TWI574029B - 測距方法、測距裝置、定位裝置與定位方法 - Google Patents

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測距方法、測距裝置、定位裝置與定位方法
本發明是有關於一種測距(ranging)方法，且特別是一種測距方法和裝置，其考量到接收的無線測距信號的上升時間(rising time)因雜訊所產生的一統計值(例如，當此雜訊為可加性白色高斯雜訊(Additive White Gaussian Noise，AWGN)時，此統計值即為時間延展(time spread)的一標準差(standard deviation))，以及使用有上述測距方法或裝置的一種定位(location)方法和裝置。
測距方法和裝置主要是透過使用一個無線測距信號來估測出物件(object)與測距裝置之間的距離。理想地，由於無線測距信號會隨著距離的增加衰減(attenuate)，因此，目前市售的測距裝置大多是藉由檢測所接收到的無線測距信號的信號強度衰減之情形，來估測出物件與測距裝置之間的距離。然而，事實上，信號強度的衰減更反映於通道響應(channel response)上，如此一來使得這類型的測距裝置必須也考量到通道響應所帶來的影響。然而，對於這類僅利用檢測無線測距信號之信號強度衰減的測距裝置來說，因其需要額外地使用一通道估測器(channel estimator)來取得此通道響應，故增加了較多的成本。此外，若通道是在快速變化(fast changed)(即非靜態的通道)的情況下，則估測出來的物件與測距裝置之間的距離，相較於物件與測距裝置之間的實際距離，可能會有較大的落差。
此外，由於物件會吸收有來自發射機傳播至接收機而來的電磁波(Electro-Magnetic Wave，EMW)，故接收到的信號的強度會合理地被減低。另外，若物件在第一菲涅耳區(first Fresnel zone)上被有所阻隔，則接收到的信號水平(例如，接收訊號強度指標(Received Signal Strength Indicator，RSSI))應該也會合理地被衰減。舉例來說，物件可能是易於大量吸收電磁波的厚重混凝土牆(特別是當混凝土牆是濕的情況)、煤層、水或類似等物體。
總而言之，基於自由空間傳輸模型所進行的距離估測會具有較大的誤差，其中由周圍物件所引起的額外衰減、反射、擴散繞射和類似的物理影響(上述影響取決於周圍物件的性質、尺寸、電性等)將會相對地提高其誤差。
另外一種目前市售的測距裝置係計算或計數所接收到無線測距信號的間隔時間(trip time)，以估測出物件與測距裝置之間的距離，其中所述的間隔時間包括接收到無線測距信號的上升時間。由於間隔時間為所接收到的無線測距信號的上升時間與發射出的無線測距信號的上升時間之間的時間差，故間隔時間也可被稱為延遲時間(delay time)。然而，由於通道內不可避免地存在有雜訊的干擾，因此使得所接收到的無線測距信號的上升時間將會被擴展(spread)，也就是說，所接收到的無線測距信號的上升時間將相對地被延長(lengthened)。因此，所估測出的物件與測距裝置之間的距離可能會小於物件與測距裝置之間的實際距離。
此外，某些定位裝置可能使用有上述的測距裝置，其中測距裝置被用於估測出物件與測距裝置之間的距離，而定位裝置則再根據所估測出的多個距離來確定出此定位裝置的位置，或者是，物件與測距裝置之間的距離經由測距裝置所估測出之後，而定位裝置則再根據所估測出的多個距離來確定出此物件的位置。不論如何，可以知道的是，測距裝置的測距精確度越高，則定位裝置的定位精確度也越高。因此，需要一個較高測距精確準度的測距裝 置。
本發明實施例提供一種適用於測距裝置中的測距方法，其步驟說明如下。首先，取得接收到的無線信號的間隔時間，其中接收到的無線信號為來自於某一物件的無線信號。其次，計算接收到的無線信號的上升時間的統計值。接著，根據此上升時間的統計值來對此間隔時間進行校正。最後，根據校正後的間隔時間估測出此物件與此測距裝置之間的距離。
本發明實施例另提供一種測距裝置。所述的測距裝置包括實體模組(physic module，PHY module)、媒體存取控制模組(Medium Access Control module，MAC module)、控制器以及測距模組，其中媒體存取控制模組連接於實體模組，控制器連接於媒體存取控制模組，測距模組連接於媒體存取控制模組與控制器之間。實體模組用以接收無線信號，而測距模組則用以執行以上所述的測距方法。
除此之外，本發明實施例另提供一種使用有上述測距方法或裝置的定位方法和裝置。所述定位方法與裝置利用測距裝置或方法可以估測出此定位裝置與多個物件之間的多個距離，並且進而根據這些距離以判斷出此定位裝置的位置。
