TW201346853A - 使用多天線及多信號分類技術的車道切換輔助方法及系統 - Google Patents
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Abstract
一種使用多天線及多信號分類技術的車道切換輔助方法及系統，該方法包含以下諸步驟:利用多天線量測一背景信號；利用所述多天線量測一鄰近車道信號；使該鄰近車道信號與該背景信號相減以獲得一反射信號；依該反射信號之一延遲時間參數計算一反射點距離；對該反射信號執行一多信號分類運算以獲得一反射點角度；依該反射點距離及該反射點角度產生一反射點位置；以及依所述反射點位置之時間變化率產生一反射點速度。
Description
本發明係有關於一種車道切換輔助方法及系統，特別是關於一種使用多天線及多信號分類技術的車道切換輔助方法及系統。
為了達到交通運輸有效率及安全的目的，智慧型運輸系統已被廣泛運用在很多城市。智慧型運輸系統(Intelligent Transportation System, ITS)係結合通訊、資訊、電子、控制、及管理等技術之系統，因此，ITS需要整合各種車與路(Vehicle-Roadside)、車與車(Vehicle-Vehicle)、及車內(Inter-Vehicle)的各種感測技術來察覺並收集各種即時的路況及車況訊息。目前常用的感測技術大多採用影像技術、微波技術、紅外線技術、及壓電感應等技術。
安全輔助系統(Assistance for Safe Driving, ASD)是ITS重要項目之ㄧ，一般乃在車上裝置安全輔助感應設備，並且配合車上的駕駛系統，進而控制速度、方向、及煞車系統。
在安全駕駛方面，對於車輛在行駛時切換車道是非常需要注意的行為，傳統的輔助方式是使用後視鏡及側視鏡，來協助觀察準備切換車道前是否側邊車道有車或有來車靠近；最近已有車輛使用攝影機協助駕駛觀察，但此方式依舊容易受到光線及天氣好壞而影響駕駛的判斷。
因此，吾人亟需一種更安全可靠的車道切換輔助方法及系統。
本發明之一目的在於提供一種使用多天線及多信號分類技術的車道切換輔助方法，其可偵測鄰近車輛之座標及速度以供一車輛駕駛人於切換車道時做參考。
本發明之另一目的在於提供一種使用多天線及多信號分類技術的車道切換輔助系統，其可偵測鄰近車輛之座標及速度以供一車輛駕駛人於切換車道時做參考。
為達前述目的，本發明乃提出一種使用多天線及多信號分類技術的車道切換輔助方法，其包含以下諸步驟：
利用多天線量測一背景信號；
利用所述多天線量測一鄰近車道信號；
使該鄰近車道信號與該背景信號相減以獲得一反射信號；
依該反射信號之一延遲時間參數計算一反射點距離，其中所述的反射點距離係由所述的延遲時間參數乘以光速再除以2而得；
對該反射信號執行一多信號分類運算以獲得一反射點角度；以及
依該反射點距離及該反射點角度產生一反射點位置。
在一實施例中，所述之使用多天線及多信號分類技術的車道切換輔助方法進一步包含以下步驟:
依所述反射點位置之時間變化率產生一反射點速度。
為達前述目的，本發明進一步提出一種使用多天線及多信號分類技術的車道切換輔助系統，其具有:
一發送單元，具有一天線以發送一微波信號；
一接收單元，具有複數個天線以接收一背景信號及一鄰近車道信號，及依該鄰近車道信號和該背景信號之差值產生一反射信號；
一反射點距離計算單元，用以依所述反射信號之一延遲時間參數計算一反射點距離；
一反射點角度計算單元，用以對所述反射信號執行一多信號分類運算以獲得一反射點角度；以及
一反射點位置及速度計算單元，用以依該反射點距離及該反射點角度產生一反射點位置，及依所述反射點位置之時間變化率產生一反射點速度。
其中，所述的反射點距離係由所述的延遲時間參數乘以光速再除以2而得。
在一實施例中，所述之使用多天線及多信號分類技術的車道切換輔助系統進一步具有一控制單元以控制該接收單元及該發送單元之操作。
在一實施例中，所述的反射點位置及所述的反射點速度係用以通知一車用電腦。
為使 貴審查委員能進一步瞭解本發明之結構、特徵及其目的，茲附以圖式及較佳具體實施例之詳細說明如后。
