TWI637188B - Micro radar antenna and radar positioning method - Google Patents

Abstract

本發明提供一種微型雷達天線及運用該微型雷達天線的一種雷達測位方法。該微型雷達天線係包含一第一雷達天線、一第二雷達天線、一類比減法器及一計算器；該類比減法器係與該第一雷達天線及該第二雷達天線訊號連接，該計算器係與該類比減法器訊號連接。該雷達測位方法利用該類比減法器計算出該第一雷達天線及該第二雷達天線所接收的一訊號波的一相位差，並以一測距測位演算方程式運算出一目標物的一方位夾角與一目標物距離。藉以，本發明僅用兩個雷達天線即可完成該目標物位置的探測，因此降低了使用的空間及架設雷達的費用。

Description

微型雷達天線及雷達測位方法

本發明係與一種雷達天線有關，特別是指一種微型雷達天線及其檢測方法。

請參閱第1圖所示，現行的一雷達系統10係透過複數個雷達天線111所構成的一個二維的雷達天線陣列11來接收一目標物2的一反射回波21，接著再透過該反射回波21的相位相加的方式，疊加每一該雷達天線111的訊號，再於電腦中重建該被測物2的物件圖像。

然而，目前的該雷達系統10因為需要數量龐大的複數個該雷達天線111以構成該二維雷達天線陣列11，且每一個該雷達天線111需以一接線112連接一解調器131，該解調器131並以該接線112與一計算器12形成訊號連接，因此，目前的該雷達系統10往往需要數量龐大的該解調器131，這會造成高昂的建置成本。還有，由於該二維雷達天線陣列11具有數量龐大的該雷達天線111，因此需要大量的該解調器131以構成一解調器陣列13及該計算器12，這會累積了大量的該解調器131的功耗，反而造成了能源的大量消耗。另外，該雷達系統10也需要足夠的空間來置放這些設備，例如需要龐大的建築物才能裝載該雷達系統10，此造成了該雷達系統10使用上的體積限制。

再來，目前的該雷達系統10讀取該反射回波21的相位差的方法，係將該雷達系統10中的兩個不同位置的該雷達天線111各別偵測該反射回波21(例如正弦波)及其相位，再將兩個正弦波的相位之兩個驅動點間依時間值來進行積分，例如以傅立葉轉換或陣列加總的方式進行積分，以取得兩個正弦波的相位差。而就目前透過傅立葉轉換或陣列加總的方式進行積分方法之相位差的量測方式而言，存在以下缺點：(1)如果取樣時所使用的該二維雷達天線陣列11中的該雷達天線111的數量較少，則經解析後的結果會有精度不足的問題，這容易導致對該目標物位置的誤判；(2)若要取得較精確的量測結果，相對地就需要較大的該雷達天線111的數量，也因此導致需要計算的數據量大增，這反而會導致完成計算所需的反應時間過長而無法及時反映出該目標物的位置，尤其當該目標物為移動的目標時，更無法提供一較佳的測量結果；(3)如果要提高計算效率，就需要使用高頻的驅動元件，由於高頻的驅動元件及線路更耗能且更昂貴，又進一步增加了該雷達系統10的成本及耗能。因此，目前的該雷達系統透過傅立葉轉換或陣列加總的方式進行積分讀相位差的方法，呈現出前述的成本與精度不可兼得的缺點，甚至有可能需要線路複雜、高成本及高耗能的高頻驅動元件。

另外，若為了提高量測結果的精度，而將該雷達系統10中的兩個不同位置的該雷達天線111改以兩個不同指向的指向型天線以量測該反射回波21的角度，則此量測方法的精度則會受限於兩個指向型天線之間的夾角。若兩個指向型天線之間的夾角太大，則會導致量測結果同樣面臨的精度不足的問題，這同樣容易導致對該目標物位置的誤判；若兩個指向型天線之間的夾角太小，則可測角度也隨之而變小，於小夾角的狀況下若要有較大的角度量測範圍，則必須設置更多組的指向型天線，這使得成本反而更為增加。因此，即使將該雷達天線改為指向型天線，在目前透過積分方式讀相位差的方法之下，依然呈現出前述的成本與精度不可兼得的缺點。

有鑑於此，本發明之主要目的即在提供具有較小體積、線路及結構簡單、兼具取樣時間短及偵測精確之一種微型雷達天線及一種雷達測位方法，並能夠以較低速的驅動元件即能達到所需的偵測效果，且具有低成本的優勢。因此能夠大大地減化雷達硬體系統，並且達到微型化及省能耗的效果，可應用於各種需要小體積、重量輕、低成本、或低秏能才能進入的新應用及新市場。

本發明之該微型雷達天線，其係適用於偵測一目標物，該微形雷達天線至少包含：一訊號源、一第一雷達天線、一第二雷達天線、一類比減法器及一計算器；其中，該訊號源，其係能夠發射一偵測訊號波，該目標物反射該偵測訊號波並產生一反射訊號波；該偵測訊號波及該反射訊號波係具有相同之一波長；該第一雷達天線係能夠接收該反射訊號波並將該反射訊號波轉變成一第一相位波訊號；該第二雷達天線係能夠接收該反射訊號波並將該反射訊號波轉變成一第二相位波訊號；該第一雷達天線與該第二雷達天線的連線係形成一天線連線，該天線連線的中心點係為一天線連線中心；以及，該天線連線的長度係為一天線距離；該類比減法器係與該第一雷達天線及該第二雷達天線訊號連接，該類比減法器係能夠計算該第一相位波訊號與該第二相位波訊號的一相位差及一相位差訊號；該計算器係與該類比減法器訊號連接，該計算器係能夠將該類比減法器之該相位差或該相位差訊號以一測距測位演算方程式運算出該目標物與該天線連線中心之一目標物距離，以及運算出該目標物與該天線連線中心所形成之一方位連線及該天線連線所相交形成之一方位夾角。

