TWI729687B - 位置偵測系統 - Google Patents

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Abstract

一種位置偵測系統包含一第一定向雷達感測器、一第二定向雷達感測器及一控制器。該第一定向雷達感測器具有一第一面對方向及對應的一第一無線電覆蓋範圍，用來於偵測到一目標物時接收一第一響應信號。該第二定向雷達感測器具有一第二面對方向及對應的一第二無線電覆蓋範圍，用來於偵測到該目標物時接收一第二響應信號，該第二無線電覆蓋範圍與該第一無線電覆蓋範圍部分重疊。該控制器用來根據接收到的該第一響應信號及該第二響應信號判斷該目標物的所在區域。

Description

位置偵測系統
本發明是有關於雷達偵測，特別是指一種採用多個雷達感測器偵測一移動物體之位置的位置偵測系統。
雷達在室內應用的使用正快速成長。特別地，雷達在住宅、商業或工業場所之室內環境的位置偵測領域中具有廣泛的應用。連續波雷達(Continuous-wave(CW)radar)及頻率調變連續波雷達(frequency-modulated continuous-wave(FMCW)radar)可用於偵測移動中物體，如人類目標，的位置或運動情形。通常，從雷達發射的微波信號是會穿過牆壁而偵測建築物或房間外的人類目標，因此傳統的室內位置偵測系統常出現較高的錯誤偵測率。當傳統的室內位置偵測系統用於入侵偵測應用時，較高的錯誤偵測率可能會增加當地警察部門或保全公司的額外成本以應對這些錯誤警報。
傳統上，雷達在極座標中測量目標物的位置，且每個目標物的位置是由一距離和一角度來表示。傳統雷達在複雜的角度測量過程中採用高定向天線，來判斷一目標物的方位角和仰角。此外，在傳統的頻率調變連續波雷達中，使用廣域掃描頻寬來實現高距離解析度，以增強分辨兩個以上彼此間較靠近之目標物的能力。
因此，目前需要一種位置偵測系統，可僅採用有限頻寬與不複雜的角度量測來偵測物體的位置，且同時能解決不理想的穿牆偵測問題。
本發明之其中一目的，即在提供一種位置偵測系統，包含一第一定向雷達感測器、一第二定向雷達感測器及一控制器。該第一定向雷達感測器具有一第一面對方向及對應的一第一無線電覆蓋範圍，用來於偵測到一目標物時接收一第一響應信號。該第二定向雷達感測器具有一第二面對方向及對應的一第二無線電覆蓋範圍，用來於偵測到該目標物時接收一第二響應信號，該第二無線電覆蓋與該第一無線電覆蓋部分重疊。該控制器用來根據接收到的該第一響應信號及該第二響應信號判斷該目標物的所在區域。
30,32:輻射圖
4,10~14:位置偵測系統
40A~40D:定向雷達感測器
40R:旋轉感測器
42:控制器
Rmax,Rmax1,Rmax2:最大無線電範圍
Z1~Z4:區域
△R:範圍解析度
第1圖顯示在一般偵測情況下頻率調變連續波雷達所產生與接收的波形，以及所導出的差頻。
第2圖顯示在最大範圍偵測情況下第1圖的頻率調變連續波雷達所產生與接收的波形，以及所導出的差頻。
第3圖顯示在X-Z平面與Y-Z平面上之定向天線的輻射圖。
第4圖是根據本發明之一實施例的位置偵測系統偵測在一房間內物體之位置的上視圖。
第5圖顯示第4圖之位置偵測系統之一定向雷達感測器的無線電覆蓋範圍。
第6圖顯示第4圖中之位置偵測系統之另一定向雷達感測器的無線電覆蓋範 圍。
第7圖顯示第4圖中之位置偵測系統之另一定向雷達感測器的無線電覆蓋範圍。
第8圖顯示第4圖中之位置偵測系統之另一定向雷達感測器的無線電覆蓋範圍。
第9圖顯示一旋轉感測器的無線電覆蓋範圍。
第10圖是本發明另一實施例之位置偵測系統的上視圖。
第11圖是本發明另一實施例之位置偵測系統的上視圖。
第12圖是本發明另一實施例之位置偵測系統的上視圖。
第13圖是本發明另一實施例之位置偵測系統的上視圖。
第14圖是本發明另一實施例之位置偵測系統的上視圖。
以下將搭配圖式詳細描述本發明實施例，以便本領域技術人員易於實現。本發明概念可以各種形式實現，而不限於在此說明的實施例。為了清楚起見，省略了對公知部份的描述，且在全文中相同的圖式標號表示相同的元件。
本發明是關於一種位置偵測系統，採用兩個以上定向雷達感測器來偵測移動或靜止之目標物的位置。該位置偵測系統可界定一規則形狀空間，例如一長方形空間、一正方形空間或一L形空間，並使用該等定向雷達感測器來判斷位於該規則形狀空間內之目標物的所在位置。該位置偵測系統的較佳實施例適用於入侵偵測及居家自動化之室內應用。在居家自動化應用中，該位置偵測系統可結合智慧型居家用品以根據使用者的位置來操作。舉例來說，當使用一智慧型揚聲器時，該位置偵測系統可偵測一使用者已進入該智慧型揚聲器所處 的客廳，若使用者站得較靠近該智慧型揚聲器，則該智慧型揚聲器可適應性地降低音量；而當使用者遠離該智慧型揚聲器時，該智慧型揚聲器可適應性地提高音量。在另一個例子中，當使用位於廚房的一智慧型茶壺時，若該智慧型茶壺正在燒熱水，該位置偵測系統可偵測一兒童已走進廚房，使該智慧型茶壺發出一警報，以警示該兒童的安全。
