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TWI758920B - 相對位置定位系統及其相對位置定位方法 - Google Patents

相對位置定位系統及其相對位置定位方法 Download PDF

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TWI758920B
TWI758920B TW109137271A TW109137271A TWI758920B TW I758920 B TWI758920 B TW I758920B TW 109137271 A TW109137271 A TW 109137271A TW 109137271 A TW109137271 A TW 109137271A TW I758920 B TWI758920 B TW I758920B
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許桓瑞
許仲良
林筱娟
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聚眾聯合科技股份有限公司
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Abstract

一種相對位置定位系統及其相對位置定位方法。方法包括以下步驟：控制複數之接收器廣播複數之定位訊號；使主裝置接收複數之定位訊號後，回傳第一回覆訊號；控制複數之第一接收器傳輸第一定位資料至主裝置，使主裝置找出與複數之第一接收器間之複數之距離；其中複數之第一接收器為有接收到第一回覆訊號之裝置；使待測裝置接收複數之定位訊號後，回傳第二回覆訊號；控制第二接收器傳輸第二定位資料至主裝置；其中第二接收器屬於複數之第一接收器且有接收到第二回覆訊號之裝置；以及計算出主裝置與待測裝置之相對位置關係。

Description

相對位置定位系統及其相對位置定位方法
本發明係關於一種相對位置定位系統及其相對位置定位方法，特別是一種可以快速找出位置的相對位置定位系統及其相對位置定位方法。
傳統上裝置的定位方法常常使用三角定位原理，計算出物體本身在地圖上的位置。先前技術中若要找出兩個物體的距離位置，還需要再各自找出三個已知位置的定位點。得到共六個位置後，計算出兩個物體的座標值，即x值與y值，才能進一步計算出兩個物體間的距離。所以先前技術的計算方式太過繁瑣，會耗費太多的時間。若其中一個物體在跑動狀態下，太慢的計算過程就無法即時偵測到物體的位置。
因此，有必要發明一種新的相對位置定位系統及其相對位置定位方法，以解決先前技術的缺失。
本發明之主要目的係在提供一種相對位置定位系統，可以具有快速找出位置之效果。
本發明之另一主要目的係在提供一種用於上述系統之相對位置定位方法。
為達成上述之目的，本發明之相對位置定位系統用於一空間內，空間內還可具有待測裝置。相對位置定位系統包括複數之接收器及主裝置。複數之接收器皆位於空間內，其中每一接收器皆包括第一訊號傳輸模組及資料整合模組。第一訊號傳輸模組用以發射定位訊號。資料整合模組係電性連接第一訊號傳輸模組。主裝置包括第二訊號傳輸模組及計算模組。第二訊號傳輸模組用以接收定位訊號後，回傳第一回覆訊號；其中資料整合模組根據第一回覆訊號以產生第一定位資料。計算模組係電性連接第二訊號傳輸模組。其中當複數之第一接收器接收到第一回覆訊號後，複數之第一接收器之第一訊號傳輸模組係傳輸第一定位資料至第二訊號傳輸模組，使計算模組找出與複數之第一接收器間之複數之距離；且於待測裝置位於空間內時，使待測裝置係於接收複數之定位訊號後，回傳第二回覆訊號；有接收到第二回覆訊號之第二接收器之第一訊號傳輸模組再傳輸第二定位資料至第二訊號傳輸模組，其中第二接收器屬於複數之第一接收器；藉此計算模組再根據該第二定位資料計算出主裝置與待測裝置之相對位置關係。
本發明之相對位置定位之方法係用於相對位置定位系統以找出空間內之主裝置與待測裝置之相對位置關係。空間內還包括複數之接收器。該方法包括以下步驟：控制複數之接收器廣播複數之定位訊號；使主裝置接收複數之定位訊號後，回傳第一回覆訊號；控制複數之第一接收器傳輸第一定位資料至主裝置，使主裝置找出與複數之第一接收器間之複數之距離；其中複數之第一接收器有接收到第一回覆訊號；使待測裝置接收複數之定位訊號後，回傳第二回覆訊號；控制第二接收器傳輸第二定位資料至主裝置；其中第二接收器屬於複數之第一接收器且有接收到第二回覆訊號；以及再根據第二定位資料計算出主裝置與待測裝置之相對位置關係。