依據上述技術特徵，該類比減法器係包含有一高速類比放大器及一高速反向類比放大器，該第一相位波訊號係輸入該高速類比放大器，該第二雷達天線之該第二相位波訊號係輸入該高速反向類比放大器；該第一相位波訊號及該第二相位波訊號經由該類比減法器運算後產生該相位差訊號及該相位差。

依據上述技術特徵，該訊號源係位於該天線連線中心，且該訊號源係與該計算器訊號連接。

依據上述技術特徵，該微型雷達天線更包含一第三雷達天線及一另一類比減法器，該另一類比減法器係與該第一雷達天線及該第三雷達天線訊號連接，該計算器係與該另一類比減法器訊號連接。

本發明之該雷達測位方法係適用於偵測至少一目標物並採用前述之該微型雷達天線。該微型雷達天線係包含該第一雷達天線、該第二雷達天線、該類比減法器及該計算器；其中，該類比減法器係與該第一雷達天線及該第二雷達天線訊號連接，該計算器係與該類比減法器訊號連接；以及，該第一雷達天線與該第二雷達天線的連線係形成該天線連線，該天線連線的長度係為該天線距離，該天線連線的中心點係為該天線連線中心；該雷達測位方法至少包含以下依序步驟： 一天線接收步驟：該第一雷達天線接收來自該目標物之一訊號波，該訊號波為該反射訊號波，該第一雷達天線並將該訊號波轉變成該第一相位波訊號，該第二雷達天線接收該訊號波並將該訊號波轉變成該第二相位波訊號，該訊號波具有該波長； 一計算相位差步驟：以該類比減法器計算出該第一相位波訊號與該第二相位波訊號的該相位差及該相位差訊號； 一測位步驟：以該計算器將該類比減法器之該相位差或該相位差訊號以一測距測位演算方程式運算出該目標物與該天線連線中心所形成之該方位連線及該天線連線所相交形成之該方位夾角。

依據上述技術特徵，該測位步驟係進一步以該計算器，依據一回波時間，運算出該目標物與該天線連線中心之該目標物距離。

依據上述技術特徵，該微型雷達天線係更包含該訊號源，該雷達測位方法係於該天線接收步驟之前具有一發射訊號步驟：以該訊號源發射一偵測訊號波，該目標物反射該偵測訊號波並產生該訊號波。

依據上述技術特徵，該雷達測位方法於該測位步驟的後續更包含一推測位置步驟：以該天線連線中心為一虛擬直角三角形的一斜邊之一第一頂點，該斜邊之一第二頂點與該天線連線中心的連線形成該斜邊，以該目標物距離為該斜邊的長度，以該方位夾角為該斜邊與該天線連線的夾角，以該天線連線為旋轉軸並旋轉360度而於三維空間形成一虛擬圓錐體；該虛擬圓錐體的底面係為一虛擬圓形平面，該虛擬圓形平面之邊緣形成一虛擬圓，該虛擬圓與一地面係相交形成一第一交點及一第二交點；該虛擬圓具一圓心，該虛擬直角三角形之三個頂點係分別為該天線連線中心、該第二頂點及該圓心，其中該虛擬直角三角形之直角係位於該圓心處。

依據上述技術特徵，該雷達測位方法於該推測位置步驟的後續更包含一確定位置步驟：以該訊號源朝該第一交點發射該偵測訊號波，若該第一雷達天線或該第二雷達天線接收到該訊號波則判定該目標物係位於該第一交點，若該第一雷達天線或該第二雷達天線無接收到該訊號波則判定該目標物係位於該第二交點。

依據上述技術特徵，該目標物係具有相對於該訊號源的一相對位置，該相對位置包含該方位夾角及該目標物距離；該訊號源係具有一訊號源絕對位置，結合該訊號源絕對位置及該相對位置經過計算後計算出該目標物的一目標物絕對位置。

依據上述技術特徵，該目標物具有一目標物通訊單元以接收該目標物絕對位置的資訊。

依據上述技術特徵，該微型雷達天線具有一天線通訊單元以傳送該目標物絕對位置的資訊至該目標物通訊單元。

依據上述技術特徵，該微型雷達天線包含一圖形顯示裝置，該訊號源絕對位置、該目標物絕對位置與該圖形顯示裝置結合後經過計算並於該圖形顯示裝置上顯示出該訊號源及該目標物於一地圖上的位置。

依據上述技術特徵，該目標物包含該圖形顯示裝置，該目標物經由該通訊單元接收該目標物絕對位置的資訊，並於該圖形顯示裝置上顯示出該目標物於該地圖上的位置。

依據上述技術特徵，該雷達測位方法係適用於偵測兩個該目標物，透過該雷達測位方法測得各該相對位置，並將此兩個該相對位置經過計算後計算出兩個該目標物之間的一目標物間相對關係。