該等定向雷達感測器可以是連續波雷達或頻率調變連續波雷達。該連續波雷達可發出固定頻率之連續波雷達信號，以透過都卜勒效應(Doppler effect)來偵測一目標物的運動、移動方向及速度。該連續波雷達可能無法判斷該目標物與自身的距離或分辨在同一方向上的不同目標物。如第1圖及第2圖所示，相較於連續波雷達，頻率調變連續波雷達可發出線性頻率調變之連續波雷達信號，以偵測一目標物的運動、移動方向及速度，並且偵測目標物與自身的距離。特別地，頻率調變連續波雷達的特徵在於最大無線電範圍Rmax及距離解析度△R，其中，最大無線電範圍Rmax定義為從頻率調變連續波雷達出發可偵測到目標物的一最大距離，而距離解析度△R定義為使頻率調變連續波雷達可清楚地分辨兩個以上目標物以將該等目標物分開的一最小距離。最大無線電範圍Rmax及距離解析度△R定為頻率調變連續波雷達偵測目標物的能力，且可分別根據取樣率及掃描頻寬B來決定，如第1圖與第2圖所示。
第1圖及第2圖顯示在一般偵測情況下與最大範圍偵測情況下頻率調變連續波雷達分別所發送和接收的波形，以及所導出的中頻信號，其中，水平軸表示時間，垂直軸代表頻率。在第1圖的一般偵測情況下，一目標物是位於最大無線電範圍Rmax內；而在第2圖的最大範圍偵測情況下，一目標物是位於最大無線電範圍Rmax上。在第1圖與第2圖中，傳輸信號Tx是具有一掃描頻寬B及一 掃描週期2Tsweep的三角頻率調變波形。傳輸信號Tx是由頻率調變連續波雷達發送並由目標物反射而產生響應信號Rx。響應信號Rx具有與傳輸信號Tx相似的波形圖，但在時間及頻率上產生了偏移。頻率調變連續波雷達接收響應信號Rx，並產生傳輸信號Tx與相應的響應信號Rx之間的頻率差，使上掃變頻信號(up-chirp)及下掃變頻信號(down-chirp)決定出具有兩差頻f+、f-的中頻信號。該兩差頻f+、f-的算術平均值用來計算目標物與頻率調變連續波雷達的距離，且當目標物移動時，關聯於兩差頻f+、f-的都卜勒頻率用來計算目標物的速度。中頻信號由類比數位轉換器(analog to digital converter(ADC))取樣以決定兩差頻f+、f-，因此，類比數位轉換器在中頻信號的最大頻率及頻率調變連續波雷達的最大無線電範圍Rmax上產生了限制。如此一來，最大無線電範圍Rmax可由類比數位轉換器的取樣率來決定，其表示如式(1)：
Figure 109102943-A0305-02-0007-1
其中，B是掃描頻寬；Fs是類比數位轉換器的取樣率，Fs
Figure 109102943-A0305-02-0007-8
S2R/c；c是光速，C=3×108m/s；S是變頻信號的斜率，S=B/Tsweep；及Tsweep=Tchirp=變頻信號率。
距離解析度△R可由式(2)所表示：
Figure 109102943-A0305-02-0007-2
其中，B是掃描頻寬；c是光速，C=3×108m/s；及Tsweep=Tchirp=變頻信號率。
如式(2)及第1、2圖所示，距離解析度△R與三角波形的掃描頻寬B成反比。在本實施例中，較窄的掃描頻寬B可用於本發明的位置偵測系統，且位置 偵測系統的距離解析度△R是有限的。而具有無線電覆蓋範圍部分重疊的多個定向雷達感測器能用來辨識兩個以上目標物，並維持較佳的位置偵測精確度。
如本文所示，定向雷達感測器是指包括定向天線的雷達，且每個定向天線可以是貼片天線並具有180度方位角波覆蓋範圍與180度仰角波覆蓋範圍的輻射圖，如第3圖中的輻射圖30及輻射圖32所示。其中，輻射圖30是在X-Z平面，輻射圖32是在Y-Z平面。透過在每個定向雷達感測器背面製造的金屬屏蔽可減弱或抑制輻射圖中不需要的後瓣。
第4圖是本發明實施例之一位置偵測系統4偵測在一房間內物體之位置的上視圖，而第5圖至第8圖顯示位置偵測系統4的多個定向雷達感測器40A~40D分別的無線電覆蓋範圍。位置偵測系統4包含多個定向雷達感測器40A~40D及與定向雷達感測器40A~40D連接的一控制器42，且位置偵測系統4設置於一正方形或圓形房間的中心以偵測其中的目標物。定向雷達感測器40A~40D是具有最大無線電範圍Rmax及距離解析度△R的頻率調變連續波雷達。藉由該距離解析度△R，可將最大無線電範圍Rmax分為區域Z1~Z4。