本發明之另一目的在於提供一種使用多天線及多信號分類技術的車道切換輔助系統，其可偵測鄰近車輛之座標及速度以供一車輛駕駛人於切換車道時做參考。
為達前述目的，本發明乃提出一種使用多天線及多信號分類技術的車道切換輔助方法，其包含以下諸步驟：
利用多天線量測一背景信號；
利用所述多天線量測一鄰近車道信號；
使該鄰近車道信號與該背景信號相減以獲得一反射信號；
依該反射信號之一延遲時間參數計算一反射點距離，其中所述的反射點距離係由所述的延遲時間參數乘以光速再除以2而得；
對該反射信號執行一多信號分類運算以獲得一反射點角度；以及
依該反射點距離及該反射點角度產生一反射點位置。
在一實施例中，所述之使用多天線及多信號分類技術的車道切換輔助方法進一步包含以下步驟:
依所述反射點位置之時間變化率產生一反射點速度。
為達前述目的，本發明進一步提出一種使用多天線及多信號分類技術的車道切換輔助系統，其具有:
一發送單元，具有一天線以發送一微波信號；
一接收單元，具有複數個天線以接收一背景信號及一鄰近車道信號，及依該鄰近車道信號和該背景信號之差值產生一反射信號；
一反射點距離計算單元，用以依所述反射信號之一延遲時間參數計算一反射點距離；
一反射點角度計算單元，用以對所述反射信號執行一多信號分類運算以獲得一反射點角度；以及
一反射點位置及速度計算單元，用以依該反射點距離及該反射點角度產生一反射點位置，及依所述反射點位置之時間變化率產生一反射點速度。
其中，所述的反射點距離係由所述的延遲時間參數乘以光速再除以2而得。
在一實施例中，所述之使用多天線及多信號分類技術的車道切換輔助系統進一步具有一控制單元以控制該接收單元及該發送單元之操作。
在一實施例中，所述的反射點位置及所述的反射點速度係用以通知一車用電腦。
為使 貴審查委員能進一步瞭解本發明之結構、特徵及其目的，茲附以圖式及較佳具體實施例之詳細說明如后。
請參照圖1，其繪示本發明使用多天線及多信號分類技術的車道切換輔助方法其一較佳實施例之流程圖。如圖1所示，該較佳實施例具有以下步驟：利用多天線量測一背景信號(步驟a)；利用所述多天線量測一鄰近車道信號(步驟b)；使該鄰近車道信號與該背景信號相減以獲得一反射信號(步驟c)；依該反射信號之一延遲時間參數計算一反射點距離(步驟d)；對該反射信號執行一多信號分類運算以獲得一反射點角度(步驟e)；依該反射點距離及該反射點角度產生一反射點位置(步驟f)；以及依所述反射點位置之時間變化率產生一反射點速度(步驟g)。
在步驟a，所述的背景信號係對應至無鄰近車輛之情況。
在步驟b，所述的鄰近車道信號係對應至鄰近車道有車輛之情況。
步驟c係用以去除背景雜訊。
在步驟d，所述的反射點距離係由所述的延遲時間參數乘以光速再除以2而得。
在步驟e，所述的多信號分類運算係一種利用所收集到信號的頻譜特性，及以特徵值(Eigenvalue)分解的結果去估計信號到達的入射角度(Angle of Arrival, AOA)的高解析度估測方位法。這種方法也被稱為子空間分解法(Subspace-based Method)。
首先，令所述多天線之每根接收天線所對應的信號源為xj(t)，則一接收天線所得到的信號為si(t)，
在步驟a，所述的背景信號係對應至無鄰近車輛之情況。
在步驟b，所述的鄰近車道信號係對應至鄰近車道有車輛之情況。
步驟c係用以去除背景雜訊。
在步驟d，所述的反射點距離係由所述的延遲時間參數乘以光速再除以2而得。
在步驟e，所述的多信號分類運算係一種利用所收集到信號的頻譜特性，及以特徵值(Eigenvalue)分解的結果去估計信號到達的入射角度(Angle of Arrival, AOA)的高解析度估測方位法。這種方法也被稱為子空間分解法(Subspace-based Method)。
首先，令所述多天線之每根接收天線所對應的信號源為xj(t)，則一接收天線所得到的信號為si(t)，