依據上述技術特徵，該微型雷達天線透過該天線通訊單元將該目標物間相對關係傳送至各該目標物的該目標物通訊單元，並於其中一個該目標物的該圖形顯示裝置上顯示出另一個該目標物於一地圖上的位置。

本發明所提供之該微型雷達天線及該雷達測位方法，其僅需透過兩個雷達天線(該第一雷達天線及該第二雷達天線)及該類比減法器與該計算器的運算後，即可得知該目標物的位置，因此本發明可以大幅降低雷達天線的設置成本及空間。

請參閱第2圖所示，其係為本發明一種微型雷達天線之裝置示意圖。該微型雷達天線，其係適用於偵測一目標物30，該微型雷達天線包含：一訊號源20、一第一雷達天線401、一第二雷達天線402、一類比減法器50及一計算器60；其中：

該訊號源20，其係能夠發射一偵測訊號波201，該目標物30反射該偵測訊號波201並產生一反射訊號波301；該偵測訊號波201及該反射訊號波301係具有相同之一波長λ。

該第一雷達天線401係能夠接收該反射訊號波301並將該反射訊號波301轉變成一第一相位波訊號Va；該第二雷達天線402係能夠接收該反射訊號波301並將該反射訊號波301轉變成一第二相位波訊號Vb；該第一雷達天線401與該第二雷達天線402的連線係形成一天線連線A，該天線連線A的中心點係為一天線連線中心B；以及，該天線連線A的長度係為一天線距離 ；亦即，該第一雷達天線401與該第二雷達天線402的距離係為該天線距離 。

該類比減法器50係與該第一雷達天線401及該第二雷達天線402訊號連接，該類比減法器50係能夠計算該第一相位波訊號Va與該第二相位波訊號Vb的一相位差 及一相位差訊號Vc，該相位差 所產生之電壓差即為該相位差訊號Vc。

該計算器60係與該類比減法器50訊號連接，該計算器60係能夠將該類比減法器50之該相位差 或該相位差訊號Vc以一測距測位演算方程式合併一回波時間資訊來運算出該目標物30與該天線連線中心B之一目標物距離L(測距)，以及運算出該目標物30與該天線連線中心B所形成之一方位連線C及該天線連線A所相交形成之一方位夾角θ(測位)。

該類比減法器50之電路示意圖如第3圖所示，該類比減法器50係包含有一高速類比放大器51及一高速反向類比放大器52，其詳細電路圖分別如第4圖及第5圖所示。例如，來自該第一雷達天線401之該第一相位波訊號Va係輸入該高速類比放大器51，而來自該第二雷達天線402之該第二相位波訊號Vb係輸入該高速反向類比放大器52；該第一相位波訊號Va及該第二相位波訊號Vb經由該類比減法器50之電路運算後產生該相位差訊號Vc及該相位差 ，該相位差訊號Vc係為電壓差。

前述測距測位演算方程式係包含如下公式(1)所示： 公式(1) ， 其中，λ為該波長(λ)且λ係大於零， 為該相位差( 且 係大於零， 為該天線距離 ) 且 係大於零， 為圓周率，θ為該方位夾角(θ)； 表示該波長λ乘以該相位差 ， 表示該天線距離 乘以常數 ， 為圓周率。因此，該方位連線C及該天線連線A所相交形成之該方位夾角θ係可被運算而得知。

較佳地，如第2圖所示該訊號源20係位於該天線連線中心B，且該訊號源20係與該計算器60訊號連接。該計算器60係進行以下運算，當該訊號源20發射該偵測訊號波201至該第一雷達天線401或該第二雷達天線402接收到該反射訊號波301係分別形成一時間差，將該波長λ各自乘以該時間差除以2即分別為該第一雷達天線401與該目標物30的距離或該第二雷達天線402與該目標物30的距離。該計算器60更將該第一雷達天線401與該目標物30的距離加上該第二雷達天線402與該目標物30的距離之後除以2，即為該目標物30與該天線連線中心B之該目標物距離L。因此，該目標物30與該天線連線中心B之該目標物距離L係可被運算而得知。

請參閱第6圖，係為本發明之該第一相位波訊號、該第二相位波訊號及該相位差訊號擷取之數據圖。該第一雷達天線401之該第一相位波訊號Va係輸入該高速類比放大器51，而來自該第二雷達天線402之該第二相位波訊號Vb係輸入該高速反向類比放大器52；該第一相位波訊號Va及該第二相位波訊號Vb經由該類比減法器50之電路運算後產生該相位差訊號Vc及該相位差 。因此，以該類比減法器50快速讀該第一相位波訊號Va與該第二相位波訊號Vb之間即時的該相位差 ，即可讀得即時的該相位差訊號Vc。