定向雷達感測器40A~40D分別具有如第5圖至第8圖所示的面對方向及無線電覆蓋範圍，且彼此相鄰設置以面對不同的方向。定向雷達感測器40A~40D的面對方向分別為定向雷達感測器40A~40D對應之無線電覆蓋範圍的徑向中心線。特別地，定向雷達感測器40A、40B的面對方向互相垂直且對應的無線電覆蓋範圍亦彼此部分重疊；定向雷達感測器40B、40C的面對方向互相垂直且對應的無線電覆蓋範圍亦彼此部分重疊；定向雷達感測器40C、40D的面對方向互相垂直且對應的無線電覆蓋範圍亦彼此部分重疊；定向雷達感測器40D、 40A的面對方向互相垂直且對應的無線電覆蓋範圍亦彼此部分重疊。此外，定向雷達感測器40A的面對方向與定向雷達感測器40B的面對方向可不同但共平面；定向雷達感測器40B的面對方向與定向雷達感測器40C的面對方向可不同但共平面；定向雷達感測器40C的面對方向與定向雷達感測器40D的面對方向可不同但共平面；定向雷達感測器40D的面對方向與定向雷達感測器40A的面對方向可不同但共平面。定向雷達感測器40A~40D可覆蓋相同或不同的無線電範圍。在本實施例中，定向雷達感測器40A~40D採用相同的無線電範圍，以對正方形或圓形房間提供圓形的無線電覆蓋範圍。在一些實施例中，定向雷達感測器40A~40D的面對方向可於X-Z平面上共平面。
在本例中，四個物體分別是位在房間的不同區域，每個區域可由面對方向互為正交的定向雷達感測器40A~40D其中二者所對應的無線電覆蓋範圍之間的區域或重疊部分來界定。三角形物體是位於定向雷達感測器40A、40B的無線電覆蓋範圍之間的重疊部分的區域Z2；菱形物體是位於定向雷達感測器40B、40C的無線電覆蓋範圍之間的重疊部分的區域Z3；正方形物體是位於定向雷達感測器40C、40D的無線電覆蓋範圍之間的重疊部分的區域Z4；圓形物體是位於定向雷達感測器40D、40A的無線電覆蓋範圍之間的重疊部分的區域Z1。定向雷達感測器40A與40B、40B與40C、40C與40D、40D與40A的無線電覆蓋範圍之間的重疊部分可分別為第一象限、第二象限、第三象限及第四象限。
定向雷達感測器40A~40D可分別發送一傳輸信號，並於偵測到目標物時接收一響應信號。傳輸信號可在空氣中傳播，並可在偵測到物體時被反射以產生響應信號。若在對應的無線電覆蓋範圍內沒有物體存在，則定向雷達感測器40A~40D可能不會接收到任何響應信號。
儘管控制器42可用響應信號來計算物體與位置偵測系統4的距離，但是物體的角度(方向)是未知的，因此控制器42可能無法僅用單一響應信號來判斷圓形物體與三角形物體是位在哪個象限。控制器42可根據定向雷達感測器40A~40D中面對方向互為正交的兩個定向雷達感測器所接收到的兩個或兩個以上的響應信號，判斷每個物體是位在哪個象限中。舉例來說，定向雷達感測器40A可接收兩個分別指示區域Z1中的圓形物體及指示區域Z2中的三角形物體之響應信號；而定向雷達感測器40B可接收兩個分別指示區域Z2中的三角形物體及指示區域Z3中的菱形物體之響應信號。因此，控制器42可根據定向雷達感測器40A、40B接收到的響應信號，判斷三角形物體位在第一象限的區域Z2中。類似地，定向雷達感測器40C可接收兩個分別指示區域Z3中的菱形物體及指示區域Z4中的正方形物體之響應信號；而定向雷達感測器40D可接收兩個分別指示區域Z4中的正方形物體及指示區域Z1中的圓形物體之響應信號。然後，控制器42可根據定向雷達感測器40A、40D接收到的響應信號來判斷圓形物體位在第二象限的區域Z1中，並根據定向雷達感測器40C、40D接收到的響應信號來判斷正方形物體位在第三象限的區域Z4中，且根據定向雷達感測器40B、40C接收到的響應信號來判斷菱形物體位在第四象限的區域Z3中。
因此，位置偵測系統4可採用四個定向雷達感測器，以較窄的掃描頻寬及有限的距離解析度來偵測正方形或圓形房間內的物體。
第9圖顯示一旋轉感測器40R的無線電覆蓋範圍。位置偵測系統4可利用旋轉感測器40R以更高的精確度來進一步判斷物體的位置。旋轉感測器40R可旋轉以提供期望的無線電覆蓋範圍。結合於位置偵測系統4的旋轉感測器40R可 設置於定向雷達感測器40A~40D旁，並可繞位置偵測系統4的中心旋轉。旋轉感測器40R可發送一傳輸信號，並於偵測到物體時接收一響應信號。控制器42可連接旋轉感測器40R，並根據接收定向雷達感測器40A~40D與旋轉感測器40R的響應信號來判斷物體位在哪個區域。