此外，在本發明的實施例中，當考量到雜訊為可加性白色高斯雜訊時，此上升時間的統計值即為此上升時間的一標準差。
綜上所述，相較於傳統的測距和定位方法或裝置，本發明實施例所提供的測距和定位方法或裝置進而具有較高的精確度。
為使能更進一步瞭解本發明之特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，但是此等說明與所附圖式僅係用來說明本發明，而非對本發明的權利範圍作任何的限制。
10、20~22‧‧‧基地台
12、13‧‧‧物件
14、24‧‧‧行動電話
R、R1~R3‧‧‧距離
tR‧‧‧間隔時間
trise1、trise2、trise、tEmitted‧‧‧上升時間
n(t)‧‧‧雜訊
A‧‧‧理想振幅
△trise‧‧‧測量誤差、標準差
4‧‧‧測距裝置
40‧‧‧測距模組
41、61‧‧‧控制器
42、62‧‧‧媒體存取控制模組
43、63‧‧‧實體模組
6‧‧‧定位裝置
60‧‧‧定位模組
S701~S704、S711~S715、S721~S723‧‧‧流程步驟
圖1A是本發明實施例所提供的測距原理之示意圖。
圖1B是本發明實施例所提供的測距裝置所發射出的無線測距信號以及經由物件響應後所回傳的理想無線回應信號的波形示意圖。
圖2A是本發明另一實施例所提供的測距原理之示意圖。
圖2B是本發明另一實施例所提供的接收到的理想無線測距信號的波形示意圖。
圖3是本發明實施例所提供的接收到的真實無線測距信號的波形示意圖。
圖4是本發明實施例所提供的測距裝置之功能方塊圖。
圖5是本發明實施例所提供的定位原理之示意圖。
圖6是本發明實施例所提供的定位裝置之功能方塊圖。
圖7A是本發明實施例所提供的測距方法之流程示意圖。
圖7B是本發明另一實施例所提供的測距方法之流程示意圖。
圖7C是本發明另一實施例所提供的測距方法之流程示意圖。
在下文中，將藉由圖式說明本發明之各種實施例來詳細描述本發明。然而，本發明概念可能以許多不同形式來體現，且不應解釋為限於本文中所闡述之例示性實施例。此外，在圖式中相同參考數字可用以表示類似的元件。
請參圖1A，圖1A是本發明實施例所提供的測距原理之示意圖。測距裝置係設置於基地台10處，並且在此測距裝置內包含有一電路，以用來估測出某一物件12(例如，車子)與此測距裝置(或基地台10)之間的距離R。
在本實施例中，測距裝置先發射出一個無線測距信號至物件12，然後，物件12響應於來自測距裝置的此無線測距信號，而回 傳一個無線回應信號(wireless acknowledge signal)，又或者，物件12反射此無線測距信號，以使一無線反射信號(wireless reflection signal)從物件12傳遞至此測距裝置。總而言之，本發明並不限制測距裝置接收之無線信號是透過反射或回應所產生的。以下實施例是以此無線回應信號作為例子來說明本發明的測距方法，但本發明並不以此為限制。因此，本技術領域中具有通常知識者應可理解，下圖1A和圖1B實施例中所相對描述到的無線回應信號亦可改由無線反射信號來代替。
測距裝置接收到的是來自於物件12所回傳的無線回應信號，因此，藉由圖1A可知，無線測距信號與無線回應信號的總傳輸距離為2R，也就是說，此物件12與此測距裝置(即基地台10)之間的距離應為R。
請同時參閱圖1A與圖1B，圖1B是本發明實施例所提供的測距裝置所發射出的無線測距信號以及經由物件響應後所回傳的理想無線回應信號的波形示意圖。經由物件響應後所回傳的理想無線回應信號係被測距裝置接收，其中測距裝置所接收到的此理想無線回應信號的間隔時間(亦稱作為延遲時間)被定義為tR(其已扣除掉內部處理時間)。具體來說，間隔時間tR表示接收到此理想無線回應信號(圖1B下方的信號)的上升時間trise2與所發射出的無線測距信號(圖1B上方的信號)的上升時間trise1之間的時間差。間隔時間tR的計算(即開始與停止事件)是發生在信號準位超過某一門檻值時，因此，此門檻值係選自於理想振幅A之最低值(0%)與最高值(100%)之間。例如，一般來說門檻值通常是會選擇在理想振幅A之中間值(50%)處。因此，測距裝置可以估測出接收到之理想無線回應信號的間隔時間tR，並且根據間隔時間tR估測出物件12與測距裝置之間的距離R，例如R=ctR/2，其中c為光速。
請參閱圖2A，圖2A是本發明另一實施例所提供的測距原理之示意圖。在本實施例中，測距裝置係設置於行動電話14中，並且 此測距裝置內包含有電路，以用來估測出某一物件13(例如，基地台)與此測距裝置(或行動電話14)之間的距離R。
在本實施例中，物件13直接發射有一個無線測距信號至測距裝置，並且測距裝置會接收無線測距信號。因此，無線測距信號的總傳輸距離為R，也就是說，物件13與測距裝置(即行動電話14)之間的距離亦為R。