其中，aj(θi)為信號xj(t)的導引向量(Steering Vector)，n(t)為雜訊向量。接著，計算該接收天線陣列輸入信號s(t)的自相關矩陣(Autocorrelation Matrix) Rss，Rss=E[s(t)sH(t)]。接著，將該自相關矩陣Rss做特徵分解(Eigen-Decomposition)以得到特徵值λi及所對應的特徵向量ei，Rssei=λiei。由信號源個數，選取相異特徵值λi所對應的特徵向量ei以生成信號子空間Es，Es=[e1,e2,…,eM]，而其餘的特徵向量則形成雜訊子空間EN，EN=[Em+1,em+2,…,eN]。利用信號導引向量與雜訊子空間彼此正交，使用一MUSIC(multiple signal classification)頻譜估測函數PMUSIC(θ)，PMUSIC(θ)=1/aH(θ)ENEN Ha(θ)
其中，a(θ)=[a(θ1),a(θ2),…,a(θN)]T。當我們找出PMUSIC(θ)最大值時，所得到的θ即為我們所估測信號到達的入射角度。
在步驟f，可依該反射點距離及該反射點角度產生一座標以代表所述的反射點位置。
在步驟g，所述的反射點速度係由接連產生的二所述反射點位置之差值除以一時間差決定。
依前述之方法，本發明進一步提出一使用多天線及多信號分類技術的車道切換輔助系統。請參照圖2，其繪示本發明使用多天線及多信號分類技術的車道切換輔助系統其一較佳實施例之方塊圖。如圖2所示，該系統具有一控制單元200、一發送單元210、一接收單元220、一反射點距離計算單元230、一反射點角度計算單元240、及一反射點位置及速度計算單元250。
控制單元200，較佳為一微控制器，係用以控制發送單元210及接收單元220之操作。
發送單元210具有一天線以發送一微波信號。
接收單元220具有複數個天線以接收一背景信號及一鄰近車道信號，及依該鄰近車道信號和該背景信號之差值產生一反射信號SA。
反射點距離計算單元230係用以依所述反射信號SA之一延遲時間參數Td計算一反射點距離DR，DR=C×Td/2，其中C代表光速。
反射點角度計算單元240係用以對所述反射信號SA執行一多信號分類運算以獲得一反射點角度θ。由於該多信號分類運算之原理已揭於圖1之說明中，故在此不擬贅述。
反射點位置及速度計算單元250係用以依該反射點距離DR及該反射點角度θ產生一反射點位置DL，及依所述反射點位置DL之時間變化率產生一反射點速度DV，DV=(DL(t2)-DL(t1))/(t2-t1)。在一實施例中，所述的反射點位置DL及所述的反射點速度DV係用以通知一車用電腦。
在一實測安排中，如圖3(a)-3(b)所示，本發明把設置本系統的車輛當作參考車輛，並將待測車輛放置在鄰近車道上，其中該參考車輛的車上放置有1根發送天線及有例如但不限於8根接收天線。該實施例使用中心頻率為2.44 GHz、頻寬為200MHz的微波信號當作量測信號。首先，當時間t=t1時，由該參考車輛經由該發射天線發射微波信號，信號經由該待測車輛反射後，由所述的8根接收天線接收信號。因為待測車輛的反射面可產生多個有效的延遲時間點的峰值反射信號，而對於每個延遲時間Td，可以得到對應的反射點的距離DR,DR=C×Td/2，其中，C為光速。若將每個有效延遲時間點的8個峰值反射信號使用MUSIC計算，可以得到反射點信號的入射角度θ，因此，可以換算出一組反射點估計位置DL。所以，多個有效的延遲時間點可以得到多個反射點估計座標。若我們進行連續量測，則在下一個時間t = t2時產生第二次發射信號，並進行接收與分析，可以得到第二組多個反射點估計座標。最後，我們可以使用兩次量測的時間差△t=t2-t1及反射點的移動距離△L=DL(t2)-DL(t1)得到待測車輛相對於參考車輛的相對速度DV, DV=△L/△t。因此，我們可以將每次得到的多個反射點估計位置，經過運算後得到待測車輛的位置—平均座標，也可以利用兩個量測時間點的時間差和所估測出來的距離差，計算並估算出待測車輛的相對速度，其結果如圖4所示。
由前述可知，本發明係在一參考車輛上安裝一微波系統，在該微波系統的接收端使用多根接收天線，並且將接收到的反射信號利用傳播延遲時間及多信號分類技術的演算法，去估計鄰近車道一待測車輛的距離和角度，以得到該待測車輛的位置，並且也可以利用連續量測的時間差，估算出該待測車輛的相對速度。因此，本發明能改善使用後視鏡及側視鏡的死角問題，也能解決使用攝影機技術時容易受到光線及氣候影響的問題。