第10圖是本發明之另一實施例的位置偵測系統10偵測物體之位置的上視圖。位置偵測系統10包含兩個定向雷達感測器40A、40B及與定向雷達感測器40A、40B連接的一控制器42，且位置偵測系統4可設置於一L形房間的轉角中心以偵測其中的物體。定向雷達感測器40A、40B是具有最大無線電範圍Rmax及距離解析度△R的頻率調變連續波雷達，並可將最大無線電範圍Rmax分為區域Z1~Z4。定向雷達感測器40A、40B彼此相鄰設置以面對不同的方向。特別地，定向雷達感測器40A、40B的面對方向互相垂直且對應的無線電覆蓋範圍亦彼此部分重疊。定向雷達感測器40A、40B可覆蓋相同大小或不同大小的無線電範圍。 在本實施例中，定向雷達感測器40A、40B採用相同大小的無線電範圍，以對L形房間提供四分之三圓的無線電覆蓋範圍。
控制器42可根據定向雷達感測器40A、40B所接收的響應信號，判斷物體是位在哪個區域中。物體所在的區域是選自至少兩無重疊區域及至少一重疊區域，至少兩無重疊區域可以是第二象限的空白區域及第四象限的點狀區域，而該至少一重疊區域可為第一象限的斜線區域。舉例來說，定向雷達感測器40A可接收兩個響應信號，其分別指示區域Z1中的圓形物體及指示區域Z2中的三角形物體；而定向雷達感測器40B可接收兩個響應信號，其分別指示區域Z2中的三角形物體及指示區域Z3中的菱形物體。控制器42可根據定向雷達感測器40A、40B接收到的響應信號來判斷三角形物體位在第一象限的區域Z2(重疊區 域)中；當只有定向雷達感測器40A收到響應信號，而定向雷達感測器40B並未收到響應信號時，控制器42可判斷圓形物體位在第二象限的區域Z1(無重疊區域)中；當只有定向雷達感測器40B收到響應信號，而定向雷達感測器40A並未收到響應信號時，控制器42可判斷菱形物體位在第四象限的區域Z3(無重疊區域)中。
在一些實施例中，位置偵測系統10可適用於一正方形房間，且位置偵測系統10設置於正方形房間的一角落。只有當控制器42接收到來自定向雷達感測器40A、40B的響應信號時，控制器42判斷物體位於哪個區域。也就是說，位置偵測系統10僅偵測位於第一象限的物體。舉例來說，當控制器42接收到來自定向雷達感測器40A、40B的響應信號時，控制器42可判斷三角形物體位於哪個區域；而當控制器42僅接收到來自定向雷達感測器40A、40B其中一者的響應信號時，控制器42忽略圓形物體與菱形物體。
因此，位置偵測系統10可採用兩個定向雷達感測器，以較窄的掃描頻寬及有限的距離解析度來偵測L形房間內的物體。
第11圖是本發明之另一實施例的位置偵測系統11偵測物體之位置的上視圖。位置偵測系統11包含三個定向雷達感測器40A~40C及與定向雷達感測器40A~40C連接的一控制器42，且位置偵測系統11可設置於一正方形房間的中心、角落或一長方形房間的牆上以偵測其中的物體。定向雷達感測器40A~40C是具有最大無線電範圍Rmax及距離解析度△R的頻率調變連續波雷達，並可將最大無線電範圍Rmax分為區域Z1~Z4。定向雷達感測器40A~40C彼此相鄰設置以面對不同的方向。特別地，定向雷達感測器40A、40B的面對方向互相垂直且對應的無 線電覆蓋範圍亦彼此部分重疊；定向雷達感測器40B、40C的面對方向互相垂直且對應的無線電覆蓋範圍亦彼此部分重疊；而定向雷達感測器40A、40C的面對方向相反且對應的無線電覆蓋範圍彼此不重疊。定向雷達感測器40A~40C可覆蓋相同大小或不同大小的無線電範圍。在本實施例中，定向雷達感測器40A~40C採用相同大小的無線電範圍，以對正方形房間提供完整圓的無線電覆蓋範圍。
控制器42可接收定向雷達感測器40A~40C的響應信號，來判斷物體是位在哪個區域中。在一些實施例中，位置偵測系統11可設置於一正方形房間的中心。物體所位在的區域是選自至少兩無重疊區域及至少兩重疊區域，至少兩無重疊區域可以是第二象限的空白區域及第三象限的斜線區域，而至少兩重疊區域可為第一象限的斜線區域及該第四象限的點狀區域。舉例來說，定向雷達感測器40A可接收兩個響應信號，其分別指示區域Z1中的圓形物體及指示區域Z2中的三角形物體；而定向雷達感測器40B可接收兩個響應信號，其分別指示區域Z2中的三角形物體及指示區域Z3中的菱形物體；而定向雷達感測器40C可接收兩個響應信號，其分別指示區域Z3中的菱形物體及指示區域Z4中的正方形物體。控制器42可根據定向雷達感測器40A、40B接收到的響應信號來判斷三角形物體位在第一象限的區域Z2中，並根據定向雷達感測器40B、40C接收到的響應信號來判斷菱形物體位在第四象限的區域Z3中；當只有定向雷達感測器40A收到響應信號，而定向雷達感測器40B、40C並未收到響應信號時，控制器42可判斷圓形物體位在第二象限的區域Z1中；而當只有定向雷達感測器40C收到響應信號，而定向雷達感測器40A、40B並未收到響應信號時，控制器42可判斷正方形物體位在第三象限的區域Z4中。