請同時參閱圖2A與圖2B，圖2B是本發明另一實施例所提供的接收到的理想無線測距信號的波形示意圖。測距裝置會接收無線測距信號，且還會獲得此發射出之無線測距信號的上升時間tEmitted，因此同樣可將測距裝置所接收到的理想無線測距信號的間隔時間(亦稱作為延遲時間)定義為tR。具體來說，間隔時間tR表示為接收到的此理想無線測距信號的上升時間trise與此發射出之無線測距信號之上升時間tEmitted之間的時間差。因此，測距裝置可以估測出接收到的此理想無線測距信號的間隔時間tR，並且根據間隔時間tR進而估測出物件13與測距裝置之間的距離R，例如R=ctR。
值得注意的是，上述採用的各方式在此僅是用以舉例，其並非用以限制本發明。換句話說，本發明所提供的測距裝置或方法是可適用於不同類型之基於時間之(time based)測量(估測)技術，例如，單向(one way)、雙向(two ways)或對稱雙邊(symmetrical-double sided)的往返時間(Round Trip of Flight,RToF)測量，或信號到達時間差(Time Difference of Arrival，TDoA)測量等。除此之外，本發明所提供的測距裝置或方法還可進一步地適用於基於信號角度(angled based)的量測技術，例如，信號入射角度(Angle of Arrival，AoA)量測或發射角度(Angle of Departure，AoD)量測等。
接著，請參閱圖3，圖3是本發明實施例所提供的接收到的真實無線測距信號的波形示意圖。由於通道內仍不可避免地會存在有雜訊n(t)的干擾，因此接收到的無線信號(例如，接收到的無線 測距信號、無線回應信號或無線反射信號)的上升緣將會提早一個△trise時間就已超過門檻值，並且使得所估測出的距離之精確度受到影響。假設特定門檻值為接收到的無線信號的理想振幅A的中間值(50%)處時，則接收到的無線測距信號的上升時間trise係為所接收到的無線信號的振幅超過0.5A時的時間。
值得注意的是，門檻值是可以根據不同的需求來進行設計，總而言之，本發明並不以此為限制。舉例來說，在本實施例中，門檻值可以相關於所接收到的無線信號的最大平均振幅avg(A+n(t))與最小平均振幅avg(n(t))，且等於(avg(A+n(t))k1+avg(n(t))k2)，其中變數k1和k2則分別為加權係數(weighting factor)。例如，可以將加權係數k1和k2皆設定為0.4，總而言之，本發明並不限制門檻值的產生方式。
門檻值亦可以為一最佳臨界值，藉由所接收到的無線信號在時域下的微分來確定出此門檻值。例如，接收到的無線信號的微分在某一特定時間時具有最大值，則將所接收到的無線信號在此特定時間時的振幅定義為此最佳臨界值。
由於受到雜訊n(t)的干擾影響，使得接收到的無線信號的上升緣將會提早一個△trise時間就已超過門檻值的準位，因此上升時間trise的測量誤差亦將會等於此△trise時間(當考量到雜訊n(t)為AWGN時，且標準差為上升時間trise的統計值)。復請參閱圖3，由此可知，接收到的理想無線信號的上升時間trise與存在有雜訊n(t)的真實無線信號的上升時間trise之間具有測量誤差△trise。
另外一方面，接收到的無線信號之斜率可以透過以下公式slope(斜率)=A/t rise 獲得。除此之外，透過現有技術，本技術領域中具有通常知識者應可以歸納出，接收到的無線信號之斜率還可以利用有關於雜訊n(t)以及上升時間trise的測量誤差△trise的方式來表示，例如slope=n(t)/△t rise 。因此，進一步地可以將此上升時間trise的測量誤差△trise方程式表示如下： ，其中A 2/n(t)2為接收到的無線信號的基頻信號雜訊功率比(signal-to-noise power ratio)。
另外，若考量到線性偵測器(linear detector)定律以及較大的信雜比(signal-to-noise ratio)，故此基頻信號雜訊功率比應為兩倍的中頻(intermediate frequency)信號雜訊功率比S/N。因此，其簡化後的方程式可以表示如下： 。
接著，若是接收到的無線信號的上升時間trise受限於中頻放大器(IF amplifier)的頻寬B時，則此上升時間trise應大約為1/B。另外，若令S=ES/td和N=N0B時，則上升時間trise的測量誤差△trise方程式可簡化表示如下： ，其中ES為接收到的無線信號的信號能量(signal energy)，td為接收到的無線信號的持續時間(duration)，而N0則為雜訊n(t)的功率頻譜密度(power spectral density，PSD)。
