计算姿态角的方法及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术是关于一种计算姿态角的方法及其装置，其方法包含：利用第一天线阵列侦测一卫星信号以得到若干个第一输入信号，利用一第二天线阵列侦测卫星信号以得到若干个第二输入信号，根据若干个第一输入信号进行一相位运算以产生若干个第一输出信号，根据若干个第二输入信号进行相位运算以产生若干个第二输出信号，根据若干个第一输出信号与若干个第二输出信号得到一相对姿态角，自卫星信号取得一绝对姿态角、以及根据绝对姿态角与相对姿态角产生载具的一实际姿态角。利用本发明专利技术的姿态角的方法及其装置，通过GPS卫星相对于地面的绝对姿态角以及GPS卫星相对于两天线阵列之间的相对姿态角产生天线于三维空间中的实际姿态角，进而提供更精准的定位资讯。

Method and device for calculating attitude angle

The invention relates to a method of calculation of attitude angle and device, the method includes: using the first antenna array detecting a satellite signal to obtain a plurality of the first input signal, using a second antenna array detection satellite signal to obtain a plurality of second input signals according to a plurality of first phase operation input signal to generate a plurality of the first phase of operation according to the output signal, a plurality of second input signal to generate a plurality of second output signals according to a plurality of first output signal and a plurality of second output signals have a relative attitude, since the satellite signal has absolute attitude angle and attitude angle based on the absolute and relative attitude angle produces a real attitude of carrier angle. By using the method of the invention of the attitude angle and the device through the GPS satellite to the ground the absolute attitude angle and GPS satellite attitude relative to the actual relative attitude between the two antenna array antenna to produce angle in 3D space angle, and provide more accurate location information.

【技术实现步骤摘要】
计算姿态角的方法及其装置
本专利技术是关于一种天线模块及利用其定位的方法，特别是计算姿态角的方法及其装置。
技术介绍
全球定位系统(GlobalPositioningSystem；GPS)是结合卫星与无线通讯的一种定位技术，其能提供精确的定位、速度及时间资讯。GPS可与电子地图结合，而能够将其定位所得的定位资讯显示在电子地图上，以提供给使用者了解其目前所在位置。再者，随着导航系统技术的成熟，定位技术结合导航系统而应用于手机、电脑及各类交通工具等，其应用范围日益广泛，对人类的生活带来相当的便利性。然而，大部分的定位技术仅提供使用者位于二维空间中的位置资讯，使用者往往无法通过二维定位资讯清楚地得知其当前位置及应行进方向，当驾驶者于不熟悉的环境时，二维定位资讯并无法提供有效的指引。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提出一种计算于三维空间中的姿态角的方法及其装置。在一些实施例中，一种计算姿态角的方法，适用于一载具，姿态角计算方法包含利用一第一天线阵列侦测一卫星信号以得到若干个第一输入信号，利用一第二天线阵列侦测卫星信号以得到若干个第二输入信号，根据若干个第一输入信号进行一相位运算以产生若干个第一输出信号，根据若干个第二输入信号进行相位运算以产生若干个第二输出信号，根据若干个第一输出信号与若干个第二输出信号得到一相对姿态角，自卫星信号取得一绝对姿态角，以及根据绝对姿态角与相对姿态角产生载具的一实际姿态角。在一些实施例中，一种姿态角计算装置，适于一载具，姿态角计算装置包含第一天线阵列、第二天线阵列、第一信号处理单元、第二信号处理单元及处理单元。第一天线阵列侦测卫星信号以得到若干个第一输入信号。第二天线阵列侦测前述卫星信号以得到若干个第二输入信号。第一信号处理单元根据前述若干个第一输入信号进行相位运算以产生若干个第一输出信号。