CN111294129A - 信号无线电波分布测量与无线电特征估算的方法及系统 - Google Patents

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Abstract

一种使用飞行载具的无线电信号源的无线电波分布的测量与对应的无线电特征的估算的方法及系统，此方法包括下列步骤。在一测量过程的多个飞行位置上，飞行载具测量无线电信号源所发出的一无线电信号；根据此无线电信号及一无线电信道模型，估算此无线电信号源的位置；以及取得此无线电信号的一无线电特征，并根据此无线电特征估算此无线电信号源的一无线电波分布和该无线电波分布于空间中所对应的无线电特征。

Description

信号无线电波分布测量与无线电特征估算的方法及系统
技术领域
本发明是有关于一种使用飞行载具的无线电信号源的无线电波分布的测量与对应的无线电特征的估算的方法及系统。
背景技术
近年来，使用飞行载具来进行低空测量或空拍的应用已经越来越受到重视。飞行载具，例如是无人机(Drone)，可以使用自动遥控的方式，低空空拍大地的影像，并将影像传送至地面的接收站。或者，飞行载具可以飞行至高耸的建筑物，例如是高楼或桥梁，来检测建筑物的结构或特性。藉由飞行载具在空中飞行来执行任务，并将所拍摄到的影像或得到的信息藉由无线传输的方式传送至地面，对于大地或建筑物的观察或检测来说，具有相当的便利性。
然而，于使用飞行载具进行低空通讯来进行信号测量与记录时，容易发生无线通信非预期断线的情况。而且，目前飞行载具在法规功率的规范之下，通讯距离通常较短。因此，如何避免非预期断讯并延长通讯距离，乃业界所致力的课题之一。
发明内容
根据本发明的第一方面，提出一种使用飞行载具的无线电信号源的无线电波分布的测量与对应的无线电特征的估算的方法，包括下列步骤。在一测量过程的多个飞行位置上，一飞行载具测量一无线电信号源所发出的一无线电信号；根据此无线电信号及一无线电信道模型，估算此无线电信号源的位置；以及取得此无线电信号的一无线电特征，并根据此无线电特征估算此无线电信号源的一无线电波分布和该无线电波分布于空间中所对应的无线电特征。
根据本发明的第二方面，提出一种使用飞行载具的无线电信号源的无线电波分布的测量与对应的无线电特征的估算的系统，此系统包括一飞行载具、一飞行姿态控制模块、及一无线电特征管理模块。飞行载具具有一无线电模块，用以在一测量过程的多个飞行位置上，接收一无线电信号源所发出的一无线电信号。飞行姿态控制模块用以控制此飞行载具的一飞行路径，此飞行路径包括此些飞行位置。无线电特征管理模块用以根据此无线电信号及一无线电信道模型，估算此无线电信号源的位置，并取得此无线电信号的一无线电特征，以根据此无线电特征估算此无线电信号源的一无线电波分布和该无线电波分布于空间中所对应的无线电特征。
为了对本发明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举实施例，并配合所附附图详细说明如下：
附图说明
图1A绘示乃依照本揭露一实施例的一种使用飞行载具的无线电信号源的无线电波分布的测量与对应的无线电特征的估算的方法的流程图。
图1B绘示乃依照本揭露另一实施例的一种使用飞行载具的无线电信号源的无线电波分布的测量与对应的无线电特征的估算的方法的流程图。
图2绘示乃图1A的方法中，飞行载具与无线电信号源的相对位置的示意图。
图3绘示一种使用飞行载具的无线电信号源的无线电波分布的测量与对应的无线电特征的估算的系统。
图4绘示图3的无线电特征管理模块的一例的详细方块图。
图5A乃步骤104中估算无线电信号源的位置的示意图。
图5B乃步骤106中，取得此无线电信号的无线电特征后所产生的无线电信号源的场型的示意图。
图5C乃步骤106中，估算无线电信号源的无线电波分布的示意图。
图5D乃飞行载具的无线电信号场型于飞行过程中，朝向无线电信号源的示意图。
图6绘示球坐标内的全面交叉路径的一例。
图7A绘示正规化前的无线电信号的无线电特征所对应的三个路径的示意图。
图7B绘示图7A的三个路径所测量的无线电信号的无线电特征的一例。
图8A绘示乃正规化程序后的飞行载具垂直移动所得到的无线电强度分布图。
图8B绘示乃正规化程序后的飞行载具水平移动所得到的无线电强度分布图。
图8C绘示乃将估算与合成后所得到的无线电波分布图的一例。
图9绘示无线电信号源与两个测量点的关系示意图。
图10绘示多个无线电信号源与对应的无线电波分布、以及规划的飞行路径的示意图。
【符号说明】
102～108：方法步骤
202：飞行载具
204、204(1)～204(3)：无线电信号源
P(1)～P(6)：飞行位置
Pth：动作路径
300：测量与估算系统
304：飞行姿态控制模块
306：无线电特征管理模块
308：无线电模块