為能讓 貴審查委員能更瞭解本發明之技術內容，特舉較佳具體實施例說明如下。
請先參考圖1係本發明之相對位置定位系統之系統架構圖。
於本發明之一實施例中，相對位置定位系統1用於一空間A內。空間A可以為室內或室外的場地，本發明並不限於此。相對位置定位系統1包括複數之接收器10及主裝置20，主裝置20係利用複數之接收器10得知進入空間A內的待測裝置30的相對位置。接收器10、主裝置20及待測裝置30皆可傳輸無線訊號，例如傳輸符合藍牙Mesh或低功耗藍牙信標(Bluetooth beacon)標準之訊號，但本發明並不僅限於此訊號類型。複數之接收器10皆位於該空間A內，且複數之接收器10的位置座標皆為已知。接收器10可以為任何的電腦系統、基地台、家電或家具等等的裝置，本發明並不限定其種類。每一接收器10皆包括第一訊號傳輸模組11及資料整合模組12。第一訊號傳輸模組11用以對外不斷廣播定位訊號。定位訊號可以傳輸到主裝置20或是待測裝置30，且第一訊號傳輸模組11也可以接收主裝置20或是待測裝置30之回傳訊號。資料整合模組12係電性連接該第一訊號傳輸模組11，用以整合第一訊號傳輸模組11所接到的訊號。
主裝置20可以為智慧型手機或是智慧型穿戴裝置，但本發明並不限於此。主裝置20包括第二訊號傳輸模組21及計算模組22。第二訊號傳輸模組21用以接收複數之定位訊號後，回傳一第一回覆訊號到接收器10，接收器10的該資料整合模組12再根據該第一回覆訊號以產生一第一定位資料。上述的定位訊號及第一回覆訊號可以分別為接收器10及主裝置20的一識別碼、一功率準位或一無線接收信號強度(RSSI)，所以資料整合模組12產生的第一定位資料可以同時包括兩者的識別碼、功率準位或無線接收信號強度，第一訊號傳輸模組11再將第一定位資料回傳到主裝置20。接收器10可以藉由調整該功率準位以調整精準度，在功率準位的分貝數增加後可以得到較強的訊號強度，就可讓計算結果更精準。計算模組22係電性連接該第二訊號傳輸模組21，計算模組22可以根據接收器10所傳輸第一定位資料，找出與接收器10間的距離。再接收到複數個第一定位資料的情況下，計算模組22就可以分別算出主裝置20與複數個接收器之間的距離。藉此，只要得知三個與接收器之間的距離，計算模組22即可利用三角定位原理，計算出主裝置20本身在地圖上的座標。由於三角定位原理已經被本發明所屬技術領域中具通常知識者所熟知，故在此不再贅述其原理。
待測裝置30同樣可以為智慧型手機或是智慧型穿戴裝置，且可以放在寵物、孩童或其他移動中的物品身上。也具有可以傳輸訊號的第三訊號傳輸模組31。當該待測裝置30進入位於該空間A內時，該待測裝置30的第三訊號傳輸模組31同樣也在接收該複數之定位訊號後回傳一第二回覆訊號到接收器10。此時有接收到該第二回覆訊號之接收器10之資料整合模組12再根據該第二回覆訊號以產生一第二定位資料。第二定位資料同樣可以包括接收器10及待測裝置30的識別碼、功率準位或無線接收信號強度。該第一訊號傳輸模組11再傳輸第二定位資料至主裝置20的第二訊號傳輸模組21，藉此計算模組22可以找出該主裝置20與該待測裝置30之該相對位置關係。
需注意的是，計算模組22可以利用第一定位資料及第二定位資料找出該主裝置20與該待測裝置30到接收器10之兩直線距離，再利用與該待測裝置30位於同方位的接收器10找出約略夾角。藉由此兩個直線及一個夾角，就可以得知主裝置20到該待測裝置30的距離及角度，以得知兩裝置的相對位置。
需注意的是，接收器10、主裝置20及待測裝置30具有的各模組可以為硬體裝置、軟體程式結合硬體裝置、韌體結合硬體裝置等方式架構而成，例如可以將一電腦程式產品儲存於一電腦可讀取媒體中讀取並執行以達成本發明之各項功能，但本發明並不以上述的方式為限。此外，本實施方式僅例示本發明之較佳實施例，為避免贅述，並未詳加記載所有可能的變化組合。然而，本領域之通常知識者應可理解，上述各模組或元件未必皆為必要。且為實施本發明，亦可能包含其他較細節之習知模組或元件。各模組或元件皆可能視需求加以省略或修改，且任兩模組間未必不存在其他模組或元件。
關於找出待測裝置30的相對位置的詳細方式請參考圖2係本發明之相對位置定位方法之步驟流程圖及圖3係本發明之主裝置、待測裝置或複數之接收器之相關位置示意圖。此處需注意的是，以下雖以上述相對位置定位系統1為例說明本發明之相對位置定位方法，但本發明之相對位置定位方法並不以使用在上述相同結構的相對位置定位系統1為限。
