CN110658500A - 多普勒信号处理装置及信号处理方法 - Google Patents

多普勒信号处理装置及信号处理方法 Download PDF

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Abstract

一种多普勒信号处理装置，包含频率分析单元、干扰抑制单元、干扰估测单元、侦测单元及错误侦测单元。频率分析单元根据至少一数字信号产生频域信号向量。干扰抑制单元根据频域信号向量及频域干扰估测信号向量执行抑制运算以产生干扰抑制频域信号向量，干扰抑制频域信号向量中，干扰于频域的能量是被抑制。干扰估测单元根据频域信号向量产生频域干扰估测信号向量。侦测单元根据干扰抑制频域信号向量产生结果信号。错误侦测单元用以选择性地提供错误侦测控制信号至干扰估测单元，以调整更新频域干扰估测信号向量的速度。

Description

多普勒信号处理装置及信号处理方法
技术领域
一种多普勒(Doppler)信号处理装置，尤指一种用于移动侦测多普勒雷达，且可追踪环境的干扰能量频谱与抑制干扰能量(interference spectrum tracking andsuppression)的多普勒信号处理装置。
背景技术
当使用雷达装置侦测物体时，常有环境干扰的问题。举例来说，若使用雷达装置执行生命迹象或人体的侦测时，常因环境干扰太大，而导致不正确的侦测结果。为了减少环境干扰的影响，实务上可使用信号能量阈值计数器、或使用频率能量侦测的方式，以判断侦测的结果。然而，这些方法都不易针对干扰噪声，提供高正确判断率的人体侦测。
发明内容
实施例提供一种多普勒信号处理装置，用以根据一无线接收信号侦测一受测物体。该多普勒信号处理装置包含一频率分析单元、一干扰抑制单元、一干扰估测单元、一侦测单元及一错误侦测单元。该频率分析单元用以根据至少一数字信号产生一频域信号向量，其中该至少一数字信号对应于该无线接收信号，包括该受测物体的移动信息以及环境中一干扰造成的干扰信息，且该频域信号向量包括一时间区段的一频域与对应的能量值。该干扰抑制单元用以根据该频域信号向量及一频域干扰估测信号向量执行一抑制运算以产生一干扰抑制频域信号向量，其中该干扰抑制频域信号向量中，该干扰于频域的能量是被抑制。该干扰估测单元用以根据该频域信号向量产生该频域干扰估测信号向量，其中该频域干扰估测信号向量对应于该干扰于频域的能量分布。该侦测单元用以根据该干扰抑制频域信号向量产生一结果信号，其中该结果信号是与该受测物体移动的信息有关。该错误侦测单元用以选择性地提供一错误侦测控制信号至该干扰估测单元，以调整更新该频域干扰估测信号向量的速度，其中是否提供该错误侦测控制信号与该频域干扰估测信号向量是否包括该受测物体的移动多普勒能量有关。
另一实施例提供一种多普勒信号处理装置，用以根据一无线接收信号侦测一受测物体，该多普勒信号处理装置包含一频率分析单元，一干扰相减单元，一频域侦测阈值单元，一干扰估测单元，一侦测单元及一错误侦测单元。该频率分析单元用以根据至少一数字信号产生一频域信号向量，其中该至少一数字信号对应于该无线接收信号，包括该受测物体的移动信息以及环境中一干扰造成的干扰信号，且该频域信号向量包括一时间区段的一频域与对应的能量值。该干扰相减单元用以根据该频域信号向量及一频域干扰估测信号向量执行频谱相减以产生一振幅值。该频域侦测阈值单元用以根据该频域干扰估测信号向量及一第一调整参数产生一频域侦测阈值向量。该干扰估测单元用以根据该频域信号向量产生该频域干扰估测信号向量，其中该频域干扰估测信号向量对应于该干扰于频域的能量分布。该侦测单元用以根据该频域信号向量及该频域侦测阈值向量产生一结果信号，其中该结果信号是与该受测物体的移动信息有关。该错误侦测单元用以选择性地提供一错误侦测控制信号至该干扰估测单元，以调整更新该频域干扰估测信号向量的速度，其中是否提供该错误侦测控制信号与该频域干扰估测信号向量是否包括该受测物体的移动多普勒能量有关。