402：无线电频率选择模块
404：无线电天线参数选择模块
406：空间位置取得模块
408：空间位置规划与设定模块
410：无线电特征记录模块
412：无线电模型数据库
414：无线电特征计算与预估模块
Cr(1)～Cr(4)：圆圈
R1～R4：圆圈Cr(1)～Cr(4)的半径
502、504：飞行载具的无线电信号场型
602：参考点
Pth：动作路径
604、606、Pth1、Pth2、Pth3：路径
Epth1、Epth2：估测路径
Ipth1～Ipth3：信号强度
802、804、806：无线电波分布
808：正式飞行路线
具体实施方式
本揭露提出使用飞行载具的无线电信号源的无线电波分布的测量与对应的无线电特征的估算的方法及系统。飞行载具例如是无人机。藉由在一测量过程中，使用飞行载具的无线电模块去测量无线电信号源(例如是基地台)的无线电信号，并藉由本揭露的方法与系统得到空间中各区域的无线电信号质量(包括飞行载具未实际飞行过的区域)并进一步得到空间中各区域的无线电波分布，可有利于飞行载具在正式执行观测任务的一飞行过程中，设计出最有利的飞行路线，以避免无线网络通讯产生非预期断线的情形发生。此外，也可藉由调整无人机的无线电信号场型或其指向，使之朝向就由本揭露的方法与系统所得到的无线电信号源的方向，以延长无线通信的可通讯的距离。
请参照图1A，其绘示乃依照本揭露一实施例的一种使用飞行载具的无线电信号源的无线电波分布的测量与对应的无线电特征的估算的方法的流程图。请同时参考图2，其绘示乃图1A的方法中，飞行载具与无线电信号源的相对位置的示意图。此方法包括以下步骤。于步骤102中，在一测量过程的多个飞行位置上，一飞行载具202测量一无线电信号源204所发出的一无线电信号。接着，于步骤104中，根据此无线电信号及一无线电信道模型，估算此无线电信号源204的位置。之后，在步骤106中，取得此无线电信号的一无线电特征，并根据此无线电特征估算此无线电信号源的一无线电波分布和该无线电波分布于空间中所对应的无线电特征。
请参照图1B，其绘示乃依照本揭露另一实施例的一种使用飞行载具的无线电信号源的无线电波分布的测量与对应的无线电特征的估算的方法的流程图。与图1A不同之处在于，于图1B所示的实施例中，选择性地，上述的方法还可包括步骤108，控制此飞行载具，使此飞行载具的一无线电信号场型于一飞行过程中，朝向此无线电信号源，以提高此飞行载具与此无线电信号源之间的无线电联机质量，或是增加飞行载具的遥控距离。
藉由上述方法，可以通过飞行载具(例如是无人机)，飞行以测量空间中的无线电信号源(例如是基地台)的无线电波分布，并估算出空间中无线电波分布和此无线电波分布于空间中所对应的无线电特征，例如是4G LTE(Long Term Evolution)信号于3维空间的高空或不同高空层的无线电波分布。而且，于飞行载具正式飞行以执行任务时，能够调整飞行载具的无线电信号场型，以指向无线电信号源，来提高飞行载具与无线电信号源之间的可进行无线通信的距离。
请参照图3，其绘示一种使用飞行载具的无线电信号源的无线电波分布的测量与对应的无线电特征的估算的系统，此测量与估算的系统300包括一飞行载具202、一飞行姿态控制模块304及一无线电特征管理模块(Radio Characteristics Management Module)306。飞行载具202具有一无线电模块308，例如是一无线电收发器(Transicever)，用以在测量过程的多个飞行位置上，接收无线电信号源204所发出的无线电信号。飞行姿态控制模块304用以控制飞行载具202的飞行路径，此飞行路径包括上述的多个飞行位置。无线电特征管理模块306用以根据无线电信号及无线电信道模型，估算无线电信号源204的位置，并取得无线电信号的一无线电特征，以根据无线电特征估算无线电信号源204的无线电波分布。
本揭露应用于使用一台以上的飞行载具202及飞行载具202上的无线电模块308去接收空间中的无线电信号，并由无线电特征管理模块306估算和建构出空间中所对应的无线电波分布，亦即无线电信号质量的分布。无线电特征管理模块306与无线电模块308及飞行姿态控制模块304互相通讯。在一实施例中，飞行载具202可包括飞行姿态控制模块304及/或无线电特征管理模块306。在一实施例中，飞行姿态控制模块304及/或无线电特征管理模块306可以实施在控制/操控飞行载具202的控制站(未绘示)中。在一实施例中，飞行姿态控制模块304及/或无线电特征管理模块306可以实施在可与飞行载具202通讯的服务器、行动装置中。
请参照图4，其绘示图3的无线电特征管理模块306的一例的详细方块图。无线电特征管理模块306例如包括无线电频率选择模块402、无线电天线参数选择模块404、空间位置取得模块406、空间位置规划与设定模块408、无线电特征记录模块410、无线电模型数据库412与无线电特征计算与预估模块414。