並需注意的是，以下將複數之接收器10依不同用途分為複數之第一接收器101、第二接收器102及第三接收器103。複數之第一接收器101為傳輸第一定位資料到主裝置20以供計算模組22進行距離計算的複數裝置。第二接收器102為傳輸第二定位資料到主裝置20以供計算模組22進行距離計算的裝置，且第二接收器102必定屬於複數之第一接收器101內的其中一個裝置。第三接收器103則為供計算模組22進行角度計算的裝置。
以圖3所示的圖式為例，相對位置定位系統1可以包括9個接收器10a到10i，但本發明並不以此數量為限，接收器10a到10i的排列方式也不以圖3的示例為限。故首先進行步驟201：控制該複數之接收器發射複數之定位訊號。
首先接收器10a到10i會隨時廣播定位訊號。
其次進行步驟202：使該主裝置接收該複數之定位訊號後，回傳一第一回覆訊號。
此時主裝置20的第二訊號傳輸模組21可以接收該複數之定位訊號後，並回傳一第一回覆訊號。故主裝置20的第二訊號傳輸模組21可能會接收比較靠近的接收器10a、10b、10d的定位訊號後，將第一回覆訊號回傳給接收器10a、10b、10d。
接著進行步驟203：控制複數之第一接收器整合及傳輸一第一定位資料至該主裝置，使該主裝置找出與該複數之第一接收器間之複數之距離。
接著有接收到該第一回覆訊號的複數之第一接收器101，即接收器10a、10b、10d的資料整合模組12會各自整合出第一定位資料，第一訊號傳輸模組11再傳輸第一定位資料到主裝置20。藉此，主裝置20的計算模組22可以利用三角定位原理算出主裝置20與接收器10a、10b、10d之間的距離D1、D2、D3，以進一步得知主裝置20的座標。
再進行步驟204：使該待測裝置接收該複數之定位訊號後，回傳一第二回覆訊號。
當待測裝置30進入空間A內時，待測裝置30的第三訊號傳輸模組31也同樣可能會接收到接收器10a到10i的其中至少一個定位訊號。所以待測裝置30的第三訊號傳輸模組31會回傳第二回覆訊號。
接著進行步驟205：控制一第二接收器整合及傳輸一第二定位資料至該主裝置。
根據距離的遠近，並非每個接收器10a到10i都會接收到第二回覆訊號。而有接收到第二回覆訊號的第二接收器102的資料整合模組12就會根據第二回覆訊號及第二接收器102的定位訊號整合出第二定位資料，再藉由第一訊號傳輸模組11傳輸到主裝置20。第二接收器102還必須是屬於複數之第一接收器101內的裝置，所以本實施例中第二接收器102就為接收器10d。
最後進行步驟206：計算出該主裝置與該待測裝置之該相對位置關係。
最後主裝置20的計算模組22會根據第二定位資料計算出待測裝置30到接收器10d間的距離D4。並且以第二接收器102為基準，利用與該待測裝置30位於同方位的第三接收器103找出夾角θ。也就是從接收器10d來看，接收器10i與待測裝置30是位於同方位，所以本實施例中第三接收器103就為接收器10i。主裝置20的計算模組22可以根據接收器10d到接收器10i的位置、距離以及斜率計算出夾角θ。由於接收器10d到接收器10i與接收器10d到待測裝置30間的斜率較接近，故可以根據夾角θ及距離D3、D4算出主裝置20與待測裝置30間的距離D5的約略長度及斜率，藉此就可以知道主裝置20與待測裝置30間的相對位置。
此處需注意的是，本發明之相對位置定位方法並不以上述之步驟次序為限，只要能達成本發明之目的，上述之步驟次序亦可加以改變。
藉由本案的相對位置定位方法及相對位置定位系統1，即可不受限於網路Wi-Fi的限定，快速地在特定空間A內找出待測裝置30的約略位置，不須繁瑣地算出待測裝置30的精確座標。
綜上所陳，本發明無論就目的、手段及功效，在在均顯示其迥異於習知技術之特徵，懇請  貴審查委員明察，早日賜准專利，俾嘉惠社會，實感德便。惟應注意的是，上述諸多實施例僅係為了便於說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。
1:相對位置定位系統 10、10a、10b、10c、10d、10e、10f、10g、10h、10i:接收器 101:第一接收器 102:第二接收器 103:第三接收器 11:第一訊號傳輸模組 12:資料整合模組 20:主裝置 21:第二訊號傳輸模組 22:計算模組 30:待測裝置 31:第三訊號傳輸模組 A:空間 D1、D2、D3、D4、D5:距離 θ:夾角
圖1係本發明之相對位置定位系統之系統架構圖。 圖2係本發明之相對位置定位方法之步驟流程圖。 圖3係本發明之主裝置、待測裝置或複數之接收器之相關位置示意圖。
1:相對位置定位系統
10:接收器
11:第一訊號傳輸模組
12:資料整合模組
20:主裝置
21:第二訊號傳輸模組
22:計算模組
30:待測裝置
31:第三訊號傳輸模組
A:空間

