TW201425973A - 定位系統和定位方法 - Google Patents

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TW201425973A TW101150415A TW101150415A TW201425973A TW 201425973 A TW201425973 A TW 201425973A TW 101150415 A TW101150415 A TW 101150415A TW 101150415 A TW101150415 A TW 101150415A TW 201425973 A TW201425973 A TW 201425973A
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Abstract

一種定位系統，包括至少一待測裝置和一行動裝置。該待測裝置和該行動裝置之間建立一無線連線。該行動裝置沿一軌跡移動，其中該軌跡包括至少二個不同之量測位置。該行動裝置分別量測該待測裝置與該等量測位置之每一者之間之一距離。然後，該行動裝置係根據該等量測位置和該等距離取得該待測裝置所在之一待測位置。

Description

定位系統和定位方法
本發明係關於一種定位系統，特別係關於藉由移動一行動裝置即可對於一待測裝置進行定位之定位系統。
隨著行動通訊技術的發達，攜帶型電子裝置在近年日益普遍，常見的例如：手提式電腦、行動電話、多媒體播放器以及其他混合功能之行動裝置。為了滿足人們的需求，攜帶型電子裝置通常具有無線通訊的功能。有些涵蓋長距離的無線通訊範圍，例如：行動電話使用2G、3G、LTE系統及其所使用700MHz、850 MHz、900MHz、1800MHz、1900MHz、2100MHz、2300MHz以及2500MHz的頻帶進行通訊，而有些則涵蓋短距離的無線通訊範圍，例如：Wi-Fi、Bluetooth以及WiMAX系統使用2.4GHz、3.5GHz、5.2GHz和5.8GHz的頻帶進行通訊。
室內定位系統(Indoor Positioning System，IPS)近年來發展為可針對人體或是攜帶型電子裝置進行定位。然而，室內定位系統通常需要至少三個設置有天線之參考點，才能對於一待測裝置進行精準之定位。一般來說，攜帶型電子裝置之內部空間狹小，不容易設置三個或更多天線在其中，因此限制了室內定位系統之使用範圍。
本發明提供一種定位系統，包括：一待測裝置，包括 一第一無線通訊模組；以及一行動裝置，包括一第二無線通訊模組、一感測器，以及一處理器；其中該第二無線通訊模組和該第一無線通訊模組之間建立一無線連線；以及其中該行動裝置沿一軌跡移動，該軌跡包括至少三個不同之量測位置，該感測器用於偵測該等量測位置之間之相對關係，該行動裝置分別量測該待測裝置與該等量測位置之每一者之間之一距離，而該處理器係根據該等量測位置和該等距離取得該待測裝置所在之一待測位置。
另外，本發明提供一種定位方法，包括下列步驟：於一行動裝置和一待測裝置之間建立一無線連線；沿一軌跡移動該行動裝置，其中該軌跡包括至少三個不同之量測位置；經由該行動裝置，分別量測該待測裝置與該等量測位置之每一者之間之一距離；以及經由該行動裝置，根據該等量測位置和該等距離取得該待測裝置所在之一待測位置。
另外，本發明提供一種定位系統，包括：一待測裝置，包括一第一無線通訊模組；以及一行動裝置，包括一第二無線通訊模組、一感測器，以及一處理器，其中該第二無線通訊模組包括一第一天線和一第二天線；其中該第二無線通訊模組藉由該第一天線和該第二天線各自與該第一無線通訊模組之間建立一無線連線；以及其中該行動裝置沿一軌跡移動，該軌跡包括至少二個不同之量測位置，該感測器用於偵測該等量測位置之間之相對關係，該行動裝置分別使用該第二無線通訊模組之該第一天線和該第二天線以量測該待測裝置與該等量測位置之每一者之間之一距 離，而該處理器係根據該等量測位置和該等距離取得該待測裝置所在之一待測位置。
為讓本發明之目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉出本發明之具體實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之定位系統100之示意圖。如第1圖所示，定位系統100包括至少一待測裝置110和一行動裝置120。待測裝置110或行動裝置120可以是一手機、一平板電腦、一筆記型電腦，或是其他具有無線通訊功能之電子裝置。