另一实施例提供一种信号处理方法，包含根据至少一数字信号产生一频域信号向量，其中该至少一数字信号包括一受测物体的移动信息以及环境中一干扰造成的干扰信号，且该频域信号向量是包括一时间区段的一频域的能量值；根据该频域信号向量及一频域干扰估测信号向量执行一抑制运算以产生一干扰抑制频域信号向量，其中该干扰抑制频域信号向量中，该干扰于频域的能量是被抑制；根据该频域信号向量产生该频域干扰估测信号向量，其中该频域干扰估测信号向量对应于该干扰于频域的能量分布；选择性地提供一错误侦测控制信号以调整更新该频域干扰估测信号向量的速度，其中是否提供该错误侦测控制信号与该频域干扰估测信号向量是否包括该受测物体的移动多普勒能量有关；及根据该干扰抑制频域信号向量产生一结果信号，其中该结果信号是与该受测物体的移动信息有关。
另一实施例提供一种信号处理方法，包含根据至少一数字信号产生一频域信号向量，其中该至少一数字信号包括一受测物体的移动信息以及环境中一干扰造成的干扰信号，且该频域信号向量是包括一时间区段的一频域的能量值；根据该频域信号向量及一频域干扰估测信号向量执行频谱相减以产生一振幅值；根据该频域干扰估测信号向量及一调整参数产生一频域侦测阈值向量；根据该频域信号向量产生该频域干扰估测信号向量，其中该频域干扰估测信号向量对应于该干扰于频域的能量分布；选择性地提供一错误侦测控制信号以调整更新该频域干扰估测信号向量的速度，其中是否提供该错误侦测控制信号与该频域干扰估测信号向量是否包括该受测物体的移动多普勒能量有关；及根据该频域信号向量及该频域侦测阈值向量产生一结果信号，其中该结果信号是与该受测物体的移动信息有关。
附图说明
图1是本发明实施例中，信号侦测装置的示意图。
图2是本发明实施例中，图1的多普勒信号处理装置的示意图。
图3是本发明另一实施例中，图1的多普勒信号处理装置的示意图。
图4是本发明实施例中，图2的干扰估测单元的示意图。
图5为本发明实施例中，图4的控制单元的有限状态机的状态图。
图6为本发明实施例中，图2的侦测单元的示意图。
图7是本发明实施例中，信号处理方法的流程图。
图8是本发明实施例中，另一信号处理方法的流程图。
图9是本发明实施例中，频谱上的多普勒成分及干扰基线成分的示意图。
【符号说明】
10 信号侦测装置
OSC 振荡器
ANtx、ANrx 无线装置
Atx、Arx 放大装置
St 无线发射信号
Sr 无线接收信号
fc 载波信号
fc’ 调整后的载波信号
1066 处理单元
1071、1072 混合器
1073 相位调整单元
1074、1075 模拟数字转换器
Sd、Sdata_I、Sdata_Q 数字信号
100 多普勒信号处理装置
Shuman_presence、
Figure BDA0001921585830000041
结果信号
Sheartbeat_rate_info 心跳信息信号
Obj 受测物体
110 频率分析单元
120 干扰抑制单元
130 干扰估测单元
140 侦测单元
150 错误侦测单元
1210 干扰相减单元
1220 频域侦测阈值单元
T(n) 频域侦测阈值向量
X(n) 频域信号向量
Y(n) 干扰抑制频域信号向量
U(n) 频域干扰估测信号向量
A(n) 振幅值
R(n) 滤波信号向量
Ssystem_startup 启动通知信号
Snegative_amplitude_detected、
Figure BDA0001921585830000051
错误侦测控制信号
Uinitial 频域干扰估测信号向量的初始值
310 绝对值单元
320 滤波单元
330 乘法器
340 加法器
350 延迟单元
360、370 多工器
α 调整参数
αfast 第一参数
αslow 第二参数
Sslow_fast、Sfrozen 选择信号
380 控制单元
410至430 状态
510 移动侦测单元
520 开关单元
530 生命迹象侦测单元
540 或门单元
588 反相器
Svital_sign_detection_enable 生命迹象侦测致能信号
Smotion_detected 移动侦测信号
Svital_sign_detected 生命迹象侦测信号
600、700 信号处理方法
610至650、710至760 步骤
Pd、Pi 频谱成分
具体实施方式