在其他實施例中，位置偵測系統11可設置於一長方形房間的的牆 上。只有當控制器42接收到來自定向雷達感測器40B的響應信號及定向雷達感測器40A、40C其中一者的響應信號時，控制器42判斷物體位於哪個區域。換言之，位置偵測系統11僅偵測位於第一象限及第二象限的物體。舉例來說，當控制器42接收到來自定向雷達感測器40A、40B的響應信號時，控制器42可判斷三角形物體位於哪個區域；當控制器42接收到來自定向雷達感測器40B、40C的響應信號時，控制器42可判斷菱形物體位於哪個區域；而當控制器42沒有接收到來自定向雷達感測器40B的響應信號時，控制器42忽略圓形物體與正方形物體。
因此，位置偵測系統11可採用三個定向雷達感測器，以較窄的掃描頻寬及有限的距離解析度來偵測正方形或長方形房間內的物體。
第12圖是本發明之另一實施例的位置偵測系統12在一房間偵測物體之位置的上視圖。該房間可為矩形，其尺寸為x乘y，其中x為寬度，y為長度。 位置偵測系統12包含兩個定向雷達感測器40A、40B、一旋轉感測器40R及與定向雷達感測器40A、40B、旋轉感測器40R連接的一控制器42，且位置偵測系統12可設置於矩形房間的角落以偵測其中的物體。
旋轉感測器40R可旋轉以提供期望的無線電覆蓋範圍。旋轉感測器40R所面對的方向位於定向雷達感測器40A之無線電覆蓋範圍的外側。定向雷達感測器40A、40B及旋轉感測器40R對應的無線電覆蓋範圍彼此部分重疊。定向雷達感測器40A、40B及旋轉感測器40R可覆蓋相同大小或不同大小的無線電範圍。 定向雷達感測器40A可以是具有最大無線電範圍Rmax1及距離解析度△R的頻率調變連續波雷達。定向雷達感測器40B及旋轉感測器40R可以是具有最大無線電範圍Rmax2及距離解析度△R的頻率調變連續波雷達。定向雷達感測器40A的最 大無線電範圍Rmax1小於定向雷達感測器40B及旋轉感測器40R的最大無線電範圍Rmax2。最大無線電範圍Rmax1可設置於寬度x，最大無線電範圍Rmax2可設置於長度y，從而為矩形房間提供一準矩形無線電覆蓋範圍。最大無線電範圍Rmax1可根據距離解析度△R分為區域Z1~Z3；而最大無線電範圍Rmax2可根據距離解析度△R分為區域Z1~Z4。
定向雷達感測器40A、40B及旋轉感測器40R彼此相鄰設置以面對不同的方向。換言之，定向雷達感測器40A的面對方向與定向雷達感測器40B的面對方向互相垂直，而定向雷達感測器40B的面對方向與旋轉感測器40R的面對方向形成一銳角θ。特別來說，定向雷達感測器40A、40B的面對方向互相垂直，而定向雷達感測器40B及旋轉感測器40R的面對方向形成一介於0度至90度的銳角θ。銳角θ可如式(3)所表示：
Figure 109102943-A0305-02-0015-3
其中，x為矩形房間的寬度；以及y為矩形房間的長度。
控制器42可從至少三個重疊區域選出物體所在之區域，至少三個重疊區域皆可由第一象限中的斜線區域來表示。第一象限中的斜線區域可進一步劃分為子區域(1,1,
Figure 109102943-A0305-02-0015-9
)、(2,2,
Figure 109102943-A0305-02-0015-10
)、(3,3,
Figure 109102943-A0305-02-0015-11
)、(1,1,1)、(2,2,2)、(3,3,3)、(
Figure 109102943-A0305-02-0015-12
,3,
Figure 109102943-A0305-02-0015-13
)、(
Figure 109102943-A0305-02-0015-14
,4,
Figure 109102943-A0305-02-0015-15
)，且每組座標分別代表第12圖中的每個子區域。其中，每組座標的第一、第二、第三座標分別代表定向雷達感測器40A、40B及旋轉感測器40R的接收狀態，數字1~4分別表示物體已於區域Z1~Z4中被偵測，符號
Figure 109102943-A0305-02-0015-16
表示空集合或定向雷達感測器40A、40B及旋轉感測器40R沒有找到物體。舉例來說，當定向雷達感測器40A、40B及旋轉感測器40R接收對應於區域 Z2的響應信號時，控制器42可判斷一物體位於子區域(2,2,2)。在另一例子中，當定向雷達感測器40A、40R沒有接收到響應信號，而定向雷達感測器40B接收到對應於區域Z3的響應信號時，控制器42可判斷一物體位於子區域(
Figure 109102943-A0305-02-0016-17
,3,
Figure 109102943-A0305-02-0016-18
)。 子區域(1,1,