无线电频率选择模块(RF Band Selecting Module)402用以选择无线电模块308与无线电信号源204进行通讯的调频。其中，此调频有其对应的物理特性，譬如传输距离等。调频的选择也会影响到无线电信道模型(Radio Channel Model)的挑选。
无线电天线参数选择模块(Antenna Parameter Selecting Module)404用以选择天线的增益(Gain)、辐射角度与范围、使用一组或多组天线等参数。空间位置取得模块(Position Acquiring Module)406用以取得飞行载具202于空间中的3维坐标。
空间位置规划与设定模块408用以提供飞行载具202的飞行路径，飞行于此路径的目的在于获知更多空间中特定区域的无线电特征。飞行路径例如为：(1)不特意规范路径，使用飞行载具202默认的飞行路径；(2)在特定空间内以特定的密度去进行完整的飞行路径；(3)Z字形(Zig-Zag)路径飞行等。
无线电特征记录模块410用以记录对应到各空间位置的无线电特征。无线电特征包含以下一项或多项，如参考信号接收功率(Reference Signal Received Power，RSRP)、接收信号码功率(Received Signal Code Power，RSCP)、接收信号等级(Received SignalLevel，RX LEVEL)、接收信号强度指示(Received Signal Strength Indication，RSSI)、信号噪声比(Signal-to-Noise Ratio，SNR)、数据传输速度(Data Transmission Rate)、信号延迟(Signal Delay)、带宽稳定度(Band Stability)或联机保持机率等。
无线电模型数据库412用以储存以下数据至少其中之一：(1)多种不同型号的无线电基地台的无线电天线的辐射图腾；(2)无线电基地台位置，以及无线电基地台的无线电天线的设置高度与角度；(3)多种无线电信道模型。
无线电特征计算与预估模块(Radio Quality Calculation and EstimationModule)414用以搭配或使用无线电信道模型计算以下至少其中之一：(1)无线电基地台位置；(2)将无线电特征进行正规化处理后，与无线电天线的辐射图腾进行比对，若成功找到雷同的辐射图腾，则根据此图腾估测无线电涵盖范围及范围内的无线电特征；(3)将无线电特征进行正规化处理后，与无线电天线的辐射图腾进行比对，若无法成功找到雷同的辐射图腾，则使用当时选用的无线电信道模型将来估算无线电信号源(基地台)至测量点方向间路径上的无线电的辐射强度。其次，若因此得到多条路径的辐射强度值，路径间可以内插、权重、平均搭配无线电信道模型的计算等方法来估算出路径间的无线电辐射强度。
上述的各模块是例如可以硬件电路实现及/或或藉由处理器执行软件或机器可执行程序代码后实现。上述的各模块亦可为其他硬件读取相关韧体后实现。软件或机器可执行程序代码例如可储存于可读取的储存媒体(例如挥发性内存(volatile memory)或非挥发性内存(non-volatile memory)、硬盘、固态硬盘(solid state disk，SSD)、闪存(flashMemory)或只读存储器(read-only memory，ROM))。
请参照图5A～5D，其中图5A乃步骤104中估算无线电信号源的位置的示意图；图5B乃步骤106中，取得此无线电信号的无线电特征后所产生的无线电信号源的场型的示意图；图5C乃步骤106中，估算无线电信号源的无线电波分布的示意图；图5D乃飞行载具的无线电信号场型于飞行过程中，朝向无线电信号源的示意图。
如图1B及图5A所示。在飞行载具202执行正式的空拍或测量任务之前，测量与估算系统300会先进行测量过程，以建立步骤106中所述的无线电信号源的无线电波分布。于得到无线电波分布之后，使飞行载具的无线电信号场型于执行正式的空拍或测量任务的飞行过程中，朝向无线电信号源，以提高此飞行载具与此无线电信号源之间的无线电联机质量，而可得到较大的通讯距离。
详而言之，于步骤102中，飞行载具202在测量过程的多个飞行位置上，例如是飞行位置P(1)～P(4)，飞行载具202测量无线电信号源204所发出的无线电信号。在一实施例中，飞行载具202所接收到的无线电信号源204所发出的无线电信号中，记载着发出此无线电信号的无线电信号源204的代码(ID)。飞行载具202可以藉由此代码得知所接收到的多个无线电信号是否由同一个无线电信号源204所传送。接着，于步骤104中，无线电特征管理模块306会先选择一个合适的无线电信道模型，例如是依照飞行载具202所使用的调频以及飞行载具202所在之处的特性，选择合适的无线电信道模型。然后，无线电特征管理模块306根据无线电信号及无线电信道模型，估算此无线电信号源204的位置。其中，无线电信道模型将提供与无线电信号源204的距离所对应的信号衰减量。在一实施例中，无线电信号中同时传送有无线电信号源204的无线电输出功率，可藉由飞行载具202所接收到的无线电信号的功率，参考无线电信号源204的无线电输出功率，即可得到信号衰减量。根据信号衰减量，参考无线电信道模型，即可得知这样的衰减量所对应的距离，即可得知飞行载具202与无线电信号源204之间的距离。