图1是本发明实施例中，信号侦测装置10的示意图。信号侦测装置10可包含无线装置ANtx及ANrx、放大装置Atx及Arx，处理单元1066，振荡器OSC及多普勒信号处理装置100。信号侦测装置10可用以执行载波多普勒雷达侦测。其中，振荡器OSC可提供载波信号fc，载波信号fc实质上具有固定频率。放大装置Atx可输出无线发射信号St，由无线装置ANtx发射。无线发射信号St可根据载波信号fc而产生，图1仅为示意图，根据实施例，于振荡器OSC及放大装置Atx之间，可选择性地设置用以根据载波信号fc产生无线发射信号St的产生器。若侦测到受测物体Obj(例如人体)，受测物体Obj反射无线发射信号St，从而产生无线接收信号Sr。无线装置ANrx可接收无线接收信号Sr，由放大装置Arx放大后，输入处理单元1066。处理单元1066可根据载波信号fc及无线接收信号Sr，产生至少一数字信号Sd。根据实施例，无线装置ANtx及ANrx可为天线，放大装置Atx及Arx可为放大器。举例而言，处理单元1066可包含混合器1071及1072、相位调整单元1073、及模拟数字转换器1074及1075。其中，混合器1071可混合载波信号fc及无线接收信号Sr，且将结果由模拟数字转换器1074转为数字信号。相位调整单元1073可将载波信号fc的相位旋转特定相位(如90度)，以产生调整后的载波信号fc’。混合器1072可混合调整后的载波信号fc’及无线接收信号Sr，且将结果由模拟数字转换器1075转为数字信号。上述的至少一数字信号Sd，可包含模拟数字转换器1074及1075输出的信号。图1的处理单元1066的架构，仅为举例，用以说明原理，而非用以限制实际的电路结构，其他适宜的变化，例如合理地加入调整信号的电路，或合理地更动混合器及模拟数字转换器的顺序等，仍可应用实施例提供的解决方案，且属于实施例的范围。
图2是本发明实施例中，图1的多普勒信号处理装置100的示意图。多普勒信号处理装置100可用以根据无线接收信号Sr侦测受测物体Obj，其架构与操作如下述。
多普勒信号处理装置100可包含频率分析单元110、干扰抑制单元120、干扰估测单元130、侦测单元140及错误侦测单元150。
频率分析单元110可用以根据至少一数字信号Sd，产生频域(frequency domain)信号向量X(n)，频率分析单元实施的方式，可以是采用快速傅立叶变换(Fast FourierTransform,FFT)或短时傅立叶变换(Short-Time Fourier Transform,STFT)来实现，亦可以是多频段滤波器组(Multi-band filter bank)使用至少一数字信号Sd执行一多频段滤波器组的操作。
其中，数字信号Sd可对应于无线接收信号Sr，其承载的信息可包括受测物体Obj的空间及移动信息、及环境中一干扰造成的干扰信息。频域信号向量X(n)可包括一段时间区段的频域与对应的能量值，例如是一段时间区段的多频(multi-frequency)频域或多频段(multi-band)频域与对应的能量值，亦或是多频段信号向量。
根据实施例，数字信号Sd可如图2所示，包含数字信号Sdata_I及数字信号Sdata_Q的至少一者，其中数字信号Sdata_I可为I路(in-phase)信号，数字信号Sdata_Q可为Q路(quadrature)信号，因此数字信号Sdata_I及数字信号Sdata_Q可应用于IQ调制(modulation)。
干扰抑制单元120可用以根据频域信号向量X(n)及频域干扰估测信号向量U(n)执行抑制运算以产生干扰抑制频域信号向量Y(n)。其中，干扰抑制频域信号向量Y(n)中，上述的环境干扰于频域的能量分布可被抑制。换言之，干扰抑制频域信号向量Y(n)中，特定频段的干扰可被降低。频域信号向量X(n)、干扰抑制频域信号向量Y(n)与频域干扰估测信号向量U(n)中的向量实质上的定义例如是一组数据。
干扰估测单元130可用以根据频域信号向量X(n)追踪环境中干扰造成的干扰能量频谱(spectrum)并以产生频域干扰估测信号向量U(n)，其中，频域干扰估测信号向量U(n)可对应于干扰于频域的能量分布。频域干扰估测信号向量U(n)可包括稳定状态(steadystate)的频域干扰能量基线(interference energy baseline)成分，且干扰估测单元130可为频域干扰能量基线估测单元。
