CN101943750A - 3d红外线讯号源追踪装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种3D红外线讯号源追踪装置，其能提供表示立体空间所需的三个维度的位置资讯，该装置是利用两个2D红外线讯号源追踪装置所构成，该2D红外线讯号源追踪装置仅能提供红外线通讯系统讯号源的两个维度的位置资讯，包含水平方位角与垂直仰角。将两个2D红外线讯号源追踪装置并列建构成3D讯号源追踪装置，再由微处理器分析两个2D红外线讯号源追踪装置的输出角度差，可得到3D红外线讯号源追踪装置原点与讯号发射源间的距离。

Description

3D红外线讯号源追踪装置

技术领域

本发明是关于一种3D红外线讯号源追踪装置，特别是指一种利用3D红外线讯号源追踪装置以侦测讯号源的水平方位角、仰角及距离的三个维度位置资讯。

背景技术

在许多应用中，确认通讯中装置的彼此位置是相当重要的，目前常见的无线通讯装置，无论是射频讯号或是红外线的通讯系统，在通讯的同时并无法对讯号来源的方位做侦测的机制，此时，全球定位系统(GPS)的接收机就经常被使用，然而在近距离的应用场合，GPS的位置无法十分精确且GPS的资料更新速率过慢，在车用或室内环境，往往无法发挥GPS的功能。而一般常见的近距离感知器通过发射讯号及侦测反射讯号来辨识前方物体，如超音波、雷达与雷射装置，然而此类距离感知器无法独立判别障碍物的方位，因此需要在各个角度提高安装的密度以涵盖所要侦测的范围。

由此可见，上述现有方式仍有诸多缺失，实非良好的设计，而亟待加以改良。

发明内容

本发明的目的即在于提供一种使用红外线通讯的同时，经由分析接收讯号以侦测出红外线通讯装置的位置。因此，应用服务可以通讯装置的位置做为辅助资讯提供目前持有的人员或搭载的车辆的适地性(Location-based)服务。此外，因为通讯装置可确认彼此间的所在位置，因此在相同的通讯距离时，发射功率可以降低；或在相通的发射功率时，通过讯号发射的方向角度控制，可以有更远的通讯距离。

为实现上述发明目的，本发明采取了以下技术方案：

一种3D红外线讯号源追踪装置，包括：

2D红外线讯号源追踪装置，其输出为红外线讯号源所在位置的两个维度的位置资讯，其包含水平方位角与垂直仰角；

2D红外线讯号源追踪装置，其与前一个2D红外线讯号源追踪装置并列，并维持侧向距离W，其输出亦为红外线讯号源所在位置的两个维度的位置资讯；及

微处理器，其依据两个2D红外线讯号源追踪装置的输出，计算出红外线讯号源所在位置的三个维度的位置资讯。

本发明所提供的3D红外线讯号源追踪装置，与其他现有技术相互比较时，更具有下列优点：

1.本发明可采用红外线通讯技术的讯号接收装置来加以实现，可以快速地整合通讯资料与讯号源定位资讯。

2.本发明可侦测讯号源在空间中的三个维度的位置资讯，除了可以提供以地点导向的应用服务，亦可运用于通讯装置的发射讯号的角度与强度控制，除了通讯装置可以更省电、通讯距离可以更远，且发射讯号因角度较小，通讯装置间的讯号干扰将会降低。