本案所揭示者，乃較佳實施例，舉凡局部之變更或修飾而源於本案之技術思想而為熟習該項技藝之人所易於推知者，俱不脫本案之專利權範疇。
綜上所陳，本案無論就目的、手段與功效，在在顯示其迥異於習知之技術特徵，且其首先發明合於實用，亦在在符合發明之專利要件，懇請 貴審查委員明察，並祈早日賜予專利，俾嘉惠社會，實感德便。
其中，a(θ)=[a(θ1),a(θ2),…,a(θN)]T。當我們找出PMUSIC(θ)最大值時，所得到的θ即為我們所估測信號到達的入射角度。
在步驟f，可依該反射點距離及該反射點角度產生一座標以代表所述的反射點位置。
在步驟g，所述的反射點速度係由接連產生的二所述反射點位置之差值除以一時間差決定。
依前述之方法，本發明進一步提出一使用多天線及多信號分類技術的車道切換輔助系統。請參照圖2，其繪示本發明使用多天線及多信號分類技術的車道切換輔助系統其一較佳實施例之方塊圖。如圖2所示，該系統具有一控制單元200、一發送單元210、一接收單元220、一反射點距離計算單元230、一反射點角度計算單元240、及一反射點位置及速度計算單元250。
控制單元200，較佳為一微控制器，係用以控制發送單元210及接收單元220之操作。
發送單元210具有一天線以發送一微波信號。
接收單元220具有複數個天線以接收一背景信號及一鄰近車道信號，及依該鄰近車道信號和該背景信號之差值產生一反射信號SA。
反射點距離計算單元230係用以依所述反射信號SA之一延遲時間參數Td計算一反射點距離DR，DR=C×Td/2，其中C代表光速。
反射點角度計算單元240係用以對所述反射信號SA執行一多信號分類運算以獲得一反射點角度θ。由於該多信號分類運算之原理已揭於圖1之說明中，故在此不擬贅述。
反射點位置及速度計算單元250係用以依該反射點距離DR及該反射點角度θ產生一反射點位置DL，及依所述反射點位置DL之時間變化率產生一反射點速度DV，DV=(DL(t2)-DL(t1))/(t2-t1)。在一實施例中，所述的反射點位置DL及所述的反射點速度DV係用以通知一車用電腦。
在一實測安排中，如圖3(a)-3(b)所示，本發明把設置本系統的車輛當作參考車輛，並將待測車輛放置在鄰近車道上，其中該參考車輛的車上放置有1根發送天線及有例如但不限於8根接收天線。該實施例使用中心頻率為2.44 GHz、頻寬為200MHz的微波信號當作量測信號。首先，當時間t=t1時，由該參考車輛經由該發射天線發射微波信號，信號經由該待測車輛反射後，由所述的8根接收天線接收信號。因為待測車輛的反射面可產生多個有效的延遲時間點的峰值反射信號，而對於每個延遲時間Td，可以得到對應的反射點的距離DR,DR=C×Td/2，其中，C為光速。若將每個有效延遲時間點的8個峰值反射信號使用MUSIC計算，可以得到反射點信號的入射角度θ，因此，可以換算出一組反射點估計位置DL。所以，多個有效的延遲時間點可以得到多個反射點估計座標。若我們進行連續量測，則在下一個時間t = t2時產生第二次發射信號，並進行接收與分析，可以得到第二組多個反射點估計座標。最後，我們可以使用兩次量測的時間差△t=t2-t1及反射點的移動距離△L=DL(t2)-DL(t1)得到待測車輛相對於參考車輛的相對速度DV, DV=△L/△t。因此，我們可以將每次得到的多個反射點估計位置，經過運算後得到待測車輛的位置—平均座標，也可以利用兩個量測時間點的時間差和所估測出來的距離差，計算並估算出待測車輛的相對速度，其結果如圖4所示。
由前述可知，本發明係在一參考車輛上安裝一微波系統，在該微波系統的接收端使用多根接收天線，並且將接收到的反射信號利用傳播延遲時間及多信號分類技術的演算法，去估計鄰近車道一待測車輛的距離和角度，以得到該待測車輛的位置，並且也可以利用連續量測的時間差，估算出該待測車輛的相對速度。因此，本發明能改善使用後視鏡及側視鏡的死角問題，也能解決使用攝影機技術時容易受到光線及氣候影響的問題。