侦测单元140可用以根据干扰抑制频域信号向量Y(n)及频域侦测阈值向量T(n)产生结果信号Shuman_presence。其中，图2的实施例的频域侦测阈值向量T(n)可为预先设定，且实质上可固定不变动。结果信号Shuman_presence可与受测物体Obj的移动信息有关。举例来说，此处所述的空间及移动信息，可包含受测物体Obj与信号侦测装置10之间的距离、受测物体Obj的移动速度等。结果信号Shuman_presence可用以判断是否有侦测到受测物体Obj(例如人体)。根据实施例，侦测单元140还可选择性地提供心跳信息信号Sheartbeat_rate_info，从而根据多普勒反射的信号，提供侦测到的生还者(survivor)的心跳信息。根据实施例，侦测单元140亦可仅用以根据干扰抑制频域信号向量Y(n)产生结果信号Shuman_presence。
错误侦测单元150可用以选择性地提供错误侦测控制信号Snegative_amplitude_detected至干扰估测单元130，以调整更新频域干扰估测信号向量U(n)的速度，其中，错误侦测控制信号Snegative_amplitude_detected是指频域干扰估测信号向量U(n)是否误包括受测物体Obj在频域的移动多普勒能量。换言之，频域干扰估测信号向量U(n)应只包括干扰于频域的能量分布，而与受测物体Obj移动所造成的移动多普勒能量无关，然而，若频域干扰估测信号向量U(n)非预期地包含了受测物体Obj移动所造成的移动多普勒能量，例如是因多普勒信号处理装置100由非启动状态转换为启动状态而导致频域干扰估测信号向量U(n)误包含了受测物体Obj的移动所造成的移动多普勒能量，则错误侦测单元150可提供错误侦测控制信号Snegative_amplitude_detected。也即是，错误侦测单元150是否提供错误侦测控制信号Snegative_amplitude_detected与频域干扰估测信号向量U(n)是否包括受测物体Obj的移动多普勒能量有关。调整更新频域干扰估测信号向量U(n)的速度例如是较快速地更新、较慢速地更新、或不更新频域干扰估测信号向量U(n)。
根据实施例，干扰抑制单元120还可提供振幅值A(n)至错误侦测单元150，使错误侦测单元150据以触发或解除错误侦测控制信号Snegative_amplitude_detected。例如，当振幅值A(n)具有超过一定量的负值，可将错误侦测控制信号Snegative_amplitude_detected的值设为1，反之，可设为0。上述仅为举例，实际的信号设定可依技术需求，予以设计。
若用于侦测人体，例如搜寻生还者，则多普勒信号处理装置100可为人体存在感应系统。
根据图2所示的频域信号向量X(n)及频域干扰估测信号向量U(n)，可列出以下算式。
A(n)＝|X(n)|-α·U(n)......(eq-1)；
B(n)＝(|X(n)|/(1+β·U(n)))·exp(j·∠X(n))……(eq-2)；
Y(n)＝A(n)·exp(j·∠X(n))……(eq-3)；
或
Y(n)＝B(n)·exp(j·∠X(n))……(eq-4)；
其中，算式eq-1及eq-3可用于一实施例，且算式eq-2及eq-4可用于另一实施例。
根据一实施例，可执行频谱相减(spectrum subtraction)，如算式eq-1所示，得到振幅值A(n)，再如算式eq-3，求得干扰抑制频域信号向量Y(n)。此实施例中，如算式eq-1，可取得频域信号向量X(n)的绝对值(absolute value)|X(n)|，求得频域干扰估测信号向量U(n)及调整参数α的乘积α·U(n)，求得绝对值|X(n)|及乘积α·U(n)的差值，而得到振幅值A(n)。再如算式eq-3，将频域信号向量X(n)的角度值代入欧拉公式(Euler's formula)，可得exp(j·∠X(n))，且振幅值A(n)乘以exp(j·∠X(n))，可求得干扰抑制频域信号向量Y(n)。
根据另一实施例，可执行频谱加权(spectrum weighting)，如算式eq-2所示，得到加权值B(n)，再如算式eq-4，求得干扰抑制频域信号向量Y(n)。此实施例中，如算式eq-2，可取得频域信号向量X(n)的绝对值|X(n)|，求得频域干扰估测信号向量U(n)及调整参数β的乘积β·U(n)，将常数(例如1)加上乘积β·U(n)，求得调整参数(1+β·U(n))，将绝对值|X(n)|除以调整参数(1+β·U(n))，以求得商值|X(n)|/(1+β·U(n))。将频域信号向量X(n)的角度值代入欧拉公式，可得exp(j·∠X(n))。将商值|X(n)|/(1+β·U(n))乘以exp(j·∠X(n))，可得加权值B(n)。再如算式eq-4，将加权值B(n)乘以exp(j·∠X(n))，可得干扰抑制频域信号向量Y(n)。