Claims (14)

  1. 一種相對位置定位之方法，係用於一相對位置定位系統以找出一空間內之一主裝置與一待測裝置之一相對位置關係，該空間內還包括複數之接收器，該方法包括以下步驟： 控制該複數之接收器廣播複數之定位訊號； 使該主裝置接收該複數之定位訊號後，回傳一第一回覆訊號； 控制複數之第一接收器整合並傳輸一第一定位資料至該主裝置，使該主裝置找出與該複數之第一接收器間之複數之距離；其中該複數之第一接收器為有接收到該第一回覆訊號之裝置； 使該待測裝置接收該複數之定位訊號後，回傳一第二回覆訊號； 控制一第二接收器整合並傳輸一第二定位資料至該主裝置；其中該第二接收器屬於該複數之第一接收器且為有接收到該第二回覆訊號之裝置；以及 再根據該第二定位資料計算出該主裝置與該待測裝置之該相對位置關係。
  2. 如請求項1所述之相對位置定位之方法，更包括以下步驟： 找出該主裝置與該待測裝置對第二接收器之一夾角及兩直線距離，以使該主裝置得知與該待測裝置之該相對位置關係。
  3. 如請求項2所述之相對位置定位之方法，更包括以下步驟： 利用一第三接收器預先推算該夾角，其中該第三接收器係與該待測裝置位於同方位。
  4. 如請求項1到3之任一項所述之相對位置定位之方法，更包括找出三個接收器間作為該複數之第一接收器之步驟。
  5. 如請求項1所述之相對位置定位之方法，更包括以下步驟： 整合該複數之第一接收器之該複數之定位訊號及該第一回覆訊號以成為該第一定位資料；以及 整合該第二接收器之該定位訊號及該第二回覆訊號以成為該第二定位資料。
  6. 如請求項5所述之相對位置定位之方法，其中整合成該第一定位資料或該第二定位資料之步驟更包括整合該主裝置、該待測裝置或該複數之接收器各自具有之一識別碼、一功率準位或一無線接收信號強度(RSSI)以成為該第一定位資料或該第二定位資料。
  7. 如請求項6所述之相對位置定位之方法，更包括藉由調整該功率準位以調整精準度的步驟。
  8. 一種相對位置定位系統，用於一空間內，該空間內還可具有一待測裝置；該相對位置定位系統包括： 複數之接收器，皆位於該空間內，其中每一接收器皆包括： 一第一訊號傳輸模組，用以廣播一定位訊號；以及 一資料整合模組，係電性連接該第一訊號傳輸模組；以及 一主裝置，包括： 一第二訊號傳輸模組，用以接收該定位訊號後，回傳一第一回覆訊號；其中該資料整合模組根據該第一回覆訊號以產生一第一定位資料；以及 一計算模組，係電性連接該第二訊號傳輸模組； 其中當複數之第一接收器接收到該第一回覆訊號後，該複數之第一接收器之該第一訊號傳輸模組係傳輸一第一定位資料至該第二訊號傳輸模組，使該計算模組找出與該複數之第一接收器間之複數之距離；且於該待測裝置位於該空間內時，使該待測裝置係於接收該複數之定位訊號後，回傳一第二回覆訊號；有接收到該第二回覆訊號之一第二接收器之該第一訊號傳輸模組再傳輸一第二定位資料至該第二訊號傳輸模組，其中該第二接收器屬於該複數之第一接收器；藉此該計算模組再根據該第二定位資料計算出該主裝置與該待測裝置之該相對位置關係。
  9. 如請求項8所述之相對位置定位系統，其中該計算模組係找出該主裝置與該待測裝置到第二接收器之一夾角及兩直線距離，以使該主裝置得知與該待測裝置之該相對位置關係。
  10. 如請求項9所述之相對位置定位系統，其中該計算模組係利用一第三接收器預先推算該夾角，其中該第三接收器與該待測裝置位於同方位。
  11. 如請求項8到10之任一項所述之相對位置定位系統，其中該計算模組係找出三個接收器間作為該複數之第一接收器。
  12. 如請求項8所述之相對位置定位系統，其中該複數之第一接收器之該資料整合模組係整合該複數之第一接收器之該複數之定位訊號及該第一回覆訊號以成為該第一定位資料；該第二接收器之該資料整合模組係整合該第二接收器之該定位訊號及該第二回覆訊號以成為該第二定位資料。
  13. 如請求項12所述之相對位置定位系統，其中該第一定位資料或該第二定位資料包括該主裝置、該待測裝置或該複數之接收器各自具有之一識別碼、一功率準位或一無線接收信號強度。
  14. 如請求項13所述之相對位置定位系統，其中該複數之接收器藉由調整該功率準位以調整精準度。
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