如图5A所示，假设当飞行载具202于位置P(1)时，得到飞行载具202与无线电信号源204之间的距离为R1，且当飞行载具202于位置P(2)～P(4)时，得到飞行载具202与无线电信号源204之间的距离为R2～R4。如此，即可根据位置P(1)～P(4)的坐标，得到无线电信号源204的坐标，而得知无线电信号源204的位置。在一实施例中，当得知飞行载具202与无线电信号源204之间的距离为R1时，可以得知无线电信号源204的位置将可能是位于半径为R1的圆圈Cr(1)上的某一点。而当得知飞行载具202与无线电信号源204之间的距离为R2、R3或R4时，可以得知无线电信号源204的位置将可能是位于半径为R2、R3或R4的圆圈Cr(2)、Cr(3)或Cr(4)上的某一点。如此，即可得知，圆圈Cr(1)～Cr(4)相交之处，可能就是无线电信号源204的所在位置。即使圆圈Cr(1)～Cr(4)无法相交于一点，亦可以圆圈Cr(1)～Cr(4)所包围的区域的交集区域，推测出无线电信号源204的可能位置。
而于步骤106中，无线电特征管理模块306在取得飞行载具202所测量到的无线电信号，得到无线电信号的无线电特征，例如是信号强度(亦即无线电信号的辐射强度)。无线电特征管理模块306将根据此无线电特征估算此无线电信号源204的无线电波分布。例如是藉由使飞行载具202水平环绕无线电信号源204或垂直环绕无线电信号源204，以取得无线电信号源204的水平辐射图腾与垂直辐射图腾，如图5B所示。并藉由组合多个水平辐射图腾与多个垂直辐射图腾，来得到无线电信号源204的无线电波分布，如图5C所示。在步骤106中，取得此无线电信号的无线电特征，并根据此无线电特征估算此无线电信号源的无线电波分布。在一实施例中，于得到无线电信号源204的无线电波分布之后，或是得到多个无线电信号源204的无线电波分布之后，即可得知一个或多个无线电信号源204的位置，并计算出空间中各位置的无线电波分布，以及估算出此无线电波分布于空间中所对应的无线电特征。于飞行载具202正式飞行以执行空拍或测量任务时，能够依照一个或多个无线电信号源204的位置与空间各位置的无线电信号的强弱，来调整于飞行载具202正式飞行的路径，让飞行载具202正式飞行的路径上的无线电信号源发射的无线电信号的强度有达一临界值以上，以避免飞行载具202产生无线通信无预期断线的情形。此外，也可在飞行载具202正式飞行以执行任务的过程中，调整飞行载具202的无线电信号场型，使飞行载具202的无线电信号场型朝向无线电信号源204，如图5D所示。例如，于飞行位置P(5)时，飞行载具202的无线电信号场型502朝向无线电信号源204，而于飞行位置P(6)时，飞行载具202的无线电信号场型504朝向无线电信号源204。如此，相较于全向性天线，在相同的发射功率下，飞行载具202可以采用指向性无线电信号场型，而可以延长飞行载具202与无线电信号源204之间的可通讯距离，并提高此飞行载具与此无线电信号源之间的无线电联机质量。
现再针对图1A的各个步骤更进一步详细说明如下。于步骤102中，调整飞行载具202的飞行路径，以使飞行载具202于测量过程中飞行至多个飞行位置上。此飞行路径例如为飞行载具202的一任务动作路径、一精确无线电波型测绘动作路径或一部分无线电波型测绘动作路径。多个飞行位置例如为飞行载具202的任务动作路径、精确无线电波型测绘动作路径或部分无线电波型测绘动作路径的路径上的多个位置。上述的无线电波型测绘是指，于实际实施上，可使用飞行载具于空中的多个位置进行无线电波型的测量，测量后可得到大量的无线电波型测量数据，再使用这些所测量而得的无线电波型测量资料描绘出特定无线电信号源的无线电波于空间中的分布，例如是无线电特征的分布。