其中，α及β可为适宜的调整参数，j表示虚数单位，∠可表示角度值。
上述的频域信号向量X(n)、干扰抑制频域信号向量Y(n)及频域干扰估测信号向量U(n)可为对应于频域的信号向量，其中变量n可为时间索引(time index)，对应于时间轴上的离散(discrete)区间。
根据实施例，上述的干扰例如可由固定转速的风扇或是运作在固定电压频率的电器所产生，因此干扰于频域的能量分布实质上为固定。结果信号Shuman_presence可用以判断是否侦测到受测物体Obj，因此，若所执行的侦测是人体侦测，也就是说，受测物体Obj为人体，则结果信号Shuman_presence可用以判断是否侦测到人体存在。此种应用中，结果信号Shuman_presence可为人体存在的信号，举例来说，此种侦测可在火灾或地震的区域内执行。根据实施例，干扰抑制单元120可根据频域信号向量X(n)及频域干扰估测信号向量U(n)产生振幅值A(n)，当振幅值A(n)具有超过一定量的负值时，错误侦测单元150可提供错误侦测控制信号Snegative_amplitude_detected至干扰估测单元130，以调整更新频域干扰估测信号向量U(n)的速度。其中，振幅值A(n)可对应于频域信号向量X(n)的绝对值|X(n)|，减去频域干扰估测信号向量U(n)与调整参数α的乘积的差值，也就是可表示为A(n)＝|X(n)|-α·U(n)。因此，错误侦测单元150可为负振幅侦测(negative amplitude detection)单元。
根据实施例，频率分析单元110可执行滤波器组(filter bank)的功能，或执行短时傅立叶变换(short time Fourier transform，STFT)，以产生频域信号向量X(n)。
根据实施例，干扰估测单元130除了根据频域信号向量X(n)，还可根据结果信号Shuman_presence，以产生频域干扰估测信号向量U(n)。
根据实施例，侦测单元140可执行逐频格侦测(bin-by-bin detection)及/或逐频段侦测(band-by-band detection)，对应于每频格及每频段的侦测阈值，可正比于频域干扰估测信号向量U(n)的绝对值|U(n)|。
图3是本发明另一实施例中，图1的多普勒信号处理装置100的示意图。如图3所示，多普勒信号处理装置100可包含频率分析单元110、干扰估测单元130、侦测单元140、干扰相减单元1210、错误侦测单元150及频域侦测阈值单元1220。
其中，干扰相减单元1210可执行频谱相减(spectrum subtraction)，如算式eq-1所示，产生振幅值A(n)。
频域侦测阈值单元1220可提供侦测单元140在不同频格(frequency bin)或不同频段(frequency band)的侦测阈值(threshold)，侦测单元140将依照频域信号向量X(n)，执行逐频格侦测(bin-by-bin detection)或逐频段侦测(band-by-band detection)，若频域信号向量X(n)在频格/频段的能量超过此频格/此频段的侦测阈值，此频率将判定为具有物体移动的多普勒能量，进而可设定结果信号Shuman_presence为1。其中上述的侦测阈值构成频域侦测阈值向量T(n)。
频域侦测阈值向量T(n)可由下列算式决定：
T(n)＝γ·U(n)..........(eq-5)；
其中，γ可为适宜的调整参数。
图4是本发明实施例中，图2或图3的干扰估测单元130的示意图。干扰估测单元130可包含绝对值单元310、滤波单元320、乘法器(multiplier)330及加法器340。
绝对值单元310可用以根据频域信号向量X(n)，产生频域信号向量X(n)的绝对值|X(n)|。滤波单元320可用以根据绝对值|X(n)|，产生对应的滤波信号向量R(n)。滤波单元320可为中值滤波(median filter)单元，其中，频域信号向量X(n)的第k个元素为第k个频格(bin)或频段(band)可标记为Xk(n)，滤波信号向量R(n)的第k个频格(bin)或频段(band)可标记为Rk(n)，其中n是时间索引(time index)。当滤波单元320的中值滤波窗格(medianfilter window)的尺寸为M，则Rk(n)可表示为Rk(n){Xk(n),Xk(n-1),…,Xk(n-M+1)}的中间值(median-value)。