Figure 109102943-A0305-02-0016-19
)、(2,2,
Figure 109102943-A0305-02-0016-20
)、(3,3,
Figure 109102943-A0305-02-0016-21
)可形成至少三個重疊區域的第一重疊區域；子區域(1,1,1)、(2,2,2)、(3,3,3)可形成至少三個重疊區域的第二重疊區域；子區域(
Figure 109102943-A0305-02-0016-22
,3,
Figure 109102943-A0305-02-0016-23
)、(
Figure 109102943-A0305-02-0016-24
,4,
Figure 109102943-A0305-02-0016-25
)可形成至少三個重疊區域的第三重疊區域。
當控制器42至少接收到來自定向雷達感測器40A、40B的響應信號，或當控制器42接收到來自定向雷達感測器40B的響應信號而無來自定向雷達感測器40A及旋轉感測器40R的響應信號時，控制器42可判斷物體位於哪個區域；亦即，控制器42僅可判斷位於第一象限的斜線區域內的物體之位置。當定向雷達感測器40A、40B接收到響應信號，但旋轉感測器40R沒有接收到響應信號時，控制器42可判斷物體位於第一重疊區域。當定向雷達感測器40A、40B及旋轉感測器40R接收到響應信號時，控制器42可判斷物體位於第二重疊區域。當只有定向雷達感測器40B接收到響應信號時，控制器42可判斷物體位於第三重疊區域。 控制器42可藉由定向雷達感測器40A、40B及旋轉感測器40R的一個或多個響應信號所對應的子區域數字，來進一步判斷物體所位於更精確的子區域。透過忽略於第二象限及第三象限所偵測到的任何物體，本發明實施例可以不需要穿牆偵測。
在其他實施例中，位置偵測系統12可用來偵測房間內或房間外的物體。控制器42可從至少兩個無重疊區域及至少三個重疊區域選出物體所在之區域，至少兩個無重疊區域可為第二象限的空白區域及第三象限、第四象限的點 狀區域。
因此，位置偵測系統12可採用兩個定向雷達感測器及一旋轉感測器，以較窄的掃描頻寬及有限的距離解析度來偵測矩形房間內的物體。
第13圖是本發明之另一實施例的位置偵測系統13在一房間偵測物體之位置的上視圖。該房間可為矩形，其尺寸為y乘x，其中y為寬度，x為長度。 位置偵測系統13包含兩個定向雷達感測器40A、40B、一旋轉感測器40R及與定向雷達感測器40A、40B、旋轉感測器40R連接的一控制器42，且位置偵測系統13可設置於矩形房間的任何位置以偵測其中的物體。定向雷達感測器40A、40B、旋轉感測器40R及控制器42的配置與第12圖相似。定向雷達感測器40A的最大無線電範圍Rmax1小於定向雷達感測器40B及旋轉感測器40R的最大無線電範圍Rmax2。最大無線電範圍Rmax1可設置於x，最大無線電範圍Rmax2可設置於y，從而為矩形房間提供一準矩形無線電覆蓋範圍。定向雷達感測器40B及旋轉感測器40R的面對方向可形成一介於0度至90度的銳角θ。銳角θ可如式(4)所表示：
Figure 109102943-A0305-02-0017-4
其中，y為矩形房間的寬度；以及 x為矩形房間的長度。
當控制器42接收到來自至少定向雷達感測器40B及旋轉感測器40R的響應信號，或當控制器42接收到來自定向雷達感測器40A、40B的響應信號而無來自旋轉感測器40R的響應信號時，控制器42可判斷物體位於哪個區域。換言之，控制器42僅可判斷位於第一象限之斜線區域及第四象限之點狀區域內的物體之位置。透過忽略於第二象限及第三象限所偵測到的任何物體，本發明實施 例可以不需要穿牆偵測。
第一象限中的斜線區域可進一步劃分為子區域(1,1,
Figure 109102943-A0305-02-0018-26
)、(2,2,
Figure 109102943-A0305-02-0018-27
)、(3,3,
Figure 109102943-A0305-02-0018-28
)、(1,1,1)、(2,2,2)、(3,3,3)、(
Figure 109102943-A0305-02-0018-29
,3,3)、(
Figure 109102943-A0305-02-0018-30
,4,4)，第四象限中的點狀區域可進一步劃分為子區域(
Figure 109102943-A0305-02-0018-31
,1,1)、(
Figure 109102943-A0305-02-0018-32
,2,2)、(
Figure 109102943-A0305-02-0018-33
,3,3)、(
Figure 109102943-A0305-02-0018-34