其中，任务动作路径例如是飞行载具202原本的动作路径，例如是预设的正式飞行时的动作路径，如图2所示的会经过飞行位置P(1)～P(4)的动作路径Pth。虽然图2以飞行位置P(1)～P(4)为例做说明，然动作路径Pth可以具有更多的飞行位置。藉由使用多个位置来进行多次的迭代计算，可以降低基地台位置的估算误差。精确无线电波型测绘动作路径例如是立体坐标内的全面交叉路径或球坐标内的全面交叉路径。如图6所示，其绘示球坐标内的全面交叉路径的一例。球坐标内的全面交叉路径例如包括以参考点602为圆心，对应至多个不同的角度φ(0度至360度，例如以一固定角度间隔)，以半径γ所形成的多个路径604，以及以参考点602为圆心，对应至多个不同的角度θ(-90度至90度，例如以一固定角度间隔)，以半径γ sin θ所形成的多个路径606。路径604与路径606为相交。部分无线电波型测绘动作路径例如是立体坐标内的一个或多个交叉路径，或是球坐标内的一个或多个交叉路径。例如是图6所示的多条路径604的某些条路径与多条路径606的某些条路径。
接着，于步骤104中，当根据此无线电信号及无线电信道模型，估算无线电信号源204的位置时，可动态地调整所使用的无线电信道模型，并降低多重路径效应。无线电信道模型及此无线电信道模型的参数可依飞行载具202的飞行区域动态调整。例如，当藉由飞行载具202的卫星定位系统的坐标(例如是全球定位系统(Global Positioning System，GPS)坐标或其它可用于无人机定位的系统技术所取得的坐标)得知飞行载具202的飞行区域位于市区时，则选用适用于市区的无线电信道模型及其参数；而当藉由飞行载具202的卫星定位系统的坐标得知飞行载具202的飞行区域位于郊区时，则选用适用于郊区的无线电信道模型及其参数。也就是，当藉由飞行载具202的卫星定位系统的坐标得知飞行载具202飞行至不同区域时，即可动态地调整成适合的无线信道模型。例如，当飞行载具202飞行至不同区域，例如是高空、空旷处、郊区、市区、大城市等，即可自适应性(adaptively)地动态调整至对应的无线信道模型。此外，无线电信道模型及此无线电信道模型的参数亦可依飞行载具202的调频动态调整。例如当飞行载具202使用2.4GHz的调频时，则选用对应至2.4GHz的无线电信道模型及其参数。而若飞行载具202使用900MHz的调频时，则选用对应至900MHz的无线电信道模型及其参数。
而上述的降低多重路径效应的做法，例如是可以使用移动平均(moving average)的方式，来对飞行载具202所接收到的无线电信号的强度进行移动平均，以降低多重路径的干扰。或是让飞行载具202具有多根天线，并对多根天线所接收到的无线电信号的强度进行平均，以作为飞行载具202所接收到的无线电信号的强度，以降低多重路径的干扰。
进一步来说，步骤104的动态调整使用的无线电信道模型的步骤中，可由手动的方式来动态调整使用的无线电信道模型，或者用自动的方式来动态调整。在一实施例中，进行动态调整的情况包括：(1)现况不符合使用中的无线电信道模型的无线电信道模型应用条件(Radio Channel Model(RCM)applicable condition)，例如飞行载具202的位置离开了默认的特定无线电信道模型的适用区域，或飞行载具202的飞行高度超过了特定无线电信道模型的适用高度；(2)飞行载具202改变了调频，而不适用于目前的无线电信道模型；(3)飞行载具202改变了所适用的通讯协议(Communication protocol)，而不适用于目前的无线电信道模型。
当动态调整无线电信道模型时，如果无法找到合适的无线电信道模型的话，则可使用默认的无线电信道模型，例如是自由空间里的损耗模型(Free Space Pass LossModel)。其中，当每个飞行载具202上具有2组以上的无线电模块308时，每个飞行载具202允许同时使用一种以上的无线电信道模型(各自对应至不同的无线电模块308)。
而选择无线电信道模型之后，亦可重新检查并判断是否要重新选择无线电信道模型。要重新检查并判断是否要重新选择无线电信道模型的情况例如是，于比较所接收到的无线电信号的功率和根据无线电信道模型所计算而得的估算信号功率(藉由无线电信道模型所计算得到的衰减量所产生者)之后，发现二者相差太大的话，则可能可以考虑调整无线电信道模型或无线电信道模型的参数。否则，则沿用原本的无线电信道模型。
于此步骤中，如果基地台位置为未知时，如图2所示，若根据于多个飞行位置所量到的信号强度，再经由无线电信道模型反推基地台位置时发现没有交集点或者交集区域过大，而导致难以求出基地台位置时，则此时可更换无线电信道模型。
而于此步骤中，如果基地台位置为已知时，譬如已经从其他的信息源得知确切的基地台位置。此时若量到的信号强度与根据信道模型算出的数值相差太多，此时可以判断出所使用的无线电信道模型可能需要更换，或是可以调整信道模型的使用参数。例如，如果目前的飞行环境为晴天环境，却使用到雨天的环境修正参数，则可将环境修正参数修改为晴天的环境修正参数。