待測裝置110可包括一無線通訊模組112。行動裝置120可包括一無線通訊模組122、一感測器124，以及一處理器126。無線通訊模組112、122可以各自包括至少一天線和一信號處理模組(未顯示)。在較佳實施例中，行動裝置120之無線通訊模組122和待測裝置110之無線通訊模組112之間可建立一無線連線。例如，該無線連線可以是Wi-Fi連線、Wi-Fi Direct連線，2G連線、3G連線、WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access)連線，或是LTE(Long Term Evolution)連線。行動裝置120和待測裝置110之間可以透過該無線連線傳送各種資料。感測器124可包括一陀螺儀、一電子羅盤，或(且)一加速計。在一些實施例中，待測裝置110或行動裝置120更可包括其他必要元件，例如：一外殼、一觸控面板、一揚聲 器，以及一電池(未顯示)。
行動裝置120可用於尋找待測裝置110所在之一待測位置PT，而詳細過程如下列所述。首先，行動裝置120沿一軌跡130移動，而軌跡130包括至少三個不同之量測位置P1、P2、P3。量測位置P1、P2、P3可以是軌跡130上任意三個不同點。在一些實施例中，軌跡130可以大致為一圓形、一橢圓形，或甚至一不規則形。行動裝置120之感測器124係用於偵測該等量測位置P1、P2、P3之間之相對關係。例如，在一坐標平面上，量測位置P1之坐標為(x 1,y 1)，而量測位置P2之坐標為(x 2,y 2)。當行動裝置120由量測位置P1移動至量測位置P2時，感測器124可偵測出量測位置P1和量測位置P2之間之移動差值△x和△y，其中△x等於(x 2-x 1)，而△y等於(y 2-y 1)。在移動過程中，行動裝置120分別量測待測裝置110與量測位置P1之間之一距離d1、待測裝置110與量測位置P2之間之一距離d2，以及待測裝置110與量測位置P3之間之一距離d3。最後，行動裝置120之處理器126係根據該等量測位置P1、P2、P3和該等距離d1、d2、d3取得待測裝置110所在之待測位置PT。
第2A圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置120量測本身至待測裝置110之間之距離之示意圖。在本實施例中，行動裝置120透過該無線連線(例如：Wi-Fi Direct連線)，於該等量測位置P1、P2、P3分別取得一接收信號強度指示(Received Signal Strenth Indication，RSSI)S1，而處理器126再根據該等接收信號強度指示S1 取得該等距離d1、d2、d3。
第2B圖係顯示根據本發明另一實施例所述之行動裝置120量測本身至待測裝置110之間之距離之示意圖。在本實施例中，待測裝置110更包括一聲音模組118，而行動裝置120更包括另一聲音模組128，並藉由於聲音模組118和聲音模組128之間傳送一聲音信號S2來量測該等距離d1、d2、d3。在一些實施例中，待測裝置110之聲音模組118為一揚聲器，而行動裝置120之聲音模組128為一麥克風。行動裝置120於該等量測位置P1、P2、P3分別接收由待測裝置110所傳送之聲音信號S2，而行動裝置120之處理器126再根據該等聲音信號S2取得該等距離d1、d2、d3。該等距離d1、d2、d3可以根據該等聲音信號S2之衰減度來進行量測。
第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之定位系統100如何取得待測位置PT之示意圖。在一坐標平面上，(x,y)代表待測裝置110所在之待測位置PT之坐標，(x 1,y 1)代表量測位置P1之坐標，(x 2,y 2)代表量測位置P2之坐標，(x 3,y 3)代表量測位置P3之坐標，d 1代表量測位置P1和待測位置PT之間之距離，d 2代表量測位置P2和待測位置PT之間之距離，d 3代表量測位置P3和待測位置PT之間之距離。必須說明的是，待測裝置110和任一量測位置之間之距離即等於待測位置PT和該量測位置之間之距離。在取得該等量測位置P1、P2、P3和該等距離d1、d2、d3之後，行動裝置120之處理器126可根據下列聯立方程 式(1)取得待測位置PT之坐標(x,y)：
如第3圖所示，待測位置PT恰位於三圓之一交叉點。在一些實施例中，行動裝置120亦可於四個或以上之量測位置來量測本身與待測裝置110之間之距離，以取得更精準之待測位置PT之坐標。值得注意的是，前述之所有坐標皆為相對坐標。例如，行動裝置120可定義最初之量測位置P1為原點(0,0)，再取得待測位置PT根據此原點之相對坐標(x,y)。