,4,4)。每組座標分別代表第13圖中的每個子區域。 其中，每組座標的第一、第二、第三座標分別代表定向雷達感測器40A、40B及旋轉感測器40R的接收狀態，數字1~4分別表示物體已於區域Z1~Z4中被偵測，符號
Figure 109102943-A0305-02-0018-35
表示空集合或定向雷達感測器40A、40B及旋轉感測器40R沒有找到物體。控制器42可藉由定向雷達感測器40A、40B及旋轉感測器40R的一個或多個響應信號所對應的子區域數字，來進一步判斷物體所位於更精確的子區域。
因此，位置偵測系統13可採用兩個定向雷達感測器及一旋轉感測器，以較窄的掃描頻寬及有限的距離解析度來偵測矩形房間內的物體。
第14圖是本發明之另一實施例的位置偵測系統14偵測一矩形房間內的物體之位置的上視圖。位置偵測系統14包含兩個定向雷達感測器40A、40B及與定向雷達感測器40A、40B連接的一控制器42，且位置偵測系統14可設置於矩形房間的相鄰兩角落處以偵測其中的物體。定向雷達感測器40A、40B可以是具有最大無線電範圍Rmax及距離解析度△R的頻率調變連續波雷達，且最大無線電範圍Rmax可分為區域Z1~Z4。定向雷達感測器40A、40B相隔一距離且基本上面對相同的方向。在另一實施例中，當位置偵測系統14用於具有左揚聲器及右揚聲器的智慧型揚聲器時，定向雷達感測器40A可設置於右揚聲器上，定向雷達感測器40B可設置於左揚聲器上。
控制器42可根據接收對應的定向雷達感測器40A、40B的響應信號來判斷物體是位在哪個區域中。矩形房間可進一步劃分為子區域(1,3)、(1,4)、(2,2)、(2,3)、(2,4)、(3,1)、(3,2)、(3,3)、(3,4)、(4,1)、(4,2)、(4,3)、(4,4)，且每組座標分別代表第14圖中的每個子區域。其中，每組座標的第一、第二座標分別代表定向雷達感測器40A、40B的接收狀態，數字1~4分別表示物體已於區域Z1~Z4中被偵測，符號
Figure 109102943-A0305-02-0019-36
表示空集合或定向雷達感測器40A、40B沒有找到物體。舉例來說，當定向雷達感測器40A接收對應於區域Z2的響應信號，而定向雷達感測器40B接收到對應於區域Z3的響應信號時，控制器42可判斷一物體位於子區域(2,3)。在另一例子中，當定向雷達感測器40A沒有接收到響應信號，而定向雷達感測器40B接收到對應於區域Z3的響應信號時，控制器42可判斷一物體位於定向雷達感測器40B所附著之牆外的區域Z3中。透過忽略僅由定向雷達感測器40A、40B其中一者所偵測到的任何物體，本發明實施例可以不需要穿牆偵測。
因此，位置偵測系統14可採用兩個定向雷達感測器，以較窄的掃描頻寬及有限的距離解析度來偵測矩形房間內的物體。
位置偵測系統4、10~14可採用分碼多重感測(code division multiple sensing(CDMS))、分頻多重感測(frequency division multiple sensing(FDMS))或分時多重感測(time division multiple sensing(TDMS))來發送傳輸信號及接收響應信號。當位置偵測系統4、10~14採用分碼多重感測時，每個定向雷達感測器可採用唯一識別碼來發送傳輸信號及接收響應信號。當位置偵測系統4、10~14採用分頻多重感測時，每個定向雷達感測器可在不同的無線電頻道中發送傳輸 信號及接收響應信號。當位置偵測系統4、10~14採用分時多重感測時，每個定向雷達感測器可在不同的指定時段中發送傳輸信號及接收響應信號。當位置偵測系統4、10~14採用分碼多重感測或分頻多重感測時，定向雷達感測器可同步及連續操作以接收對應的響應信號，且控制器42可同時判斷物體是位在哪個區域中。當位置偵測系統4、10~14採用分時多重感測時，定向雷達感測器可循序操作以接收對應的響應信號，且控制器42可在完成循序接收對應的響應信號時，判斷物體是位在哪個區域中。
雖然第4圖至第14圖中的實施例是以頻率調變連續波雷達來解釋說明，但應當理解連續波雷達也適用於該等實施例。
第4圖至第14圖中的位置偵測系統僅採用有限頻寬與不複雜的角度量測來偵測房間內之物體的位置，且同時能解決不理想的穿牆偵測問題。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
4:位置偵測系統
40A~40D:定向雷達感測器
42:控制器
Rmax:最大無線電範圍
Z1~Z4:區域
△R:範圍解析度

Claims (19)