由於該相位差訊號Vc係可被即時讀取，因此本發明之該微型雷達天線係可即時且精確地提供該方位夾角θ及該目標物距離L，故而兼具取樣時間短(偵測時間短)及偵測精確之功效，改善了傳統雷達系統透過積分方式讀相位差之速度與精度不可兼得的缺點。另外，藉由本發明之該微型雷達天線，係可測得該目標物30與該天線連線中心B之該目標物距離L及該方位連線C及該天線連線A所相交形成之該方位夾角θ。相較於傳統的需要數量龐大的雷達天線之雷達天線陣列及數量龐大的線路而言，本發明之該微型雷達天線僅需二個雷達天線(該第一雷達天線401及該第二雷達天線402)即可進行該目標物30的距離及方位之有效偵測，因此本發明之該微型雷達天線具有較小體積、線路及結構簡單的功效；另外，由於本發明之該微型雷達天線僅需二個雷達天線，因此並不需要搭配傳統雷達系統因數量龐大的雷達天線而所需之高功率的解調及計算器，本發明之該微型雷達天線卻僅需要較低速的驅動元件(該類比減法器50及該計算器60)即能達到所需的偵測效果，因此具有低成本的功效。

值得注意的發現是，由於本發明之該微型雷達天線係採用該類比減法器50，請參閱第7圖，當有高頻雜訊參雜於該第一相位波訊號Va及該第二相位波訊號Vb的狀況下，例如該第一相位波訊號Va及該第二相位波訊號Vb之頻率為50MHz而雜訊為100MHz(亦即2倍頻的雜訊)，此該類比減法器50在高頻雜訊時依然可以讀得即時的該相位差 以及即時的該相位差訊號Vc。先前技術區段所言之傳統雷達系統係透過積分方式讀取相位差，此種積分方式會因為雜訊的出現而不斷地將雜訊累積積分，因此雜訊太大時並無法將雜訊消除，導致雜訊掩蓋了反射回波而無法取得相位差，也因而造成傳統雷達系統於有雜訊的狀況下(例如，刻意的雜訊干擾下) 無法得到目標物的精確距離與方位。本發明之該微型雷達天線係採用該類比減法器50，其恰係將參雜在該第一相位波訊號Va的雜訊及參雜在該第二相位波訊號Vb的雜訊以減法方式相抵扣，亦即恰將雜訊的干擾消除；因此，即使在高頻雜訊時，此高頻雜訊也會被以減法方式相扣除，因而留下精確且即時的該相位差 以及即時的該相位差訊號Vc。故本發明之該微型雷達天線採用了該類比減法器50，因而即使於高頻雜訊時亦可即時且精確地提供該方位夾角θ及該目標物距離L，亦即兼具取樣時間短(偵測時間短)及偵測精確之功效，改善了傳統雷達系統透過積分方式讀相位差之速度與精度不可兼得的缺點。

請一併參閱第8圖，本發明之該微型雷達天線於運作時另提供一雷達測位方法，該雷達測位方法係適用於偵測該目標物30並採用該微型雷達天線，該微型雷達天線係包含該第一雷達天線401、該第二雷達天線402、該類比減法器50及該計算器60；其中，該類比減法器50係與該第一雷達天線401及該第二雷達天線402訊號連接，該計算器60係與該類比減法器50訊號連接；以及，該第一雷達天線401與該第二雷達天線402的連線係形成該天線連線A，該天線連線A的中心點係為該天線連線中心B；該雷達測位方法至少包含以下依序步驟：

一天線接收步驟S02：該第一雷達天線401接收來自該目標物30之一訊號波(例如前述之該反射訊號波301)並將該訊號波轉變成該第一相位波訊號Va，該第二雷達天線402接收該訊號波並將該訊號波轉變成該第二相位波訊號Vb，該訊號波具有該波長λ。

一計算相位差步驟S03：以該類比減法器50計算出該第一相位波訊號Va與該第二相位波訊號Vb的該相位差 及該相位差訊號Vc，該相位差 所產生之電壓差即為該相位差訊號Vc。

一測位步驟S04：以該計算器60將該類比減法器50之該相位差 或該相位差訊號Vc以該測距測位演算方程式運算出該目標物30與該天線連線中心B所形成之該方位連線C及該天線連線A所相交形成之該方位夾角θ。

當然，該測位步驟S04係可進一步以該計算器60，合併該回波時間資訊，運算出該目標物30與該天線連線中心B之該目標物距離L。

前述該雷達測位方法尤其適合運用在該目標物30可主動發射該訊號波的狀況下，例如該目標物30於收到該訊號源20發射之該偵測信號波201之後，該目標物30主動發射用於量測用之該訊號波。而當該目標物30無法主動發射該訊號波的情況時，該微型雷達天線係更包含該訊號源20，該雷達測位方法係可於實施該天線接收步驟S02之前新增一發射訊號步驟S01：以該訊號源20發射該偵測訊號波201，該目標物30反射該偵測訊號波201並產生該訊號波，請參閱第9圖所示。

為供進一步瞭解本發明構造特徵，運用手段技術及所預期達成之功效，茲將本發明使用方式加以敘述，相信當可由此而對本發明有更深入且具體之瞭解，如下所述。

運用前述該雷達測位方法及該微型雷達天線進行量測該目標物30的方式，請參閱第10圖及第11圖所示，該第一雷達天線401及該第二雷達天線402係設置於飛行中的航空器，或者該第一雷達天線401及該第二雷達天線402係設置於山頂，該目標物30係為停在山腳下一地面G的機場跑道的飛機。當依前述雷達測位方法測得該方位夾角θ及該目標物距離L時，該雷達測位方法於該測位步驟S04的後續更包含一推測位置步驟S05：以該天線連線中心B為一虛擬直角三角形的一斜邊之一第一頂點，該斜邊之一第二頂點B1與該天線連線中心B的連線形成該斜邊，以該目標物距離L為該斜邊的長度，以該方位夾角θ為該斜邊與該天線連線A的夾角，以該天線連線A為旋轉軸並旋轉360度而於三維空間形成一虛擬圓錐體D；該虛擬圓錐體的底面係為一虛擬圓形平面D1，該虛擬圓形平面D1之邊緣形成一虛擬圓D11，該虛擬圓D11與該地面G係相交形成一第一交點P1及一第二交點P2，該目標物30係位於該第一交點P1或該第二交點P2。該虛擬圓D11具一圓心D111，該虛擬直角三角形之三個頂點係分別為該天線連線中心B、該第二頂點B1及該圓心D111，其中該虛擬直角三角形之直角係位於該圓心D111處。