另外，如果相同的延遲測量進行在接收到的無線信號的下降緣，則藉由合併與平均個別測量將使得測量結果提升為2的平方根，因此上升時間trise的測量誤差△trise方程式可以表示如下： 。
值得注意的是，藉由上述內容，本技術領域中具有通常知識者應可理解出，上升時間trise的測量誤差△trise即為測量值與實際值之間差異的均方根(Root Mean Square,RMS)，即標準差。另外，若假設距離測量精準度的干擾為接收機雜訊，則可進一步地假設其偏離誤差已被消除。因此，根據雷達定理，更可以將出上升時間trise的標準差、有效頻寬Beff(effective bandwidth)以及信雜比ES/N0之間的關係定義如下： 。
除此外，有效頻寬Beff可以表示為： ，其中變數f為頻率，且函數S(f)為接收到的無線信號的頻譜。值得注意的是，有效頻寬Beff相同於均方根頻寬Brms。
另外，如果接收到的無線信號在基頻中為具有一個頻帶有限信號頻譜，例如具有常數頻譜大小的線性調頻(chirp)(即當頻率在帶內時，|S(f)|=1，且相反地，則|S(f)|=0)，則有效頻寬Beff表示如下： 。
也就是說，有效頻寬Beff亦可表示如下： 。
此外，如果接收到的無線信號在週期td持續為矩形波形，則均方根頻寬Brms(即Beff)可以表示如下： 。
當頻譜帶寬被限制為B時，上述方程式的均方根頻寬Brms更可以再表示如下； 。
經過完成多次的計算之後，則均方根頻寬Brms(即Beff)可以簡化表示如下： 。
值得注意的是，上述標準差的計算方式主要是適用於雜訊為AWGN的情況。然而，對於其他類型的雜訊和干擾(尤其是具有規則的人為干擾)而言，其統計值不一定總會是標準差，因此可能要用另外一種測量其統計值的方式才會適用。對此，以下實施例主要仍是以上升時間的統計值為標準差作說明，但是本發明並不以 此為限制。
接著，為了更進一步說明關於測距方法的運作，本發明實施例進一步提供測距裝置的一種實施方式。請參閱圖4，圖4是本發明實施例所提供的測距裝置之功能方塊圖。然而，下述的測距裝置僅是上述方法的其中一種實現方式，其並非用以限制本發明。所述的測距裝置4可以包括測距模組40、控制器41、媒體存取控制模組42以及實體模組43。媒體存取控制模組42連接於控制器41以及實體模組43，而測距模組40則連接於媒體存取控制模組42以及控制器41之間。另外，上述各元件可以是透過純硬件電路來實現，或者是透過硬件電路搭配固件或軟件來實現，總而言之，本發明並不限制測距裝置4的具體實現方式。
具體來說，實體模組43除了用以接收來自於某處的無線信號(例如，無線測距信號、無線回應信號或無線反射信號)之外，實體模組43還可以用來發射出無線信號(例如，無線測距信號、無線回應信號或無線反射信號)。另外，根據以上教示，本技術領域中具有通常知識者應可理解到，測距模塊40將會是考量到所接收到的無線信號的上升時間trise的標準差△trise來估測出測距裝置4與物件之間的距離。此外，測距模塊40進一步地還可以指示控制器41調整關聯於上升時間trise的標準差△trise的至少一個參數。
在本實施例中，測距模塊40計算出上升時間trise的標準差△trise，並且根據上升時間trise的標準差△trise來校正接收到的無線信號的間隔時間tR。最後，測距模塊40進而可根據校正後的間隔時間估測出測距裝置4與物件之間的距離。
因此，如前面所述，可以根據有效頻寬Beff、信號能量ES以及雜訊n(t)的功率頻譜密度N0來計算出上升時間trise的標準差△trise。又或者是，根據信號能量ES、雜訊n(t)的功率頻譜密度N0、中頻放大器的頻寬以及接收到的無線信號的持續時間來計算出上升時間trise的標準差△trise。值得注意的是，本發明並不限制計算 出上升時間trise的標準差△trise的具體實現方式，本技術領域中具有通常知識者可依據實際需求或應用來進行設計。
在另一實施例中，測距模塊40在計算出上升時間trise的標準差△trise之後，並且可判斷此上升時間trise的標準差△trise是否小於一個特定值。如果上升時間trise的標準差△trise小於此特定值時，測距模塊40可以確定的是此上升時間trise的標準差△trise僅輕輕地影響到所接收的無線信號的間隔時間tR。因此，測距模塊40可根據所接收到的無線信號的間隔時間tR來估測出測距裝置4與物件之間的距離。相反地，如果上升時間trise的標準差△trise並不小於此特定值時，測距模塊40則確定此上升時間trise的標準差△trise嚴重地影響到所接收的無線信號的間隔時間tR。因此，測距模塊40會是指示控制器41調整關聯於上升時間trise的標準差△trise的至少一個參數，並且再次執行測距操作以獲得響應於調整後參數的上升時間trise的標準差△trise。因此，所述測距裝置4可以有效地消除上升時間trise的標準差△trise，以提高測距的精確度。