第4圖係顯示根據本發明另一實施例所述之定位系統400之示意圖。如第4圖所示，行動裝置420為一筆記型電腦。該筆記型電腦包括一上蓋421和一下蓋422，而行動裝置420之無線通訊模組122係設置於上蓋421中。在本實施例中，當該筆記型電腦正在開啟且無線通訊模組122正沿著包括至少三個量測位置P1、P2、P3之一軌跡430移動時，進行量測前述之該等距離d1、d2、d3。更詳細地說，該等距離d1、d2、d3可以分別於上蓋421與下蓋422之間具有至少三個不同夾角θ1、θ2、θ3時進行量測。例如，當上蓋421與下蓋422之間具有夾角θ1時，行動裝置420量測待測裝置110與量測位置P1之間之距離d1；當上蓋 421與下蓋422之間具有夾角θ2時，行動裝置420量測待測裝置110與量測位置P2之間之距離d2；當上蓋421與下蓋422之間具有夾角θ3時，行動裝置420量測待測裝置110與量測位置P3之間之距離d3。在一些實施例中，夾角θ1、θ2、θ3可以分別等於30度、60度、90度。在其他實施例中，行動裝置420亦可包括二個或以上之無線通訊模組122，其皆設置於上蓋421中。當行動裝置420包括設置於不同位置之二個無線通訊模組122(例如：分別設置於上蓋421之相對二邊緣處)時，可以僅於二個量測位置P1、P2使用該等無線通訊模組122分別對待測裝置110進行量測，即可取得四個距離和四個量測位置，並可據以取得待測位置PT。第4圖之實施例之其餘特徵如同之前之實施例所述，因此這些實施例皆可擁有相似之操作效果。
第5圖係顯示根據本發明一實施例所述之定位系統500之示意圖。第5圖和第1圖相似。兩者之差異在於，定位系統500包括三個或以上之待測裝置110、140、150。當行動裝置120沿軌跡130移動時，行動裝置120可同時偵測量測位置P1、P2、P3至待測裝置110、140、150之間之距離，從而取得待測裝置110、140、150之待測位置。例如，行動裝置120和待測裝置110、140、150為四支手機。當四個使用者想要在這些手機上玩一無線撲克牌遊戲時，只要藉由移動一支手機，即可取得其他手機之相對位置。第5圖之實施例之其餘特徵如同之前之實施例所述，因此這些實施例皆可擁有相似之操作效果。
第6圖係顯示根據本發明一實施例所述之定位方法之 流程圖。首先開始，在步驟S610中，於一行動裝置和一待測裝置之間建立一無線連線。接著，在步驟S620中，沿一軌跡移動該行動裝置，其中該軌跡包括至少三個不同之量測位置。在步驟S630中，經由該行動裝置，分別量測該待測裝置與該等量測位置之每一者之間之一距離。最後，在步驟S640中，經由該行動裝置，根據該等量測位置和該等距離取得該待測裝置所在之一待測位置。第6圖之實施例之其餘特徵如同之前之實施例所述，因此這些實施例皆可擁有相似之操作效果。
第7圖係顯示根據本發明另一實施例所述之定位系統700之示意圖。第7圖和第1圖相似，兩者之差異在於，定位系統700之一行動裝置720之一無線通訊模組122包括二支天線721、722，其中該等天線721、722之間具有一既定距離。無線通訊模組122更可包括一信號處理模組(未顯示)。無線通訊模組122係藉由該等天線721、722各自與待測裝置110之無線通訊模組112之間建立一無線連線。在本實施例中，行動裝置720係沿一軌跡130移動，而軌跡130包括至少二個不同之量測位置P1、P2。行動裝置720分別使用無線通訊模組122之該等天線721、722以量測待測裝置110與該等量測位置P1、P2之每一者之間之一距離。在一些實施例中，行動裝置720係透過該無線連線，於該等量測位置P1、P2處分別取得二個接收信號強度指示。由於同時使用了二支天線721、722，行動裝置在每一量測位置P1、P2均可取得二個距離。例如，在量測位置P1，可取得天線721和待測裝置110之間之距離d1，以及 天線722和待測裝置110之間之距離d2；而在量測位置P2，可取得天線721和待測裝置110之間之距離d3，以及天線722和待測裝置110之間之距離d4。在本實施例中，行動裝置720僅須在至少二個量測位置P1、P2進行量測，即可用聯立方程式(1)完成定位之目的。在其他實施例中，行動裝置720亦可包括另一無線通訊模組，天線721、722分別位於此二無線通訊模組當中，而此二無線通訊模組可各自更包括一信號處理模組。
第7圖之行動裝置720亦可套用至第4圖之該筆記型電腦。因為有了位於上蓋421中之無線通訊模組122之該等天線721、722，該筆記型電腦可以僅分別於上蓋421與下蓋422之間具有至少二個不同夾角時進行量測，即能取得該等距離d1、d2、d3、d4。第7圖之實施例之其餘特徵如同之前之實施例所述，因此這些實施例皆可擁有相似之操作效果。
本發明可視為在複數個量測位置處分別設置至少三個虛擬天線，故可使用三角定位法來取得一待測裝置之一待測位置。本發明之行動裝置僅需要一或二個無線通訊模組即可定位一待測裝置。因此，本發明不僅降低定位系統之成本，亦增加使用上之便利性。