為了確認該目標物30的確實位置，該雷達測位方法於該推測位置步驟S05的後續更包含一確定位置步驟S06，該確定位置步驟S06係選自下列方式其中之一：

(1) 以該訊號源20朝該第一交點P1發射該偵測訊號波201，若該第一雷達天線401或該第二雷達天線402接收到該訊號波則判定該目標物30係位於該第一交點P1，若該第一雷達天線401或該第二雷達天線402無接收到該訊號波則判定該目標物30係位於該第二交點P2；或

(2) 以具方向性之該第一雷達天線401或該第二雷達天線402朝向該第一交點P1，若該第一雷達天線401或該第二雷達天線402接收到該訊號波則判定該目標物30係位於該第一交點P1，若該第一雷達天線401或該第二雷達天線402無接收到該訊號波則判定該目標物30係位於該第二交點P2；或

(3) 改變該第一雷達天線401與該第二雷達天線402的相對一新位置N(例如該第一雷達天線401及該第二雷達天線402係設置於山頂)，或不改變該第一雷達天線401與該第二雷達天線402的相對位置但是同時改變該第一雷達天線401與該第二雷達天線402至空間中的該新位置N(例如該第一雷達天線401及該第二雷達天線402係設置於飛行中的航空器)，然後再一次依序進行對應的該天線接收步驟S02、該計算相位差步驟S03、該測位步驟S04及該推測位置步驟S05以取得該新位置N之與該第一交點P1對應並與該地面G係相交形成之一新第一交點P1’及與該第二交點P2對應並與該地面G係相交形成之一新第二交點P2’， 該目標物30係位於該第一交點P1、該新第一交點P1’、該第二交點P2及該新第二交點P2’有重疊的位置，請參閱第12圖，該目標物30係位於該第一交點P1與該新第二交點P2’重疊的位置；或

(4) 該微型雷達天線更包含一第三雷達天線403及一另一類比減法器54，該另一類比減法器54係與該第一雷達天線401及該第三雷達天線403訊號連接，該計算器60係與該另一類比減法器54訊號連接；該第一雷達天線401與該第三雷達天線403依序進行對應的該天線接收步驟S02、該計算相位差步驟S03、該測位步驟S04及該推測位置步驟S05以取得與該地面G係相交形成一第三交點P3及一第四交點P4，該目標物30係位於該第一交點P1、該新第二交點P2’、該第三交點P3及該第四交點P4有重疊的位置，請參閱第13圖，該目標物30係位於該第一交點P1與該第四交點P4重疊的位置。較佳地，該第一雷達天線401、該第二雷達天線402及該第三雷達天線403係不在同一條直線上。

因此，本發明之該微型雷達天線透過該雷達測位方法之該天線接收步驟S02、該計算相位差步驟S03、該測位步驟S04、該推測位置步驟S05及該確定位置步驟S06，即可精確且即時測得該目標物30相對於該訊號源20的一相對位置，該相對位置包含該方位夾角θ及該目標物距離L。

該訊號源20係具有一訊號源絕對位置，例如該訊號源絕對位置係為地球的一經度座標及一緯度座標，當該訊號源絕對位置為已知時，再加上藉由本發明之該微型雷達天線及該雷達測位方法所測得之該目標物30相對於該訊號源20的該相對位置，接著結合該訊號源絕對位置及該相對位置經過計算後即可計算出該目標物30的一目標物絕對位置。甚至，該目標物30可具有一目標物通訊單元(圖未繪出)以接收該目標物絕對位置的資訊，使該目標物30能夠明確得知自身於地球上的該目標物絕對位置。當然，該微型雷達天線可具有一天線通訊單元(圖未繪出)以傳送該目標物絕對位置的資訊至該目標物通訊單元。

該微型雷達天線更可包含一圖形顯示裝置(圖未繪出)，該圖形顯示裝置係可顯示分布圖、地理圖、地形圖或街道圖，例如網站或應用程式的Google地圖。將該訊號源絕對位置、該目標物絕對位置與該圖形顯示裝置結合後經過計算即可於該圖形顯示裝置上顯示出該訊號源20及該目標物30於一地圖上的位置，例如於網站或應用程式的Google地圖上標示出該訊號源20及該目標物30。當然，該目標物30亦可包含該圖形顯示裝置，因此該目標物30經由該通訊單元接收該目標物絕對位置的資訊，並於該圖形顯示裝置上顯示出該目標物30於該地圖上的位置。