根據上述內容可知，有效頻寬Beff、信號能量ES、位元能量Eb、位元能量與功率頻譜密度Eb/N0、無線信號使用的類型或脈衝形狀，和門檻值等都可以是被用以調整，以降低上升時間trise的標準差△trise。舉例來說，相關信號(correlative signal)可以作為發射或回應的無線信號，其中相關信號可以同時分別使用多個“互補”表示方式(“complementary” representations)的互補信號(complementary signaling)，例如相關信號包括下升脈衝(up-chirp)或下降脈衝(down-chirp)。值得注意的是，上述相關信號的“互補”表示方式是可以具有不同的權重，例如，上升脈衝與下降脈衝具有不同的振幅絕對值(absolute amplitudes)。
在另一實施例中，在某一特定限制條件下的多個參數組之中，測距模塊40可以選擇讓所接收到的無線信號的上升時間trise的標準差△trise最小的一參數組。每一參數組中包括至少一參數是關聯 於所接收到的無線信號的上升時間trise的標準差△trise。
根據上述內容可知，在此特定限制條件下，有效頻寬Beff、信號能量ES、位元能量Eb、位元能量與功率頻譜密度Eb/N0、無線信號使用的類型或脈波形狀，和門檻值等都可以是被用以調整，以降低上升時間trise的標準差△trise。舉例來說，在成本與信號能量ES的限制條件下，測距裝置可以選擇無線信號的類型或脈衝形狀中讓其上升時間trise的標準差△trise最小的一個，以便提高測距的精確度。
另外一方面，再請參閱圖5，圖5是本發明實施例所提供的定位原理之示意圖。在本實施例中，行動電話24可以配備有一定位裝置，並且藉由此定位裝置以獲得到行動電話24與基地台20~22之間的各別距離R1~R3。因此，進而使得定位裝置可以根據各距離R1~R3有效地判斷出此行動電話24的位置。
接著，以下更進一步地提供出所述定位裝置的一種實施方式。請參閱圖6，圖6是本發明實施例所提供的定位裝置之功能方塊圖。值得注意的是，下述的定位裝置僅是上述方法的其中一種實現方式，其並非用以限制本發明。所述的定位裝置6可以包括定位模組60、控制器61、媒體存取控制模組62以及實體模組63。媒體存取控制模組62連接於控制器61以及實體模組63，而定位模組60則連接於媒體存取控制模組62以及控制器61之間。另外，上述各元件可以是透過純硬件電路來實現，或者是透過硬件電路搭配固件或軟件來實現，總而言之，本發明並不限制定位裝置6的具體實現方式。
具體來說，實體模組63除了用以接收來自於某處的無線信號(例如，無線測距信號、無線回應信號或無線反射信號)之外，實體模組63還可以用來發射出無線信號(例如，無線測距信號、無線回應信號或無線反射信號)。另外，根據以上教示，本技術領域中具有通常知識者應可理解到，定位模組60可以獲得到多個物件與 定位裝置6之間的距離資訊，其中這些距離將會是從上述考量到接收的無線信號的上升時間trise的標準差△trise來獲得。此外，定位模組60同樣進一步地還可以指示控制器61以調整關聯於上升時間trise的標準差△trise的至少一個參數。
為了更進一步說明關於測距裝置的運作流程，本發明進一步提供其測距方法的幾種實施方式。請參閱圖7A，圖7A是本發明實施例所提供的測距方法之流程示意圖。本例所述的方法可以在圖4所示的測距裝置4執行，因此請一併照圖4以利理解。另外，詳細步驟流程如前述實施例所述，故於此僅作概述而不再多加冗述。
首先，在步驟S701中，測距裝置取得所接收到的無線信號(例如，來自於某物件所發射出的無線測距信號，從此物件回應而來的無線回應信號，或來自於此物件的無線反射信號)的間隔時間。其次，在步驟S702中，測距裝置計算所接收到的無線信號的上升時間的標準差，其中計算出所接收的無線信號的上升時間的標準差之詳細方式如前述實施例所述，故於此不再贅述。接著，在步驟S703中，測距裝置使用上升時間的標準差來對所接收到的無線信號的間隔時間進行校正。最後，在步驟S704中，測距裝置則會根據校正後的間隔時間以估測出物件與測距裝置之間的距離。