  1. 一種位置偵測系統，包含：一第一定向雷達感測器，具有一第一面對方向及對應的一第一無線電覆蓋範圍，用來於偵測到一目標物時接收一第一響應信號；一第二定向雷達感測器，具有一第二面對方向及對應的一第二無線電覆蓋範圍，用來於偵測到該目標物時接收一第二響應信號，該第二無線電覆蓋範圍與該第一無線電覆蓋範圍部分重疊；以及一控制器，用來根據接收到的該第一響應信號及該第二響應信號，判斷該目標物的所在區域；其中，該目標物的所在區域是選自至少兩無重疊區域及至少一重疊區域；當該控制器接收到該第一響應信號與該第二響應信號時，該控制器判斷該目標物的所在區域為該至少一重疊區域；當該控制器接收到該第一響應信號而無該第二響應信號時，或當該控制器接收到該第二響應信號而無該第一響應信號時，該控制器判斷該目標物的所在區域為該至少兩無重疊區域其中一者。
  2. 如請求項1所述的位置偵測系統，其中當該控制器接收到該第一響應信號及該第二響應信號時，該控制器判斷該目標物的所在區域。
  3. 如請求項1所述的位置偵測系統，其中該第一定向雷達感測器及該第二定向雷達感測器彼此相鄰設置，使該第一面對方向及該第二面對方向不同但共平面。
  4. 如請求項3所述的位置偵測系統，其中該第一面對方向及該第二 面對方向互相垂直。
  5. 如請求項1所述的位置偵測系統，另包含：一第三定向雷達感測器，具有一第三面對方向及對應的一第三無線電覆蓋範圍，用來於偵測到該目標物時接收一第三響應信號，該第三無線電覆蓋範圍與該第二無線電覆蓋範圍部分重疊；其中，該控制器用來根據接收到的該第一響應信號、該第二響應信號及該第三響應信號，判斷該目標物的所在區域。
  6. 如請求項5所述的位置偵測系統，其中該目標物的所在區域是選自至少兩無重疊區域及至少兩重疊區域。
  7. 如請求項5所述的位置偵測系統，其中該第一定向雷達感測器、該第二定向雷達感測器及該第三定向雷達感測器彼此相鄰設置，使該第一面對方向、該第二面對方向及該第三面對方向不同但共平面。
  8. 如請求項5所述的位置偵測系統，其中該第一面對方向及該第二面對方向互相垂直，該第二面對方向及該第三面對方向互相垂直。
  9. 如請求項5所述的位置偵測系統，其中該第三無線電覆蓋範圍與該第一無線電覆蓋範圍沒有重疊，且當該控制器接收到該第二響應信號及接收到該第一響應信號與該第三響應信號其中一者時，該控制器判斷該目標物的所在區域。
  10. 如請求項5所述的位置偵測系統，其中該第一面對方向及該第二面對方向互相垂直，且該第二面對方向及該第三面對方向形成一銳角。
  11. 如請求項10所述的位置偵測系統，其中該目標物的所在區域是選自至少兩無重疊區域及至少三重疊區域。
  12. 如請求項10所述的位置偵測系統，其中該第三無線電覆蓋範圍與該第一無線電覆蓋範圍部分重疊，且當該控制器接收到至少該第二響應信號與該第一響應信號，或當該控制器接收到該第二響應信號而無該第一響應信號與該第三響應信號時，該控制器判斷該目標物的所在區域。
  13. 如請求項12所述的位置偵測系統，其中該第一無線電覆蓋範圍的一最大無線電範圍小於該第二無線電覆蓋範圍的一最大無線電範圍及該第三無線電覆蓋範圍的一最大無線電範圍。
  14. 如請求項10所述的位置偵測系統，其中該銳角是
    Figure 109102943-A0305-02-0024-5
    ，且該第三面對方向位於該第一無線電覆蓋範圍的外側；其中，x是該第一定向雷達感測器的一最大無線電範圍，y是該第二定向雷達感測器的一最大無線電範圍。
  15. 如請求項10所述的位置偵測系統，其中該第三無線電覆蓋範圍與該第一無線電覆蓋範圍部分重疊，且當該控制器接收到至少該第二響應信號與該第三響應信號，或當該控制器接收到該第一響應信號與該第二響應信號而無該第三響應信號時，該控制器判斷該目標物的所在區域。
  16. 如請求項15所述的位置偵測系統，其中該第一無線電覆蓋範圍的一最大無線電範圍小於該第二無線電覆蓋範圍的一最大無線電範圍及該第三無線電覆蓋範圍的一最大無線電範圍。
  17. 如請求項13所述的位置偵測系統，其中該銳角是
    Figure 109102943-A0305-02-0025-7
    ，且該第三面對方向位於該第一無線電覆蓋範圍的外側；其中，x是該第一定向雷達感測器的一最大無線電範圍，y是該第二定向雷達感測器的一最大無線電範圍。
  18. 如請求項1所述的位置偵測系統，其中該第一定向雷達感測器及該第二定向雷達感測器具有一相同的最大無線電範圍。
  19. 如請求項1所述的位置偵測系統，其中該第一定向雷達感測器及該第二定向雷達感測器是頻率調變連續波雷達感測器。
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