其中，可能的无线电信道模型包括：自由空间通行损失模型(Free Space PassLoss Model)、COST231-Hata模型(Cost-231 HATA Model)、Cost-231Walfisch-Ikegami模型(Cost-231 Walfisch-Ikegami Model)、Ericsson 9999模型、史丹佛大学暂定模型(Standford University Interim(SUI)Model)或标准传播模型(Standard PropagationModel，SPM)。
于步骤104的计算此无线电信号源204的位置时，除了根据所选用的无线电信道模型以及所接收到的无线电信号强度计算出衰减量以计算出无线电信号源204的位置坐标之外，亦可对无线电信号源204进行水平与垂直方向的信号测量，并将测量得到的信号质量数据群与数据库中的基地台的无线电传输波形分布数据进行比对，用以比对出可能的基地台天线型号。根据比对出的可能的基地台天线型号，亦可得知无线电信号源204的无线电信号的信号场型。
而于找出无线电信号源204的位置坐标之后，亦可进行迭代修正。例如是飞行至不同的飞行位置，使用目前的无线电信道模型来计算出目前飞行载具202与无线电信号源204的距离所对应的信号衰减量，是否与目前飞行载具202所接收到的无线电信号的辐射强度对应。若相差太大，则可能代表目前所计算而得的无线电信号源204的位置坐标不够精确，而可进一步地进行调整与修正。
而于步骤102中，在测量过程的多个飞行位置上，测量无线电信号源204所发出的无线电信号时，亦可使用多个飞行载具，在多个位置上测量无线电信号源204所发出的此无线电信号。在一实施例中，测量的飞行载具与正式执行任务的飞行载具可以相同，也可以不同。
于使用多个飞行载具在多个位置上测量无线电信号源204所发出的无线电信号时，在一实施例中，对各个飞行载具进行无线电收发的能力检查(例如是天线增益等)，并将各个飞行载具的测量信号结果经过正规化计算。上述的正规计算例如针对天线增益来正规化，以使多个飞行载具在多个位置上测量无线电信号源204所发出的无线电信号可以结合。如此，可以使用多台飞行载具同时进行测量，可以节省测量所需的时间。
而于步骤106中，于取得无线电信号的无线电特征，并根据无线电特征估算无线电信号源204的无线电波分布时，可通过正规化无线电信号的无线电特征，并使用正规化后的无线电特征，与无线电信号源204的一波型特征数据库进行比对来实施。当与波型特征数据库进行比对后得到与无线电特征对应的一候选波形分布时，则使用此候选波形分布。而当与波型特征数据库进行比对不成功时，则使用内插法或平均法估测此无线电波分布。
请参照图7A与图7B，其中图7A绘示正规化前的无线电信号的无线电特征所对应的三个路径的示意图，图7B绘示图7A的三个路径所测量的无线电信号的无线电特征的一例。假设飞行载具202飞行经过路径Pth1、Pth2、Pth3所得到的无线电信号的无线电特征(例如是信号强度)分别是信号强度Ipth1、Ipth2、及Ipth3。例如可搭配无线电信号源的位置、飞行载具的位置、所选用的无线电信道模型、与飞行载具202收到的无线电信号强度，将信号强度Ipth1～Ipth3分别依照路径Pth1～Pth3随着时间变化的与无线电信号源204之间的距离进行正规化。如此，可计算出与无线电信号源相距特定距离之下，各角度的无线电信号强度。如此，亦可藉由路径Pth1～Pth3，估算出估测路径Epth1与Epth2两种路径上的无线电信号强度分布。
通过正规化，可同时消除测量过程中的影响因素，例如，可以消除飞行载具的无线电模块的收发能力的强弱差异，以及飞行载具的飞行路径的不完美。
请参照图8A～8C，其中图8A绘示乃正规化程序(Normalization-processed)后的飞行载具垂直移动所得到的无线电强度(例如是RSSI)分布图(假设正对天线)；图8B绘示乃正规化程序后的飞行载具水平移动所得到的无线电强度分布图(假设正对天线)；图8C绘示乃将估算与合成后所得到的无线电波分布图的一例。
图8A所示例如是绘示乃正规化程序后的飞行载具垂直移动(例如是由下往上垂直移动)所得到的无线电强度(RSSI)分布图。横轴代表角度(度)，纵轴代表正规化后的相对强度值。角度0度代表与无线电信号源204的天线相同水平高度之处。图8A所示的无线电强度分布图的物理意义为无线电信号源(基地台)的无线电波辐射的扇型角度的无线电强度分布。图8B所示例如是绘示乃正规化程序后的飞行载具水平移动(例如是于与无线电信号源204的天线相同水平高度的平面上，以距离无线电信号源固定距离移动的扇形轨道来飞行以进行测量)所得到的无线电强度分布图。横轴代表角度(度)，纵轴代表正规化后的强度。角度0度代表正对无线电信号源的天线之处。将很多个不同的正规化的垂直移动所得到的无线电强度分布图(例如图8A所示的分布图)与很多个正规化的水平移动所得到的无线电强度分布图(例如图8B所示的分布图)估算合成之后，即可得到整个无线电信号源的无线电波分布，例如图8C所示无线电波型。