附图说明

请参阅以下有关本发明较佳实施例的详细说明及其附图，将可进一步了解本发明的技术内容及其目的功效；有关该实施例的附图为：

图1为本发明的3D红外线讯号源追踪方法示意图；

图2为2D红外线讯号源追踪装置的红外线讯号接收模块的组成结构；

图3为2D红外线讯号源追踪装置的电路架构；

图4为1D红外线讯号源追踪装置的红外线讯号接收模块的组成结构；

图5为1D红外线讯号源追踪装置的电路架构；

图6为本发明的3D红外线讯号源追踪装置的电路架构一；

图7为本发明的3D红外线讯号源追踪装置的电路架构二。

附图标记：31-33、红外线讯号接收模块；34-36、类比/数字讯号转换器；37、微处理器；51-52、红外线讯号接收模块；53-54、类比/数字讯号转换器；55、微处理器；61-62、2D红外线讯号源追踪装置；63、微处理器；71、第一组2D红外线讯号源追踪装置的红外线讯号源追踪装置；72、第一组2D红外线讯号源追踪装置的类比/数字讯号转换器；73、第二组2D红外线讯号源追踪装置的红外线讯号源追踪装置；74、第二组2D红外线讯号源追踪装置的类比/数字讯号转换器；75、微处理器。

具体实施方式

请参阅图1所示，为本发明的3D红外线讯号源追踪方法的示意图，达成上述发明目的的3D红外线讯号源追踪方法，使用两个2D红外线讯号源追踪装置，分别位于图1y轴上的O₁与O₂，两个2D红外线讯号源追踪装置的侦测方向均平行x轴且两者间的距离为W。

2D红外线讯号追踪装置的组成，可由方法(一)：由三个红外线讯号接收模块以夹角α所组成如图2所示的立体结构，而位于P_S的红外线讯号源可由此三个红外线讯号接收模块的输出电器讯号振福，以二维的方式表示其水平方位角ψ_S与垂直仰角θ_S：

${\mathrm{\ψ}}_S={\tan }^{-1}[\sqrt{3}\cot \mathrm{\α}\·\left(\frac{v_2-v_3}{v_1+v_2+v_3}\right)]---\left(1\right)$

${\mathrm{\θ}}_S={\tan }^{-1}[\cot \mathrm{\α}\·\left(\frac{2\·v_1-v_2-v_3}{v_1+v_2+v_3}\right)\·\cos {\mathrm{\ψ}}_S]---\left(2\right)$

其中，v₁、v₂与v₃分别为红外线讯号接收模块1、2及3的输出电气讯号振福。硬件实现时所对应的电路架构如图3所示，红外线讯号接收模块31-33的模拟输出讯号，经由三个模拟/数字讯号转换器(Analog-to-Digital Converter)34-36转换成数字数值，再经由微处理器依据公式(1)与(2)计算出红外线讯号源所在位置的水平方位角ψ_S与垂直仰角θ_S。

2D红外线讯号追踪装置亦可由方法(二)：由两个分别侦测红外线讯号源的水平方位角与垂直仰角的1D红外线讯号源追踪装置所组成，该1D红外线讯号源追踪装置是由两个红外线讯号接收模块以夹角α的方式所并列组成的立体结构，如图4所示。而位于P_S的红外线讯号源可由此二个红外线讯号接收模块的输出电器讯号振福，以一维的方式表示其入射角

其中，v₁与v₂分别为红外线讯号接收模块1与2的输出电气讯号振福。于硬件时现时，图4所对应的电路架构如图5所示，红外线讯号接收模块51与52的模拟输出讯号，经由二个类比/数字讯号转换器53与54转换成数字数值，再经由微处理器55依据公式(3)计算出红外线讯号源所在位置的入射角

当第一组1D红外线讯号源追踪装置负责侦测水平方位角，所测得的入射角即为水平方位角ψ_S。而第二组1D红外线讯号源追踪装置则负责侦测垂直仰角，其以垂直第一组1D红外线讯号源追踪装置的方式架设，所测得的入射角即为垂直仰角θ_S。而两组1D红外线讯号源追踪装置的微处理器则可共享。