在本說明書以及申請專利範圍中的序數，例如「第一」、「第二」、「第三」等等，彼此之間並沒有順序上的先後關係，其僅用於標示區分兩個具有相同名字之不同元件。
本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定 本發明的範圍，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100、400、500、700‧‧‧定位系統
110、140、150‧‧‧待測裝置
112、122、142、152‧‧‧無線通訊模組
118、128‧‧‧聲音模組
120、420、720‧‧‧行動裝置
124‧‧‧感測器
126‧‧‧處理器
130、430‧‧‧軌跡
421‧‧‧上蓋
422‧‧‧下蓋
721、722‧‧‧天線
d1、d2、d3、d4‧‧‧距離
P1、P2、P3‧‧‧量測位置
PT‧‧‧待測位置
S1‧‧‧接收信號強度指示
S2‧‧‧聲音信號
θ1、θ2、θ3‧‧‧夾角
第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之定位系統之示意圖；第2A圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置量測本身至待測裝置之間之距離之示意圖；第2B圖係顯示根據本發明另一實施例所述之行動裝置量測本身至待測裝置之間之距離之示意圖；第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之定位系統如何取得待測位置之示意圖；第4圖係顯示根據本發明另一實施例所述之定位系統之示意圖；第5圖係顯示根據本發明一實施例所述之定位系統之示意圖；第6圖係顯示根據本發明一實施例所述之定位方法之流程圖；第7圖係顯示根據本發明另一實施例所述之定位系統之示意圖。
100‧‧‧定位系統
110‧‧‧待測裝置
112、122‧‧‧無線通訊模組
120‧‧‧行動裝置
124‧‧‧感測器
126‧‧‧處理器
130‧‧‧軌跡
d1、d2、d3‧‧‧距離
P1、P2、P3‧‧‧量測位置
PT‧‧‧待測位置

Claims (28)

  1. 一種定位系統，包括：一待測裝置，包括一第一無線通訊模組；以及一行動裝置，包括一第二無線通訊模組、一感測器，以及一處理器；其中該第二無線通訊模組和該第一無線通訊模組之間建立一無線連線；以及其中該行動裝置沿一軌跡移動，該軌跡包括至少三個不同之量測位置，該感測器用於偵測該等量測位置之間之相對關係，該行動裝置分別量測該待測裝置與該等量測位置之每一者之間之一距離，而該處理器係根據該等量測位置和該等距離取得該待測裝置所在之一待測位置。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之定位系統，其中該感測器包括一陀螺儀、一電子羅盤，或是一加速計。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之定位系統，其中該行動裝置透過該無線連線，於該等量測位置分別取得一接收信號強度指示，而該處理器根據該等接收信號強度指示取得該等距離。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之定位系統，其中該無線連線為Wi-Fi Direct連線。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之定位系統，其中該待測裝置更包括一第一聲音模組，該行動裝置更包括一第二聲音模組，藉由於該第一聲音模組和該第二聲音模組之間傳送一聲音信號來量測該等距離。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之定位系統，其中該第 一聲音模組為一揚聲器，而該第二聲音模組為一麥克風。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之定位系統，其中該等距離係根據該聲音信號之一衰減度來進行量測。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之定位系統，其中該處理器係根據下列方程式取得該待測位置： 其中，在一坐標平面上，(x,y)代表該待測位置之坐標，(x 1,y 1)代表一第一量測位置之坐標，(x 2,y 2)代表一第二量測位置之坐標，(x 3,y 3)代表一第三量測位置之坐標，d 1代表該第一量測位置和該待測位置之間之一第一距離，d 2代表該第二量測位置和該待測位置之間之一第二距離，d 3代表該第三量測位置和該待測位置之間之一第三距離。