乘法器330可用以根据频域干扰估测信号向量U(n)及调整参数α，以产生频域干扰估测信号向量U(n)及调整参数α的乘积α·U(n)。加法器340可用以根据滤波信号向量R(n)及乘积α·U(n)，以产生乘积α·U(n)及滤波信号向量R(n)的总和值，即α·U(n)+R(n)。其中，总和值α·U(n)+R(n)可用以更新频域干扰估测信号向量U(n)。
根据实施例，如图4所示，干扰估测单元130可选择性地还包含延迟单元350。延迟单元350可用以将乘积α·U(n)及滤波信号向量R(n)的总和值延迟预定时间后输出，从而更新频域干扰估测信号向量U(n)。
根据实施例，干扰估测单元130可选择性地还包含多工器(multiplexer)360，多工器360可设置于加法器340及延迟单元350之间，用以根据选择信号Sfrozen，决定输出总和值以更新频域干扰估测信号向量U(n)，或输出原先的频域干扰估测信号向量U(n)。
根据实施例，干扰估测单元130可选择性地还包含多工器370。多工器370可设置于乘法器330的输入端，用以根据选择信号Sslow_fast，选择输出第一参数αfast或输出第二参数αslow至乘法器330，从而根据第一参数αfast或第二参数αslow更新调整参数α。其中，第一参数αfast可大于第二参数αslow，且第一参数αfast及第二参数αslow可皆大于0、且小于1。
举例而言，若图2的结果信号Shuman_presence实质上无变化，在侦测到人体后，仍继续侦测到人体，则选择信号Sfrozen可例如为1，使频域干扰估测信号向量U(n)不被更新。举例来说，设定选择信号Sfrozen而不更新频域干扰估测信号向量U(n)，可称为冻结(frozen)操作。因此，选择信号Sfrozen可称为冻结信号。
根据实施例，除了频域信号向量X(n)，干扰估测单元130还可根据启动通知信号Ssystem_startup产生频域干扰估测信号向量U(n)。启动通知信号Ssystem_startup可对应于多普勒信号处理装置100的启动。根据实施例，干扰估测单元130可还包含控制单元380，用以根据结果信号Shuman_presence的变化产生选择信号Sfrozen，及根据振幅值A(n)的变化产生选择信号Sslow_fast。换言之，控制单元380可决定选择信号Sfrozen与Sslow_fast的值。
关于选择第一参数αfast或第二参数αslow以更新调整参数α的操作，可如下述。
当振幅值A(n)具有超过一定量的负值，错误侦测单元150可触发错误侦测控制信号Snegative_amplitude_detected，例如将错误侦测控制信号Snegative_amplitude_detected的值由0变1，以使控制单元380输出选择信号Sslow_fast，从而使多工器370输出第一参数αfast。在图4的示例中，此情况下，选择信号Sslow_fast的值可为0，使用值较大的第一参数αfast更新调整参数α，从而加速更新。
当振幅值A(n)未具有超过一定量的负值，例如上述的A(n)为正值，错误侦测单元150可解除错误侦测控制信号Snegative_amplitude_detected，例如将错误侦测控制信号Snegative_amplitude_detected的值由1变0，以使控制单元380输出选择信号Sslow_fast，从而使多工器370输出第二参数αslow。在图4的示例中，此情况下，选择信号Sslow_fast的值可为1，使用值较小的第二参数αslow更新调整参数α，从而降低更新的速度。
图5为本发明实施例中，图4的控制单元380的有限状态机(finite statemachine)的状态图。状态410可为闲置(idle)状态，对应于多普勒信号处理装置100闲置的情况。当多普勒信号处理装置100的系统启动，可发送启动通知信号Ssystem_startup。随着接收到受测物体Obj的信息，可得到频域干扰估测信号向量U(n)的初始值，即Uinitial，并进入状态415。状态415可视为信息取得(acquisition)状态。其中，Uinitial可为多个振幅值的平均值，例如可表示为Uinitial＝AVG{R(0),R(1),…,R(Nacq-1)}。其中，AVG{}可为求取平均的函数，R(n)可为第n时点的滤波信号向量，0≤n<Nacq，变量Nacq可为大于0的正整数，且可根据工程需求设定。