可正规化的参数例如包括无线电发射功率(或是功率级别(Level)，例如级别0、级别1等)、传输增益、小尺度衰落效应等。其中传输增益的含盖范围可参考「145-1993-IEEE针对天线用语的标准定义(145-1993-IEEEStandard Definitions of Terms forAntennas)」。小尺度衰落效应处理例如是萃取多个参考信号接收功率(RSRP)后取平均值。可计算得出例如图8C所示的无线电强度分布，或多种发射功率或传输增益可对应的无线电涵盖范围，及范围内各区的强度分布。
而在步骤106中，通过正规化无线电信号的无线电特征，并使用正规化后的无线电特征，与无线电信号源204的波型特征数据库进行比对的作法中，例如是以图7B所示的信号强度Ipth1～Ipth3正规化后的结果与无线电信号源204的波型特征数据库来进行比对。当比对成功，得到无线电特征对应的候选波形分布时，则使用此候选波形分布作为无线电信号源204的无线电波分布。而当比对不成功时，亦即是找不到与无线电特征对应的候选波形分布时，则使用内插法或平均法，依照所得到的正规化后的信号强度Ipth1～Ipth3，来估测无线电信号源的无线电波分布。
上述的比对程序，例如是最大相似度(most likelihood)算法进行比对。若无法比对出合适的图腾，则使用当时选用的无线电信道模型来估算无线电信号源(基地台)至测量点方向之间，路径上的无线电的辐射强度。请参照图9，其绘示无线电信号源与两个测量点的关系示意图。当比对不成功时，可藉由所选用的无线电信道模型，来估算无线电信号源204至测量点A之间的无线电的辐射强度，以及估算无线电信号源204至测量点B之间的无线电的辐射强度。而于得到多条路径的辐射强度值之后，路径之间的点则可以使用内插、加权平均、或平均等方式，搭配无线电信道模型的计算等，来估算出路径之间的无线电辐射强度。例如，测量点A与测量点B之间的无线电的辐射强度例如可藉由内插法得出。如此，至少测量点A、测量点B与无线电信号源204三者之间所定义出来的扇形区域的无线电的辐射强度可以得到，而可以得知测量点A、测量点B与无线电信号源204三者之间所定义出来的扇形区域的无线电信号源的无线电波分布。
请参照图10，其绘示多个无线电信号源与对应的无线电波分布、以及规划的飞行路径的示意图。于执行步骤102至106之后，可以得到无线电信号源204的无线电波分布。当一个区域有多个无线电信号源204存在时，例如是无线电信号源204(1)～204(3)，则可以重复步骤102～106，以得到无线电信号源204(1)～204(3)的无线电波分布，例如是无线电波分布802、804、及806。如此，当要规划飞行载具202的正式飞行路线808时，即可规划成经过无线电辐射强度较强的区域，例如是经过无线电波分布802、804、及806的区域。如此，在飞行载具202的正式飞行以执行空拍或测量任务时，可以有效避免非预期的无线通信断线的情形。
而于图1B的步骤108中，控制此飞行载具，使此飞行载具的此无线电信号场型于此飞行过程中，朝向此无线电信号源的步骤可包括调整此飞行载具的方向、此飞行载具的天线方向、或此飞行载具的无线电波束成形指向，使此飞行载具的此无线电信号场型朝向此无线电信号源。可藉由调整此飞行载具的方向以调整飞行载具的无线电信号场型朝向无线电信号源，或者可藉由调整飞行载具的天线方向以调整飞行载具的无线电信号场型朝向此无线电信号源，或者可藉由调整飞行载具的无线电波束成形指向以调整飞行载具的无线电信号场型朝向此无线电信号源。
于藉由控制此飞行载具，使此飞行载具的此无线电信号场型于此飞行过程中，朝向此无线电信号源的过程中，可以先选择所要指向的无线电信号源。例如，如图10所示，可以先选择无线电信号源204(1)至204(3)中所要指向的无线电信号源。然后计算所要指向的无线电信号源的方向。接着，于飞行过程中使此飞行载具的此无线电信号场型持续朝向所选择的无线电信号源。若于飞行过程中要更换不同的无线电信号源，则重新计算所要指向的无线电信号源的方向，并于飞行过程中使飞行载具的无线电信号场型持续朝向所重新选择的无线电信号源。
而于判断是否飞行过程中要更换不同的无线电信号源时，可以先检查目标网络的效能(例如是带宽)，并检查与预估接下来的一段飞行时间(例如数分钟)的网络效能(例如是带宽)。如果接下来的一段飞行时间的网络效能不佳的话，则可以更换不同的无线电信号源。或者，可以选择换手次数较少的无线电信号源来进行无线网络联机。
藉由本揭露的使用飞行载具的无线电信号源的无线电波分布的测量与对应的无线电特征的估算的方法及系统，可以先藉由在一测量过程中，使用飞行载具的无线电模块测量无线电信号源(例如是基地台)的无线电信号，并藉由本揭露的方法与系统得到空间中各区域的无线电信号质量(包括飞行载具未实际飞行过的区域)并进一步得到空间中各区域的无线电波分布，可有利于飞行载具在正式执行观测任务的飞行过程中，设计出最有利的飞行路线，以避免无线网络通讯产生非预期断线的情形发生。而且，于飞行载具正式飞行以执行任务时，能够调整飞行载具的无线电信号场型，以指向无线电信号源，来提高飞行载具的遥控距离，以延长飞行载具可与无线电信号源进行无线通信的距离。