第二信号处理单元根据前述若干个第二输入信号进行相位运算以产生若干个第二输出信号。处理单元根据若干个第一输出信号与若干个第二输出信号得到相对姿态角，并根据绝对姿态角与相对姿态角产生前述载具的一实际姿态角，其中绝对姿态角来自于卫星信号。综上所述，根据本专利技术的姿态角计算装置的一实施例可通过GPS卫星相对于地面的绝对姿态角以及GPS卫星相对于两天线阵列之间的相对姿态角产生天线于三维空间中的实际姿态角，当天线应用于载具时，载具的控制人员或电脑可根据姿态角而获得载具于三维空间中的定位资讯，进而提供更精准的定位资讯。【附图说明】图1为根据本专利技术的姿态角计算装置的一实施例的方框示意图。图2为图1的第一天线、第二天线、第三天线、第四天线及第五天线共同设置于基板的一实施例的上视图。图3为卫星信号入射于图2的第一天线、第二天线、第三天线、第四天线及第五天线的一实施例的侧视图。图4绘示为表示GPS卫星的绝对姿态角的一实施例的示意图。图5为图1的第一信号处理单元的一实施例的方框示意图。图6为图1的第二信号处理单元的一实施例的方框示意图。图7绘示为第一合成信号、第二合成信号、第三合成信号强及第四合成信号的信号强度与第一入射角的对应关系的一实施例的示意图。图8为根据本专利技术的计算姿态角的方法的一实施例的流程图。【具体实施方式】图1为根据本专利技术的姿态角计算装置的一实施例的方框示意图。图2为图1的第一天线111、第二天线112、第三天线121、第四天线122及第五天线25共同设置于基板26的一实施例的上视图。图3为卫星信号入射于图2的第一天线111、第二天线112、第三天线121、第四天线122及第五天线25的一实施例的侧视图。请同时参照图1至图3，姿态角计算装置包含第一天线111、第二天线112、第三天线121、第四天线122、第五天线25、第一信号处理单元13、第二信号处理单元14及处理单元15及九个定位模块16～24。第一天线111及第二天线112形成第一天线阵列11，第三天线121及第四天线122形成第二天线阵列12。第一天线阵列11、第一信号处理单元13及四个定位模块16、17、18、19可接收来自GPS卫星27的信号。第二天线阵列12；同样地，第二信号处理单元14及四个定位模块20、21、22、23可接收来自GPS卫星27的信号。如图2所示，第一天线111、第二天线112、第三天线121、第四天线122及第五天线25共同设置于基板26上，第一天线阵列11的第一天线111及第二天线112设置于基板26的第一轴向X1上；第二天线阵列12的第三天线121及第四天线122设置于基板26的第二轴向X2上。第五天线25则设置于第一天线111与第二天线112之间，且位于第三天线121与第四天线122之间。于此，第一天线111、第二天线112、第三天线121、第四天线122及第五天线25可分别与GPS卫星27通讯以接收GPS卫星27定时发送的卫星信号。图4绘示为表示GPS卫星27的绝对姿态角的一实施例的示意图。卫星信号包含星历资料(ephemeris)且包含GPS卫星27相对于地面的绝对姿态角，此绝对姿态角包含俯仰角(Pitch)θ、偏航角(yaw)ψ及滚动角(roll)φ。其中座标轴X、Y及Z所代表的座标系统，是一参考标系统。根据GPS卫星27与载具之间的位置可以定义出一载具Z(B)轴，并且根据载具Z(B)轴可以另外定义出载具X(B)轴和载具Y(B)轴。在此座标系统下，俯仰角θ为载具Z(B)轴与地面的夹角；偏航角ψ为载具Z(B)轴于X-Y平面的投影与X轴之间的夹角；滚动角φ为Z(B)轴与通过载具X(B)轴的铅垂面之间的夹角。举例来说，若GPS卫星27的位置位于Z轴上，则俯仰角θ为90度。在一些实施例中，第一天线111、第二天线112、第三天线121及第四天线122、第五天线25可以导性材料(例如：铜、银、铁、铝或是其合金)制成并且设置于基板26上；或者，第一天线111、第二天线112、第三天线121及第四天线122可为印刷电路板(PrintedCircuitBoard；PCB)上的走线(trace)，并将印刷电路板设置于基板26上。第一天线阵列11侦测GPS卫星27发送的卫星信号，以得到自GPS卫星27入射于第一天线阵列11的若干个第一输入信号。第一信号处理单元13的输入端耦接第一天线阵列11以接收若干个第一输入信号，如射频信号S1及S2。第一信号处理单元13根据第一输入信号进行相位运算以产生若干个第一输出信号，如合成信号S5至S8。第二天线阵列12侦测相同GPS卫星27所发送的卫星信号，以得到自GPS卫星27入射于第二天线阵列12的若干个第二输入信号。第二信号处理单元14的输入端耦接第二天线阵列12，以接收若干个第二输入信号，如射频信号S3及S4。第二信号处理单元14根据第二输入信号进行前述相同的相位运算以产生若干个第二输出信号，如合成信号S9至S12。处理单元15的若干个输入端耦接八个定位模块16～23的输出端，以根据若干个第一输出信号与若干个第二输出信号得到一相对姿态角。此相对姿态角表示载具与卫星之间的相对位置。举例来说，相对姿态角表示卫星信号入射于载具Z(B)轴的夹角。相对姿态角包含卫星信号入射于第一天线阵列11的夹角以及卫星信号入射于第二天线阵列12的夹角，以表示GPS卫星27在空间中与第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种计算姿态角的方法，适用于一载具，其特征在于，该方法包含：利用一第一天线阵列侦测一卫星信号以得到若干个第一输入信号；利用一第二天线阵列侦测该卫星信号以得到若干个第二输入信号；根据该若干个第一输入信号进行一相位运算以产生若干个第一输出信号；根据该若干个第二输入信号进行该相位运算以产生若干个第二输出信号；根据该若干个第一输出信号与该若干个第二输出信号得到一相对姿态角；自该卫星信号取得一绝对姿态角；及根据该绝对姿态角与该相对姿态角产生该载具的一实际姿态角。