另外一方面，再請參閱圖7B，圖7B是本發明另一實施例所提供的測距方法之流程示意圖。圖7B的方法同樣可以在圖4所示的測距裝置4執行，因此請一併照圖4以利理解。相較於圖7A的測距方法，圖7B的測距方法更將上升時間的標準差是否小於某特定值考量進去，以使得測距裝置可以更有效地消除上升時間的標準差以提高測距的精確度。然而，下述僅是測距方法的其中一種詳細實現方式，其並非用以限制本發明。首先，在步驟S711中，測距裝置取得所接收到的無線信號的間隔時間，其中所接收到的無線信號為來自某一物件的無線信號(例如，來自於某物件所發射出的無線測距信號，從此物件回應而來的無線回應信號，或來自於 此物件的無線反射信號)。其次，在步驟S712中，測距裝置計算所接收到的無線信號的上升時間的標準差，其中計算出所接收的無線信號的上升時間的標準差之詳細方式如前述實施例所述，故於此不再贅述。接著，在步驟S713中，測距裝置判斷上升時間的標準差是否小於一特定值。
若上升時間的標準差小於此特定值時，則執行步驟S714；相反地，若上升時間的標準差並不小於此特定值時，則執行步驟S715。在步驟S714中，測距裝置會根據校正後的間隔時間估測出物件與測距裝置之間的距離，其中校正後的間隔時間則是透過利用上升時間的標準差來對間隔時間進行校正而產生出。在步驟S715中，測距裝置則是會調整關聯於上升時間的標準差的至少一參數，並且在調整關聯於上升時間的標準差的至少一參數之後，再次執行整個測距操作，也就是說，返回至執行步驟S711，測距裝置會因響應於調整後的至少一參數以重新取得所接收到的無線信號的間隔時間。另外，值得注意的是，本技術領域中具有通常知識者應可理解，在圖7B的方法中是可以進一步地來對步驟S711的執行次數進行限制。也就是說，在圖7B的方法中可計算出此步驟S711的執行次數，並且若在此執行次數大於某特定次數門檻值時，即結束了整個測距方法，進而提出測量錯誤報告。
另外，再請參閱圖7C，圖7C是本發明另一實施例所提供的測距方法之流程示意圖。圖7C的方法同樣可以在圖4所示的測距裝置4執行，因此請一併照圖4以利理解。另外，下述僅是測距方法的其中一種詳細實現方式，其並非用以限制本發明。首先，在步驟S721中，在某一特定的限制條件下的多個參數組之中，測距裝置會先選擇接收到的無線信號的上升時間的標準差最小的一參數組，其中每一參數組中包括至少一參數相關聯於所接收到的無線信號的上升時間的標準差。其次，在步驟S722中，測距裝置取得所接收到的無線信號的間隔時間。最後，在步驟S723中，測距 裝置則會根據校正後的間隔時間來估測出物件與測距裝置之間的距離，其中校正後的間隔時間則是透過利用上升時間的標準差來對間隔時間進行校正而產生出。
除此之外，本發明實施例另提供有使用到上述各測距方法之一的定位方法。首先，則是透過利用上述測距方法以估測出定位裝置與多個物件之間的多個距離，然後定位裝置進而根據與這些物件之間的這些距離以判斷出此定位裝置的位置。
綜上所述，本發明實施例所提供的測距和定位方法或裝置，相較於傳統的測距和定位方法或裝置，進而具有較高的精確度。
以上所述僅為本發明之實施例，其並非用以侷限本發明之專利範圍。
S701~S704‧‧‧流程步驟

Claims (16)

  1. 一種測距方法，適用於一測距裝置中，其中該測距方法包括下列步驟：取得一接收到的無線信號的一間隔時間(trip time)，其中該接收到的無線信號為來自一物件的一無線信號；計算該接收到的無線信號的一上升時間的一統計值，其中該統計值為該上升時間的一標準差；根據該上升時間的該統計值來對該間隔時間進行校正；以及根據校正後的該間隔時間估測出該物件與該測距裝置之間的一距離。
  2. 如請求項1所述的測距方法，其中考量到一雜訊是可加性白色高斯雜訊。
  3. 如請求項2所述的測距方法，其中根據該接收到的無線信號的一有效頻寬與能量以及該雜訊的一功率頻譜密度來計算出該上升時間的該標準差。
  4. 如請求項2所述的測距方法，其中根據該接收到的無線信號的能量、該雜訊的一功率頻譜密度、一中頻放大器的一頻寬以及該接收到的無線信號的一持續時間(duration)來計算出該上升時間的該標準差。
  5. 如請求項1所述的測距方法，其中該無線信號是一頻帶有限信號。
  6. 如請求項1所述的測距方法，其中該無線信號是一互補信號(complementary signaling)。
  7. 一種定位方法，適用於一定位裝置，其中該定位方法包括以下步驟：取得該定位裝置與複數個物件之間的複數個距離；以及根據該些距離判斷出該定位裝置的一位置； 其中取得該定位裝置與每一該些物件的該距離是透過以下步驟：取得一接收到的無線信號的一間隔時間(trip time)，其中該接收到的無線信號為來自該物件的一無線信號；計算該接收到的無線信號的一上升時間的一統計值，其中該統計值為該上升時間的一標準差；根據該上升時間的該統計值來對該間隔時間進行校正；以及根據校正後的該間隔時間估測出該物件與該定位裝置之間的該距離。
  8. 如請求項7所述的定位方法，其中考量到一雜訊是可加性白色高斯雜訊。