状态415后，可进入状态420，状态420可为慢速更新状态。若以图2或图3及图4为例，状态420中，错误侦测控制信号Snegative_amplitude_detected可为失能(disable)位准，选择信号Sslow_fast可控制多工器370，从而使用第二参数αslow更新调整参数α，从而可较慢速地更新频域干扰估测信号向量U(n)。
若侦测到A(n)具有超过一定量的负值，错误侦测控制信号Snegative_amplitude_detected可被拉至致能(enable)位准，故可从状态420进入状态425，状态425可为快速更新状态。状态425中，选择信号Sslow_fast可控制多工器370，从而使用第一参数αfast更新调整参数α，从而可较快速地更新频域干扰估测信号向量U(n)。
在状态420中，当错误侦测控制信号Snegative_amplitude_detected被拉至致能位准，可进入状态425。在状态425中，当错误侦测控制信号Snegative_amplitude_detected仍为致能位准，可保持于状态425，当错误侦测控制信号Snegative_amplitude_detected被拉至失能位准(其可表示为错误侦测控制信号
Figure BDA0001921585830000161
)，可进入状态420。
在状态420中，当结果信号Shuman_presence被拉至致能位准，可对应于侦测到受测物体Obj(例如侦测到人体的生命迹象(vital sign))的情况，此时可进入状态430。状态430可为冻结状态。在状态430中，若经一段后续时段，结果信号Shuman_presence仍保持在致能位准，亦即对应于侦测到受测物体Obj的状态，则可保持于状态430。若在状态430中，结果信号Shuman_presence被拉至失能位准，则可对应于停止侦测到受测物体Obj，可再进入状态420。结果信号Shuman_presence于失能位准，可表示为结果信号
Figure BDA0001921585830000162
图6为本发明实施例中，图2的侦测单元140的示意图。侦测单元140可包含移动侦测单元510、开关单元520、生命迹象侦测单元530及或门(OR)单元540。
移动侦测单元510用以根据干扰抑制频域信号向量Y(n)产生移动侦测信号Smotion_detected，其中移动侦测信号Smotion_detected对应于侦测到受测物体Obj的移动。根据实施例，移动侦测单元510亦可用以根据干扰抑制频域信号向量Y(n)及频域侦测阈值向量T(n)产生移动侦测信号Smotion_detected。
开关单元520用以当移动侦测信号Smotion_detected对应于未侦测到受测物体Obj的移动的情况时，输出干扰抑制频域信号向量Y(n)。为了执行此操作，于图6的示例中，侦测单元140还包含反相器588，耦接于移动侦测单元510的输出端及开关单元520的控制端之间。反相器588可将移动侦测信号Smotion_detected反相，而产生生命迹象侦测致能信号Svital_sign_detection_enable，从而在侦测到受测物体Obj的移动时不导通开关单元520，且在未侦测到受测物体Obj的移动时导通开关单元520。然而，图6仅为举例，用以描述操作的原理，借着使用不同样态的开关单元520，也可能不须使用反相器588。
生命迹象侦测单元530可用以当移动侦测信号Smotion_detected是对应于未侦测到受测物体Obj的移动时，透过开关单元520接收干扰抑制频域信号向量Y(n)，及用以根据干扰抑制频域信号向量Y(n)输出生命迹象侦测信号Svital_sign_detected。其中，生命迹象侦测信号Svital_sign_detected可对应于受测物体Obj的生命迹象，例如心跳、呼吸等。生命迹象侦测单元530可选择性地提供心跳信息信号Sheartbeat_rate_info。