當有兩個該目標物30位於該微型雷達天線的偵測範圍內時，則可透過該雷達測位方法測得各該相對位置，並將此兩個該相對位置經過計算後即可計算出兩個該目標物30之間的一目標物間相對關係。接著，該微型雷達天線透過該天線通訊單元將該目標物間相對關係傳送至各該目標物30的該目標物通訊單元，並於各別該目標物30的該圖形顯示裝置上顯示出另一個該目標物30於地圖上的位置。

綜上所述，本發明所提供之該微型雷達天線僅需二個雷達天線，其與傳統雷達系統相比較則可降低雷達天線的使用數量，因此可以達成微型化的設置，並可降低成本及節省電力。另外，本發明之該微型雷達天線採用了該類比減法器，因而兼具偵測時間短及偵測精確之功效，改善了傳統雷達系統透過積分方式讀相位差之速度與精度不可兼得的缺點。

上述所揭示之圖示及說明，僅為本發明之較佳實施例，非為限定本發明之保護範圍；大凡熟悉該項技藝之人士，其所依本發明之特徵範疇，所作之其它等效變化或修飾，皆應視為不脫離本發明之設計範疇。

〔習知〕

10‧‧‧雷達系統

11‧‧‧雷達天線陣列

111‧‧‧雷達天線

112‧‧‧接線

12‧‧‧計算器

13‧‧‧解調器陣列

131‧‧‧解調器

2‧‧‧目標物

21‧‧‧反射回波

〔本發明〕

20‧‧‧訊號源

201‧‧‧偵測訊號波

30‧‧‧目標物

301‧‧‧反射訊號波

401‧‧‧第一雷達天線

402‧‧‧第二雷達天線

403‧‧‧第三雷達天線

50‧‧‧類比減法器

51‧‧‧高速類比放大器

52‧‧‧高速反向類比放大器

54‧‧‧另一類比減法器

60‧‧‧計算器

A‧‧‧天線連線

B‧‧‧天線連線中心

B1‧‧‧第二頂點

C‧‧‧方位連線

D‧‧‧虛擬圓錐體

D1‧‧‧虛擬圓形平面

D11‧‧‧虛擬圓

D111‧‧‧圓心

G‧‧‧地面

L‧‧‧目標物距離

N‧‧‧新位置

P1‧‧‧第一交點

P1’‧‧‧新第一交點

P2‧‧‧第二交點

P2’‧‧‧新第二交點

P3‧‧‧第三交點

P4‧‧‧第四交點

S01‧‧‧發射訊號步驟

S02‧‧‧天線接收步驟

S03‧‧‧計算相位差步驟

S04‧‧‧測位步驟

S05‧‧‧推測位置步驟

S06‧‧‧確定位置步驟

Va‧‧‧第一相位波訊號

Vb‧‧‧第二相位波訊號

Vc‧‧‧相位差訊號

‧‧‧天線距離

λ‧‧‧波長

θ‧‧‧方位夾角

‧‧‧相位差

第1圖係習知雷達系統示意圖。 第2圖係本發明之裝置示意圖。 第3圖係本發明之類比減法器電路圖。 第4圖係本發明之高速放大器電路圖。 第5圖係本發明之高速反向放大器電路圖 第6圖係本發明之第一相位波訊號、第二相位波訊號及相位差訊號擷取之數據圖。 第7圖係本發明之有高頻雜訊參雜下第一相位波訊號、第二相位波訊號及相位差訊號擷取之數據圖。 第8圖係本發明之雷達測位方法之步驟流程圖(一)。 第9圖係本發明之雷達測位方法之步驟流程圖(二)。 第10圖係本發明進行量測目標物之第一實施例示意圖。 第11圖係本發明之雷達測位方法之步驟流程圖(三)。 第12圖係本發明進行量測目標物之第二實施例示意圖。 第13圖係本發明進行量測目標物之第三實施例示意圖。

Claims (20)