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之定位系統，其中該行動裝置為一筆記型電腦。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之定位系統，其中該筆記型電腦包括一上蓋和一下蓋，該第二無線通訊模組係設置於該上蓋中。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之定位系統，其中當該筆記型電腦正在開啟時，進行量測該等距離。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之定位系統，其中該 等距離係分別於該上蓋與下蓋之間具有至少三個不同夾角時進行量測。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之定位系統，其中該行動裝置為一手機或一平板電腦。
  14. 一種定位方法，包括下列步驟：於一行動裝置和一待測裝置之間建立一無線連線；沿一軌跡移動該行動裝置，其中該軌跡包括至少三個不同之量測位置；經由該行動裝置，分別量測該待測裝置與該等量測位置之每一者之間之一距離；以及經由該行動裝置，根據該等量測位置和該等距離取得該待測裝置所在之一待測位置。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之定位方法，更包括：透過該無線連線於該等量測位置分別取得一接收信號強度指示；以及根據該等接收信號強度指示取得該等距離。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之定位方法，其中該無線連線為Wi-Fi Direct連線。
  17. 如申請專利範圍第14項所述之定位方法，更包括：藉由於該行動裝置和該待測裝置之間傳送一聲音信號來量測該等距離。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之定位方法，其中該等距離係根據該聲音信號之一衰減度來進行量測。
  19. 如申請專利範圍第14項所述之定位方法，其中該待測位置係根據下列方程式而取得： 其中，在一坐標平面上，(x,y)代表該待測位置之坐標，(x 1,y 1)代表一第一量測位置之坐標，(x 2,y 2)代表一第二量測位置之坐標，(x 3,y 3)代表一第三量測位置之坐標，d 1代表該第一量測位置和該待測位置之間之一第一距離，d 2代表該第二量測位置和該待測位置之間之一第二距離，d 3代表該第三量測位置和該待測位置之間之一第三距離。
  20. 一種定位系統，包括：一待測裝置，包括一第一無線通訊模組；以及一行動裝置，包括一第二無線通訊模組、一感測器，以及一處理器，其中該第二無線通訊模組包括一第一天線和一第二天線；其中該第二無線通訊模組藉由該第一天線和該第二天線各自與該第一無線通訊模組之間建立一無線連線；以及其中該行動裝置沿一軌跡移動，該軌跡包括至少二個不同之量測位置，該感測器用於偵測該等量測位置之間之相對關係，該行動裝置分別使用該第二無線通訊模組之該第一天線和該第二天線以量測該待測裝置與該等量測位置之每一者之間之一距離，而該處理器係根據該等量測位置和該等距離取得該待測裝置所在之一待測位置。
  21. 如申請專利範圍第20項所述之定位系統，其中該 感測器包括一陀螺儀、一電子羅盤，或是一加速計。
  22. 如申請專利範圍第20項所述之定位系統，其中該行動裝置透過該無線連線，於該等量測位置分別取得二個接收信號強度指示，而該處理器根據該等接收信號強度指示取得該等距離。
  23. 如申請專利範圍第22項所述之定位系統，其中該無線連線為Wi-Fi Direct連線。
  24. 如申請專利範圍第20項所述之定位系統，其中該行動裝置為一筆記型電腦。
  25. 如申請專利範圍第24項所述之定位系統，其中該筆記型電腦包括一上蓋和一下蓋，該第二無線通訊模組之該第一天線和該第二天線係設置於該上蓋中，且該第一天線和該第二天線之間具有一既定距離。
  26. 如申請專利範圍第25項所述之定位系統，其中當該筆記型電腦正在開啟時，進行量測該等距離。
  27. 如申請專利範圍第26項所述之定位系統，其中該等距離係分別於該上蓋與下蓋之間具有至少二個不同夾角時進行量測。
  28. 如申請專利範圍第20項所述之定位系統，其中該行動裝置為一手機或一平板電腦。
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