角度偵測，則車輛53的車上單元(On-Board Unit, 0BU)可以用來區(qū)別前方鄰 近車輛51與52的0BU所發(fā)射出的訊號方位角，并加以辨識哪一輛車要求進行通訊，再進而 鎖定通訊車輛52 ；另外除了前方車輛外，亦可偵測路側(cè)通訊裝置，無論是架設(shè)于車道上方 或是路側(cè)，均可加以辨識，而同時采用更多組本發(fā)明，則可形成更多維度的訊號源偵測，如 包含側(cè)向與后方；
8
而當(dāng)偵測到訊號源的方向，則可通過調(diào)整訊號發(fā)射的角度及強度與對方裝置通 訊，以更小的能量達成更遠的通訊距離。上列詳細說明是針對本發(fā)明可行實施例的具體說明，該實施例并非用以限制本發(fā) 明的專利范圍，凡未脫離本發(fā)明所為的等效實施或變更，均應(yīng)包含于本案的專利范圍中。
權(quán)利要求
一種訊號源追蹤裝置，其特征在于，包括三個訊號接收模塊，其每個分別與模擬/數(shù)字訊號轉(zhuǎn)換器相介接，以三角錐狀彼此相互對稱并與對稱軸線間維持一角度；三個模擬/數(shù)字訊號轉(zhuǎn)換器，其將訊號接收模塊的輸出模擬訊號振幅轉(zhuǎn)換成數(shù)字訊號，各具有單一測量信道，其將訊號接收模塊的輸出訊號振幅轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)值；一個處理器，用以控制模擬/數(shù)字訊號轉(zhuǎn)換器的取樣時機，并執(zhí)行偵測訊號源所需的處理程序。
2.如權(quán)利要求1所述的訊號源追蹤裝置，其特征在于所述三個訊號接收模塊通過調(diào) 整平面法線方向與訊號源追蹤裝置的直視方向的夾角a，做適度地調(diào)整偵測范圍。
3.如權(quán)利要求1所述的訊號源追蹤裝置，其特征在于所述三組訊號接收模塊使用其 中兩組訊號接收模塊來偵測一個維度的訊號源的方位角信息。
4.如權(quán)利要求第1項所述的訊號源追蹤裝置，其特征在于所述模擬/數(shù)字訊號轉(zhuǎn)換 器置換成一個具有復(fù)數(shù)個測量信道的模擬/數(shù)字訊號轉(zhuǎn)換器。
5.一種訊號源追蹤方法，其特征在于利用訊號源追蹤裝置偵測訊號源的方位角及仰 角上的二維度位置信息或是訊號源的方位角、仰角及距離三個維度的位置信息，其步驟包 括1)訊號源追蹤裝置校準(zhǔn)；2)訊號接收模塊的輸出訊號測量；3)訊號源位置角度計算；4)訊號源位置距離計算；5)停止偵測判斷。
6.如權(quán)利要求5所述的訊號源追蹤方法，其特征在于所述訊號源追蹤裝置校準(zhǔn)步驟 包含1)將訊號源置于訊號源追蹤裝置的直視方向；2)擷取訊號源追蹤裝置的訊號接收模塊的輸出電壓；3)對訊號接收模塊的增益進行正規(guī)化；4)計算訊號源的相對發(fā)射場強度。
7.如權(quán)利要求5所述的訊號源追蹤方法，其特征在于所述訊號源位置角度計算步驟 包含1)將訊號接收模塊的輸出電壓的數(shù)值乘上其正規(guī)化的增益；2)計算訊號源所在方向的方位角及仰角。
8.如權(quán)利要求5所述的訊號源追蹤方法，其特征在于所述訊號源位置距離計算步驟 包含1)由通訊數(shù)據(jù)中獲得訊號源直視方向與發(fā)射場形；2)由訊號源直視方向及訊號源追蹤裝置所計算出的方位角與仰角求得訊號源直視方 向至訊號源追蹤裝置間的夾角；3)計算訊號源追蹤裝置處的相對訊號強度；4)計算訊號源與訊號源追蹤裝置間的距離。
9.如權(quán)利要求5所述的訊號源追蹤方法，其特征在于所述訊號源追蹤裝置可應(yīng)用于特定短距離通訊系統(tǒng)，通過垂直方向的訊號源角度偵測，使路測單元與車輛上的車上單元 依據(jù)兩者的訊號方位相互鎖定并傳遞數(shù)據(jù)。
10.如權(quán)利要求5所述的訊號源追蹤方法，其特征在于所述訊號源追蹤裝置應(yīng)用于車 間通訊時通訊鎖定，通過車輛上的車上單元做水平的方位的訊號源角度偵測，用來區(qū)別前 方鄰近車輛的車上單元所發(fā)射出的訊號方位角，而加以辨識哪一輛車要求進行通訊，進而 鎖定通訊車輛。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種訊號源追蹤裝置及追蹤方法，是利用三個相同的訊號接收模塊分別放置于四面體的三個等腰三角形平面上，并讓三個通過訊號接收模塊中心的平面法向量相交于一點，以組成一個訊號源追蹤裝置，再個別經(jīng)由模擬/數(shù)字訊號轉(zhuǎn)換器將其輸出的模擬訊號轉(zhuǎn)換成數(shù)字訊號，由處理器計算出訊號源的方位角及仰角上的二維度位置信息或訊號源的方位角、仰角及距離等三個維度的位置信息。
文檔編號G01S3/02GK101877819SQ200910138158
公開日2010年11月3日 申請日期2009年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月29日
發(fā)明者呂柏文 申請人:中華電信股份有限公司