1. 一種微型雷達天線，其係適用於偵測一目標物(30)，該微型雷達天線至少包含：一訊號源(20)、一第一雷達天線(401)、一第二雷達天線(402)、一類比減法器(50)及一計算器(60)；其中，該訊號源(20)，其係能夠發射一偵測訊號波(201)，該目標物(30)反射該偵測訊號波(201)並產生一反射訊號波(301)；該偵測訊號波(201)及該反射訊號波(301)係具有相同之一波長(λ)；該第一雷達天線(401)係能夠接收該反射訊號波(301)並將該反射訊號波(301)轉變成一第一相位波訊號(Va)；該第二雷達天線(402)係能夠接收該反射訊號波(301)並將該反射訊號波(301)轉變成一第二相位波訊號(Vb)；該第一雷達天線(401)與該第二雷達天線(402)的連線係形成一天線連線(A)，該天線連線(A)的中心點係為一天線連線中心(B)；以及，該天線連線(A)的長度係為一天線距離(ι)；該類比減法器(50)係與該第一雷達天線(401)及該第二雷達天線(402)訊號連接，該類比減法器(50)係能夠計算該第一相位波訊號(Va)與該第二相位波訊號(Vb)的一相位差(△ψ)及一相位差訊號(Vc)；該計算器(60)係與該類比減法器(50)訊號連接，該計算器(60)係能夠將該類比減法器(50)之該相位差(△ψ)或該相位差訊號(Vc)以一測距測位演算方程式運算出該目標物(30)與該天線連線中心(B)之一目標物距離(L)，以及運算出該目標物(30)與該天線連線中心(B)所形成之一方位連線(C)及該天線連線(A)所相交形成之一方位夾角(θ)；其中，該測距測位演算方程式係包含如下公式(1)所示： 其中，λ為該波長(λ)且λ係大於零，△ψ為該相位差(△ψ)且△ψ係大於零，ι為該天線距離(ι)且ι係大於零，π為圓周率，θ為該方位夾角(θ)。
2. 如申請專利範圍第1項所述之微型雷達天線，其中，該類比減法器(50)係包含有一高速類比放大器(51)及一高速反向類比放大器(52)，該第一相位波訊號(Va)係輸入該高速類比放大器(51)，該第二雷達天線(402)之該第二相位波訊號(Vb)係輸入該高速反向類比放大器(52)；該第一相位波訊號(Va)及該第二相位波訊號(Vb)經由該類比減法器(50)運算後產生該相位差訊號(Vc)及該相位差(△ψ)。
3. 如申請專利範圍第1項所述之微型雷達天線，其中，該訊號源(20)係位於該天線連線中心(B)，且該訊號源(20)係與該計算器(60)訊號連接。
4. 如申請專利範圍第1項所述之微型雷達天線，其中，該微型雷達天線更包含一第三雷達天線(403)及一另一類比減法器(54)，該另一類比減法器(54)係與該第一雷達天線(401)及該第三雷達天線(403)訊號連接，該計算器(60)係與該另一類比減法器(54)訊號連接。
5. 一種雷達測位方法，該雷達測位方法係適用於偵測至少一目標物(30)並採用一微型雷達天線，該微型雷達天線係包含一第一雷達天線(401)、一第二雷達天線(402)、一類比減法器(50)及一計算器(60)；其中，該類比減法器(50)係與該第一雷達天線(401)及該第二雷達天線(402)訊號連接，該計算器(60)係與該類比減法器(50)訊號連接；以及，該第一雷達天線(401)與該第二雷達天線(402)的連線係形成一天線連線(A)，該天線連線(A)的長度係為一天線距離(ι)，該天 線連線(A)的中心點係為一天線連線中心(B)；該雷達測位方法至少包含以下依序步驟：一天線接收步驟(S02)：該第一雷達天線(401)接收來自該目標物(30)之一訊號波並將該訊號波轉變成一第一相位波訊號(Va)，該第二雷達天線(402)接收該訊號波並將該訊號波轉變成一第二相位波訊號(Vb)，該訊號波具有一波長(λ)；一計算相位差步驟(S03)：以該類比減法器(50)計算出該第一相位波訊號(Va)與該第二相位波訊號(Vb)的一相位差(△ψ)及一相位差訊號(Vc)；一測位步驟(S04)：以該計算器(60)將該類比減法器(50)之該相位差(△ψ)或該相位差訊號(Vc)以一測距測位演算方程式運算出該目標物(30)與該天線連線中心(B)所形成之一方位連線(C)及該天線連線(A)所相交形成之一方位夾角(θ)；其中，該測距測位演算方程式係包含如下公式(1)所示： 其中，λ為該波長(λ)且λ係大於零，△ψ為該相位差(△ψ)且△ψ係大於零，ι為該天線距離(ι)且ι係大於零，π為圓周率，θ為該方位夾角(θ)。
6. 如申請專利範圍第5項所述之雷達測位方法，其中，該測位步驟(S04)係進一步以該計算器(60)運算出該目標物(30)與該天線連線中心(B)之一目標物距離(L)。
7. 如申請專利範圍第6項所述之雷達測位方法，其中，該微型雷達天線係更包含一訊號源(20)，該雷達測位方法係於該天線接收步驟(S02)之前具有一發射訊號步驟(S01)：以該訊號源(20)發射一偵測訊號波(201)，該目標物(30)反射該偵測訊號波(201)並產生該訊號波。
8. 如申請專利範圍第7項所述之雷達測位方法，其中，該雷達測位方法於該測位步驟(S04)的後續更包含一推測位置步驟(S05)：以該天線連線中心(B)為一虛擬直角三角形的一斜邊之一第一頂點，該斜邊之一第二頂點(B1)與該天線連線中心(B)的連線形成該斜邊，以該目標物距離(L)為該斜邊的長度，以該方位夾角(θ)為該斜邊與該天線連線(A)的夾角，以該天線連線(A)為旋轉軸並旋轉360度而於三維空間形成一虛擬圓錐體(D)；該虛擬圓錐體(D)的底面係為一虛擬圓形平面(D1)，該虛擬圓形平面(D1)之邊緣形成一虛擬圓(D11)，該虛擬圓(D11)與一地面(G)係相交形成一第一交點(P1)及一第二交點(P2)；該虛擬圓(D11)具一圓心(D111)，該虛擬直角三角形之三個頂點係分別為該天線連線中心(B)、該第二頂點(B1)及該圓心(D111)，其中該虛擬直角三角形之直角係位於該圓心(D111)處。