  9. 如請求項8所述的定位方法，其中根據該接收到的無線信號的一有效頻寬與能量以及該雜訊的一功率頻譜密度來計算出該上升時間的該標準差。
  10. 如請求項8所述的定位方法，其中根據該接收到的無線信號的能量，該雜訊的一功率頻譜密度，一中頻放大器的一頻寬，以及該接收到的無線信號的一持續時間(duration)來計算出該上升時間的該標準差。
  11. 如請求項7所述的定位方法，其中該無線信號是一頻帶有限信號。
  12. 如請求項7所述的定位方法，其中該無線信號是一互補信號(complementary signaling)。
  13. 一種測距裝置，包括：一實體模組，用以接收一無線信號；一媒體存取控制模組，連接於該實體模組；一控制器，連接於該媒體存取控制模組；以及一測距模組，連接於該媒體存取控制模組與該控制器之 間，且用以執行以下步驟：取得一接收到的無線信號的一間隔時間(trip time)，其中該接收到的無線信號為來自一物件的該無線信號；計算該接收到的無線信號的一上升時間的一統計值，其中該統計值為該上升時間的一標準差；根據該上升時間的該統計值來對該間隔時間進行校正；以及根據校正後的該間隔時間估測出該物件與該測距裝置之間的一距離。
  14. 如請求項13所述的測距裝置，其中考量到一雜訊是可加性白色高斯雜訊。
  15. 一種定位裝置，包括：一實體模組，用以接收一無線信號；一媒體存取控制模組，連接於該實體模組；一控制器，連接於該媒體存取控制模組；以及一定位模組，連接於該媒體存取控制模組與該控制器之間，且用以執行以下步驟：取得該定位裝置與複數個物件之間的複數個距離；以及根據該些距離判斷出該定位裝置的一位置；其中取得該定位裝置與每一該些物件的該距離是透過以下步驟：取得一接收到的無線信號的一間隔時間(trip time)，其中該接收到的無線信號為來自該物件的該無線信號；計算該接收到的無線信號的一上升時間的一統計值，其中該統計值為該上升時間的一標準差；根據該上升時間的該統計值來對該間隔時間進行校正；以及根據校正後的該間隔時間估測出該物件與該定位裝置 之間的該距離。
  16. 如請求項15所述的定位裝置，其中考量到一雜訊是可加性白色高斯雜訊。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI722700B (zh) * 2019-12-06 2021-03-21 財團法人工業技術研究院 測距裝置、測距方法和校正訊號功率之方法

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107064921B (zh) * 2017-05-04 2020-04-28 袁学明 一种无线测距及车辆防撞预警方法和***
CN111273273B (zh) * 2020-01-15 2023-08-18 张慧 无线通信引导的双向主动测距定位方法及***

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050171695A1 (en) * 1999-07-12 2005-08-04 Sullivan Mark C. System and method for fast acquisition position reporting using communication satellite range measurement
US7450063B2 (en) * 2004-02-18 2008-11-11 Telefonaktiebolaget L M Ericsson (Publ) Method and arrangements relating to satellite-based positioning
TW201237450A (en) * 2010-09-28 2012-09-16 Broadcom Corp Method and system for reducing autonomous time to fix of a multi-standard GNSS receiver
US20130021200A1 (en) * 1999-07-12 2013-01-24 Jay Brosius System and Method for Dual-Mode Location Determination
TWI387773B (zh) * 2008-02-29 2013-03-01 Qualcomm Inc 在一無線接收器中之位置定位方法、在一無線器件內之位置定位裝置、及電腦可讀媒體

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5515056A (en) * 1993-08-11 1996-05-07 Intelsat Burst tone range processing system and method