【技术特征摘要】
1.一种计算姿态角的方法，适用于一载具，其特征在于，该方法包含：利用一第一天线阵列侦测一卫星信号以得到若干个第一输入信号；利用一第二天线阵列侦测该卫星信号以得到若干个第二输入信号；根据该若干个第一输入信号进行一相位运算以产生若干个第一输出信号；根据该若干个第二输入信号进行该相位运算以产生若干个第二输出信号；根据该若干个第一输出信号与该若干个第二输出信号得到一相对姿态角；自该卫星信号取得一绝对姿态角；及根据该绝对姿态角与该相对姿态角产生该载具的一实际姿态角。2.如权利要求1所述的计算姿态角的方法，其特征在于，该若干个第一输入信号包含一第一射频信号及一第二射频信号，该若干个第一输出信号包含一第一合成信号、一第二合成信号、一第三合成信号及一第四合成信号，根据该若干个第一输入信号进行该相位运算以产生该若干个第一输出信号的步骤还包含：根据该第二射频信号产生一第一位移信号，该第一位移信号与该第二射频信号之间具有90度的相位差；根据该第一射频信号及该第二射频信号的信号强度以产生该第一合成信号及该第二合成信号，该第一合成信号的信号强度等于该第一射频信号及该第二射频信号的信号强度的总和，该第二合成信号的信号强度等于该第一射频信号及该第二射频信号的信号强度的差值；及根据该第一射频信号及该第一位移信号的信号强度以产生该第三合成信号及该第四合成信号，该第三合成信号的信号强度等于该第一射频信号及该第一位移信号的信号强度的总和，该第四合成信号的信号强度等于该第一射频信号及该第一位移信号的信号强度的差值。3.如权利要求2所述的计算姿态角的方法，其特征在于，该若干个第二输入信号包含一第三射频信号及一第四射频信号，该若干个第二输出信号包含一第五合成信号、一第六合成信号、一第七合成信号及一第八合成信号，根据该若干个第二输入信号进行该相位运算以产生该若干个第二输出信号的步骤还包含：根据该第四射频信号产生一第二位移信号，该第二位移信号与该第四射频信号之间具有90度的相位差；根据该第三射频信号及该第四射频信号的信号强度以产生该第五合成信号及该第六合成信号，该第五合成信号的信号强度等于该第三射频信号及该第四射频信号的信号强度的总和，该第六合成信号的信号强度等于该第三射频信号及该第四射频信号的信号强度的差值；及根据该第三射频信号及该第二位移信号的信号强度以产生该第七合成信号及该第八合成信号，该第七合成信号的信号强度等于该第三射频信号及该第二位移信号的信号强度的总和，该第八合成信号的信号强度等于该第三射频信号及该第二位移信号的信号强度的差值。4.如权利要求3所述的计算姿态角的方法，其特征在于，利用该第一天线阵列侦测该卫星信号以得到该若干个第一输入信号的步骤包含：利用该第一天线阵列中的一第一天线侦测该卫星信号以得到该第一射频信号；及利用该第一天线阵列中的一第二天线侦测该卫星信号以得到该第二射频信号，其中该第一天线及该第二天线设置于一第一轴向上；以及其中，利用该第二天线阵列侦测该卫星信号以得到该若干个第二输入信号的步骤包含：利用该第二天线阵列中的一第三天线侦测该卫星信号以得到该第三射频信号；及利用该第二天线阵列中的一第四天线侦测该卫星信号以得到该第四射频信号，其中该第三天线及该第四天线设置于一第二轴向上，且该第二轴向垂直于该第一轴向。5.如权利要求3所述的计算姿态角的方法，其特征在于，自该卫星信号取得该绝对姿态角的步骤包括自该若干个第一输入信号和该若干个第二输入信号中的所携带的一星历资料中取得该绝对姿态角。6.如权利要求3所述的计算姿态角的方法，其特征在于，自该卫星信号取得该绝对姿态角的步骤包括利用一第五天线侦测该卫星信号以得到一第三输入信号，以及从该第三输入信号所携带的一星历资料中取得该绝对姿态角。7.如权利要求3所述的计算姿态角的方法，其特征在于，该根据该若干个第一输出信号与该若干个第二输出信号得到一相对姿态角的步骤还包含：经由第一定位模块侦测该第一合成信号的信号强度以产生一第一信号强度；经由第二定位模块侦测该第二合成信号的信号强度以产生一第二信号强度；经由第三定位模块侦测该第三合成信号的信号强度以产生一第三信号强度；经由第四定位模块侦测该第四合成信号的信号强度以产生一第四信号强度；经由第五定位模块侦测该第五合成信号的信号强度以产生一第五信号强度；经由第六定位模块侦测该第六合成信号的信号强度以产生一第六信号强度；经由第七定位模块侦测该第七合成信号的信号强度以产生一第七信号强度；经由第八定位模块侦测该第八合成信号的信号强度以产生一第八信号强度；及根据该第一信号强度、该第二信号强度、该第三信号强度及该第四信号强度所共同对应的一第一入射角及该第五信号强度、该第六信号强度、该第七信号强度及该第八信号强度所共同对应的一第二入射角产生该相对姿态角。8.如权利要求7所述的计算姿态角的方法，其特征在于，该第一天线阵列垂直于该第二天线阵列。9.一种姿态角计算装置，适于一载具，其特征在于，该姿态角计算装置包含：一第一天线阵列，用以侦测一卫星信号以得到若干个第一输入信号；一...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈鸿图，
申请(专利权)人：神讯电脑昆山有限公司，神基科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32