9. 如申請專利範圍第8項所述之雷達測位方法，其中，該雷達測位方法於該推測位置步驟(S05)的後續更包含一確定位置步驟(S06)：以該訊號源(20)朝該第一交點(P1)發射該偵測訊號波(201)，若該第一雷達天線(401)或該第二雷達天線(402)接收到該訊號波則判定該目標物(30)係位於該第一交點(P1)，若該第一雷達天線(401)或該第二雷達天線(402)無接收到該訊號波則判定該目標物(30)係位於該第二交點(P2)。
10. 如申請專利範圍第8項所述之雷達測位方法，其中，該雷達測位方法於該推測位置步驟(S05)的後續更包含一確定位置步驟(S06)：以該第一雷達天線(401)或該第二雷達天線(402)朝向該第一交點(P1)，若該第一雷達天線(401)或該第二雷達天線(402)接收到該訊號波則判定該目標物(30)係位於該第一交點 (P1)，若該第一雷達天線(401)或該第二雷達天線(402)無接收到該訊號波則判定該目標物(30)係位於該第二交點(P2)。
11. 如申請專利範圍第8項所述之雷達測位方法，其中，該雷達測位方法於該推測位置步驟(S05)的後續更包含一確定位置步驟(S06)：改變該第一雷達天線(401)與該第二雷達天線(402)的相對一新位置(N)，然後再一次依序進行對應的該天線接收步驟(S02)、該計算相位差步驟(S03)、該測位步驟(S04)及該推測位置步驟(S05)以取得該新位置(N)之與該第一交點(P1)對應並與該地面(G)係相交形成之一新第一交點(P1’)及與該第二交點(P2)對應並與該地面(G)係相交形成之一新第二交點(P2’)，該目標物(30)係位於該第一交點(P1)、該新第一交點(P1’)、該第二交點(P2)及該新第二交點(P2’)有重疊的位置。
12. 如申請專利範圍第8項所述之雷達測位方法，其中，該雷達測位方法於該推測位置步驟(S05)的後續更包含一確定位置步驟(S06)：不改變該第一雷達天線(401)與該第二雷達天線(402)的相對位置但是同時改變該第一雷達天線(401)與該第二雷達天線(402)至空間中的一新位置(N)，然後再一次依序進行對應的該天線接收步驟(S02)、該計算相位差步驟(S03)、該測位步驟(S04)及該推測位置步驟(S05)以取得該新位置(N)之與該第一交點(P1)對應並與該地面(G)係相交形成之一新第一交點(P1’)及與該第二交點(P2)對應並與該地面(G)係相交形成之一新第二交點(P2’)，該目標物(30)係位於該第一交點(P1)、該新第一交點(P1’)、該第二交點(P2)及該新第二交點(P2’)有重疊的位置。
13. 如申請專利範圍第8項所述之雷達測位方法，其中，該雷達測位方法於該推測位置步驟(S05)的後續更包含一確定位置步驟(S06)：該微型雷達天線更包含一第三雷達天線(403)及一另一類比減法器(54)，該另一類比減法器(54) 係與該第一雷達天線(401)及該第三雷達天線(403)訊號連接，該計算器(60)係與該另一類比減法器(54)訊號連接；該第一雷達天線(401)與該第三雷達天線(403)依序進行對應的該天線接收步驟(S02)、該計算相位差步驟(S03)、該測位步驟(S04)及該推測位置步驟(S05)以取得與該地面(G)係相交形成一第三交點(P3)及一第四交點(P4)，該目標物(30)係位於該第一交點(P1)、該新第二交點(P2’)、該第三交點(P3)及該第四交點(P4)有重疊的位置。
14. 如申請專利範圍第9項至第13項中任一項所述之雷達測位方法，其中，該目標物(30)係具有相對於該訊號源(20)的一相對位置，該相對位置包含該方位夾角(θ)及該目標物距離(L)；該訊號源(20)係具有一訊號源絕對位置，結合該訊號源絕對位置及該相對位置經過計算後計算出該目標物(30)的一目標物絕對位置。
15. 如申請專利範圍第14項所述之雷達測位方法，其中，該目標物(30)具有一目標物通訊單元以接收該目標物絕對位置的資訊。
16. 如申請專利範圍第15項所述之雷達測位方法，其中，該微型雷達天線具有一天線通訊單元以傳送該目標物絕對位置的資訊至該目標物通訊單元。
17. 如申請專利範圍第16項所述之雷達測位方法，其中，該微型雷達天線包含一圖形顯示裝置，該訊號源絕對位置、該目標物絕對位置與該圖形顯示裝置結合後經過計算並於該圖形顯示裝置上顯示出該訊號源(20)及該目標物(30)於一地圖上的位置。
18. 如申請專利範圍第16項所述之雷達測位方法，其中，該目標物(30)包含一圖形顯示裝置，該目標物(30)經由該通訊單元接收該目標物絕對位置的資訊，並於該圖形顯示裝置上顯示出該目標物(30)於一地圖上的位置。
19. 如申請專利範圍第14項所述之雷達測位方法，其中，該雷達測位方法係適用於偵測兩個該目標物(30)，透過該雷達測位方法測得各該相對位置，並將此兩個該相對位置經過計算後計算出兩個該目標物(30)之間的一目標物間相對關係。
20. 如申請專利範圍第19項所述之雷達測位方法，其中，該微型雷達天線透過一天線通訊單元將該目標物間相對關係傳送至各該目標物(30)的一目標物通訊單元，並於其中一個該目標物(30)的一圖形顯示裝置上顯示出另一個該目標物(30)於一地圖上的位置。