CN1806387A (zh) * 2004-02-24 2006-07-19 Tdk株式会社 脉冲波雷达装置
US20080246650A1 (en) * 2005-01-28 2008-10-09 Tasuku Teshirogi Short Range Radar and Method of Controlling the Same
CN1838540A (zh) * 2005-03-24 2006-09-27 蔚华科技股份有限公司 时间数字转换装置和方法及信号抖动测量装置和分析方法
CN102662176A (zh) * 2005-07-04 2012-09-12 株式会社尼康美景 距离测量设备
CN101233425A (zh) * 2005-07-29 2008-07-30 格尔德·赖梅 用于测量光渡越时间的方法
KR101040705B1 (ko) * 2009-08-25 2011-06-13 한국전기연구원 무선 측위 시스템 및 측위 방법
EP2580605B1 (en) * 2010-06-11 2016-05-04 Skyhook Wireless, Inc. Methods of and systems for measuring beacon stability of wireless access points
CN102621540A (zh) * 2012-04-18 2012-08-01 北京理工大学 一种脉冲激光测距仪的测距方法
FR2998973B1 (fr) * 2012-11-30 2015-01-23 Thales Sa Procede de determination des caracteristiques d un signal radar en presence d interferences
US9529074B2 (en) * 2013-10-10 2016-12-27 Dizic Co., Ltd. Ranging method, ranging device, location device and location method

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050171695A1 (en) * 1999-07-12 2005-08-04 Sullivan Mark C. System and method for fast acquisition position reporting using communication satellite range measurement
US20130021200A1 (en) * 1999-07-12 2013-01-24 Jay Brosius System and Method for Dual-Mode Location Determination
US7450063B2 (en) * 2004-02-18 2008-11-11 Telefonaktiebolaget L M Ericsson (Publ) Method and arrangements relating to satellite-based positioning
TWI387773B (zh) * 2008-02-29 2013-03-01 Qualcomm Inc 在一無線接收器中之位置定位方法、在一無線器件內之位置定位裝置、及電腦可讀媒體
TW201237450A (en) * 2010-09-28 2012-09-16 Broadcom Corp Method and system for reducing autonomous time to fix of a multi-standard GNSS receiver

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI722700B (zh) * 2019-12-06 2021-03-21 財團法人工業技術研究院 測距裝置、測距方法和校正訊號功率之方法
US11259266B2 (en) 2019-12-06 2022-02-22 Industrial Technology Research Institute Distance estimation device and method and signal-power calibration method

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