本案所揭示者，乃較佳實施例，舉凡局部之變更或修飾而源於本案之技術思想而為熟習該項技藝之人所易於推知者，俱不脫本案之專利權範疇。
綜上所陳，本案無論就目的、手段與功效，在在顯示其迥異於習知之技術特徵，且其首先發明合於實用，亦在在符合發明之專利要件，懇請 貴審查委員明察，並祈早日賜予專利，俾嘉惠社會，實感德便。
200．．．控制單元
210．．．發送單元
220．．．接收單元
230．．．反射點距離計算單元
240．．．反射點角度計算單元
250．．．反射點位置及速度計算單元
圖1繪示本發明使用多天線及多信號分類技術的車道切換輔助方法其一較佳實施例之流程圖。
圖2繪示本發明使用多天線及多信號分類技術的車道切換輔助系統其一較佳實施例之方塊圖。
圖3(a)-3(b)為示意圖，其繪示本發明之一實測安排。
圖4為圖3之一實測結果。
200．．．控制單元
210．．．發送單元
220．．．接收單元
230．．．反射點距離計算單元
240．．．反射點角度計算單元
250．．．反射點位置及速度計算單元
Claims (7)
- 一種使用多天線及多信號分類技術的車道切換輔助方法，包含以下諸步驟:
利用多天線量測一背景信號；
利用所述多天線量測一鄰近車道信號；
使該鄰近車道信號與該背景信號相減以獲得一反射信號；
依該反射信號之一延遲時間參數計算一反射點距離；
對該反射信號執行一多信號分類運算以獲得一反射點角度；以及
依該反射點距離及該反射點角度產生一反射點位置。 - 如申請專利範圍第1項所述之使用多天線及多信號分類技術的車道切換輔助方法，其進一步包含以下步驟:
依所述反射點位置之時間變化率產生一反射點速度。 - 如申請專利範圍第1項所述之使用多天線及多信號分類技術的車道切換輔助方法，其中所述的反射點距離係由所述的延遲時間參數乘以光速再除以2而得。
- 一種使用多天線及多信號分類技術的車道切換輔助系統，具有:
一發送單元，具有一天線以發送一微波信號；
一接收單元，具有複數個天線以接收一背景信號及一鄰近車道信號，及依該鄰近車道信號和該背景信號之差值產生一反射信號；
一反射點距離計算單元，用以依所述反射信號之一延遲時間參數計算一反射點距離；
一反射點角度計算單元，用以對所述反射信號執行一多信號分類運算以獲得一反射點角度；以及
一反射點位置及速度計算單元，用以依該反射點距離及該反射點角度產生一反射點位置，及依所述反射點位置之時間變化率產生一反射點速度。 - 如申請專利範圍第4項所述之使用多天線及多信號分類技術的車道切換輔助系統，其中所述的反射點距離係由所述的延遲時間參數乘以光速再除以2而得。
- 如申請專利範圍第4項所述之使用多天線及多信號分類技術的車道切換輔助系統，其進一步具有一控制單元，用以控制該接收單元及該發送單元之操作。
- 如申請專利範圍第4項所述之使用多天線及多信號分類技術的車道切換輔助系統，其中所述的反射點位置及所述的反射點速度係用以通知一車用電腦。
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| TWI898805B (zh) * | 2024-08-28 | 2025-09-21 | 立積電子股份有限公司 | 雷達裝置及雷達偵測方法 |
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2012
- 2012-05-10 TW TW101116596A patent/TW201346853A/zh not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI898805B (zh) * | 2024-08-28 | 2025-09-21 | 立積電子股份有限公司 | 雷達裝置及雷達偵測方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TWI460689B (zh) | 2014-11-11 |
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