综上所述，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。本发明所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视的权利要求所界定者为准。

Claims (16)

1.一种使用飞行载具的无线电信号源的无线电波分布的测量与对应的无线电特征的估算的方法，包括：
在测量过程的多个飞行位置上，飞行载具测量无线电信号源所发出的无线电信号；
根据该无线电信号及无线电信道模型，估算该无线电信号源的位置；以及
取得该无线电信号的无线电特征，并根据该无线电特征估算该无线电信号源的无线电波分布和该无线电波分布于空间中所对应的无线电特征。
2.如权利要求1所述的方法，其中该多个位置为该飞行载具的任务动作路径、精确无线电波型测绘动作路径或部分无线电波型测绘动作路径的路径上的多个位置。
3.如权利要求1所述的方法，其中该无线电信道模型及该无线电信道模型的参数依该飞行载具的飞行区域或调频动态调整。
4.如权利要求1所述的方法，其中在该测量过程的该多个飞行位置上，该飞行载具测量该无线电信号源所发出的该无线电信号的步骤包括：
在该测量过程中，使用多个飞行载具，在该多个位置上测量该无线电信号源所发出的该无线电信号。
5.如权利要求1所述的方法，其中取得该无线电信号的该无线电特征，并根据该无线电特征估算该无线电信号源的该无线电波分布和该无线电波分布于空间中所对应的无线电特征的步骤包括：
正规化该无线电信号的该无线电特征，并使用正规化后的该无线电特征，与该无线电信号源的波型特征数据库进行比对。
6.如权利要求5所述的方法，其中取得该无线电信号的该无线电特征，并根据该无线电特征估算该无线电信号源的无线电波分布和该无线电波分布于空间中所对应的无线电特征的步骤还包括：
当与该波型特征数据库进行比对后得到与该无线电特征对应的候选波形分布时，使用该候选波形分布作为该无线电信号源的该无线电波分布；以及
当与该波型特征数据库进行比对不成功时，使用内插法或平均法估测该无线电波分布。
7.如权利要求1所述的方法，还包括：
控制该飞行载具，使该飞行载具的无线电信号场型于飞行过程中，朝向该无线电信号源。
8.如权利要求7所述的方法，其中使该飞行载具的该飞行载具的该无线电信号场型于该飞行过程中，朝向该无线电信号源的步骤包括：
调整该飞行载具的方向、该飞行载具的天线方向或该飞行载具的无线电波束成形指向，使该飞行载具的该无线电信号场型朝向该无线电信号源。
9.一种使用飞行载具的无线电信号源的无线电波分布的测量与对应的无线电特征的估算的系统，包括：
飞行载具，具有无线电模块，用以在测量过程的多个飞行位置上，接收无线电信号源所发出的无线电信号；
飞行姿态控制模块，用以控制该飞行载具的飞行路径，该飞行路径包括该多个飞行位置；
无线电特征管理模块，用以根据该无线电信号及无线电信道模型，估算该无线电信号源的位置，并取得该无线电信号的无线电特征，以根据该无线电特征估算该无线电信号源的无线电波分布和该无线电波分布于空间中所对应的无线电特征。
10.如权利要求9所述的系统，其中该飞行路径为该飞行载具的任务动作路径、精确无线电波型测绘动作路径或部分无线电波型测绘动作路径。
11.如权利要求9所述的系统，其中该无线电信道模型及该无线电信道模型的参数依该飞行载具的飞行区域或调频动态调整。
12.如权利要求9所述的系统，还包括多个飞行载具，该多个飞行载具于该测量过程中，在该多个位置上测量该无线电信号源所发出的该无线电信号。
13.如权利要求9所述的系统，其中该无线电特征管理模块还用以正规化该无线电信号的该无线电特征，并使用正规化后的该无线电特征，与该无线电信号源的波型特征数据库进行比对。
14.如权利要求13所述的系统，其中当与该波型特征数据库进行比对后得到与该无线电特征对应的候选波形分布时，使用该候选波形分布作为该无线电信号源的该无线电波分布，而当与该波型特征数据库进行比对不成功时，使用内插法或平均法估测该无线电波分布。
15.如权利要求9所述的系统，其中该飞行姿态控制模块还用以控制该飞行载具，使该飞行载具的无线电信号场型于飞行过程中，朝向该无线电信号源。
16.如权利要求15所述的系统，其中该飞行姿态控制模块藉由调整该飞行载具的方向、该飞行载具的天线方向或该飞行载具的无线电波束成形指向，使该飞行载具的该无线电信号场型朝向该无线电信号源。
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