当红外线讯号源位于如图1所示的3D红外线讯号源追踪装置座标系的P_S位置上时，P_S可以球面座标系统的(ψ_S，θ_S，L_S)或以卡氏座标系统的(x_S，Y_S，z_S)表示，则右边的第1组2D红外线讯号源追踪装置的输出分别为水平方位角ψ₁与垂直仰角θ₁，而左边的第2组2D红外线讯号源追踪装置的输出分别为水平方位角ψ₂与垂直仰角θ₂。所形成的3D红外线讯号源追踪装置的原点则位于O点上，并以卡氏座标系统的x轴为侦测方向，y轴为水平方向，z轴为垂直方向，3D红外线讯号源追踪装置的输出可以球面座标系统的水平方位角ψ_S、垂直仰角ψ_S及距离LS来表示，其三个维度上的输出与2D红外线讯号源追踪装置的输出间有以下关系：

${\mathrm{\ψ}}_S={\tan }^{-1}\left[\frac{\tan \left({\mathrm{\ψ}}_1\right)+\tan \left({\mathrm{\ψ}}_2\right)}{2}\right]---\left(4\right)$

${\mathrm{\θ}}_S={\tan }^{-1}\left[\frac{\tan \left({\mathrm{\θ}}_1\right)}{\cos \left({\mathrm{\ψ}}_1\right)}\cos \left({\mathrm{\ψ}}_S\right)\right]$ 或 ${\mathrm{\θ}}_S={\tan }^{-1}\left[\frac{\tan \left({\mathrm{\θ}}_2\right)}{\cos \left({\mathrm{\ψ}}_2\right)}\cos \left({\mathrm{\ψ}}_S\right)\right]---\left(5\right)$

$L_S=\frac{W}{\cos \left({\mathrm{\θ}}_S\right)\cos \left({\mathrm{\ψ}}_S\right)[\tan \left({\mathrm{\ψ}}_2\right)-\tan \left({\mathrm{\ψ}}_1\right)]}---\left(6\right)$

也可以卡氏座标系统表示为(x_S，y_S，z_S)，其转换关系如下：

x_S＝L_Scos(θ_S)cos(ψ_S)             (7)

y_S＝-L_Scos(θ_S)sin(ψ_S)            (8)

z_S＝L_Ssin(θ_S)               (9)

当图1的3D红外线讯号源追踪方法以图6实现时，2D红外线讯号追踪装置61与62可由两个分别侦测红外线讯号源的水平方位角与垂直仰角的1D红外线讯号源追踪装置所组成，其组成结构与电路架构将分别如图4与图5所示。而两组2D红外线讯号源追踪装置61与62亦可共享微处理器63同时依据公式(1)-(6)计算出红外线讯号源之所在位置P_S，更细部的电路架构如图7所示，3D红外线讯号源追踪装置包含多组红外线讯号接收追踪装置71、73，以及对应的类比/数字讯号转换器72、74，经由微处理器75计算讯号源的三维位置。

上列详细说明是针对本发明的可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明的等效实施或变更，均应包含于本发明的专利范围中。

Claims (3)

1.一种3D红外线讯号源追踪装置，其特征在于，包括：

2D红外线讯号源追踪装置，其输出为红外线讯号源所在位置的两个维度的位置资讯，其包含水平方位角与垂直仰角；

2D红外线讯号源追踪装置，其与前一个2D红外线讯号源追踪装置并列，并维持侧向距离W，其输出亦为红外线讯号源所在位置的两个维度的位置资讯；及

微处理器，其依据两个2D红外线讯号源追踪装置的输出，计算出红外线讯号源所在位置的三个维度的位置资讯。

2.如权利要求1所述的3D红外线讯号源追踪装置，其特征在于，所述输出以球面座标系统的(ψ_S，θ_S，L_S)表示，其中ψ_S为水平方位角、θ_S为垂直仰角与L_S为追踪装置与讯号源间的直线距离，或以卡式座标系统的(x_S，y_S，z_S)表示，其中x_S为纵向距离、y_S为侧向距离、z_S为垂直距离。

3.如权利要求1所述的3D红外线讯号源追踪装置，其特征在于，所述2D红外线讯号源追踪装置是由多个红外线讯号接收模块以立体结构所组成，该红外线讯号接收模块的输出讯号亦可做为通讯使用。

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