或门单元540可用以根据移动侦测信号Smotion_detected及生命迹象侦测信号Svital_sign_detected输出结果信号Shuman_presence。其中，当侦测到受测物体Obj的移动、或生命迹象，结果信号Shuman_presence的位准即可对应于侦测到受测物体Obj的状况。也就是说，以搜索生还者的应用为例，只要侦测到人体移动，或生命迹象的至少一者，即可判断侦测到人体。
上文提及的信号值为0、或信号值为1，仅为举例，其是用以说明实施例的操作。根据实施例，也允许信号被触发时的信号值为0，被解除时的信号值为1，其是根据电路的设计而决定。诸如此类的合理变化，仍属实施例的范围。图1至图6所述的各功能单元及电路，不一定限于如图所示。图式仅为举例，其他合理的调整，例如将复数个功能单元结合，或合理地调整功能单元的顺序，仍属实施例的范围。
图7是本发明实施例中，信号处理方法600的流程图。如图2及图7所示，信号处理方法600可包含以下步骤：
步骤610：根据至少一数字信号产生一频域信号向量，其中该至少一数字信号包括一受测物体的移动信息以及环境中一干扰造成的干扰信息，且该频域信号向量是包括一时间区段的一频域的能量值；
步骤620：根据该频域信号向量及一频域干扰估测信号向量执行一抑制运算以产生一干扰抑制频域信号向量，其中该干扰抑制频域信号向量中，该干扰于频域的能量是被抑制；
步骤630：根据该频域信号向量产生该频域干扰估测信号向量，其中该频域干扰估测信号向量对应于该干扰于频域的能量分布；
步骤640：选择性地提供一错误侦测控制信号以调整更新该频域干扰估测信号向量的速度，其中是否提供该错误侦测控制信号与该频域干扰估测信号向量是否包括该受测物体的移动多普勒能量有关；及
步骤650：根据该干扰抑制频域信号向量产生一结果信号，其中该结果信号是与该受测物体的移动信息有关。
各步骤的细节操作可见于上述图2与图4至图6的叙述，故不重述。
图8是本发明实施例中，信号处理方法700的流程图。如图3及图8所示，信号处理方法700可包含以下步骤：
步骤710：根据至少一数字信号产生一频域信号向量，其中该至少一数字信号包括一受测物体的移动信息以及环境中一干扰造成的干扰信息，且该频域信号向量是包括一时间区段的一频域的能量值；
步骤720：根据该频域信号向量及一频域干扰估测信号向量执行频谱相减以产生一振幅值；
步骤730：根据该频域干扰估测信号向量及一调整参数产生一频域侦测阈值向量；
步骤740：根据该频域信号向量产生该频域干扰估测信号向量，其中该频域干扰估测信号向量对应于该干扰于频域的能量分布；
步骤750：选择性地提供一错误侦测控制信号以调整更新该频域干扰估测信号向量的速度，其中是否提供该错误侦测控制信号与该频域干扰估测信号向量是否包括该受测物体的移动多普勒能量有关；及
步骤760：根据该频域信号向量及该频域侦测阈值向量产生一结果信号，其中该结果信号是与该受测物体的移动信息有关。
各步骤的细节操作可见于上述图3至图5的叙述，故不重述。
图9是本发明实施例中，频谱上的多普勒成分及干扰基线成分的示意图。如图9所示，频谱成分Pd可为对应于受测物体Obj的移动信息的多普勒成分(Doppler component)，其中，频率是关于速度的信息，成分的强度大小与雷达截面积(radar cross-section，RCS)有关。频谱成分Pi可为对应于频域干扰能量基线(interference energy baseline)成分。经使用上述的装置及方法，可降低干扰成分的影响，从而改善侦测效果。
经使用实施例提供的装置及方法，可动态地根据所接收的信号，更新侦测的结果，故可达到追踪控制的效果。此外，可透过干扰抑制运算，移除环境中对应于特定频段的干扰能量，因此，对于提高侦测的正确率，实有助益。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求所做的等同变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (21)

1.一种多普勒信号处理装置，用以根据一无线接收信号侦测一受测物体，其特征在于，该多普勒信号处理装置包含：
一频率分析单元，用以根据至少一数字信号产生一频域信号向量，其中该至少一数字信号对应于该无线接收信号，包括该受测物体的移动信息以及环境中一干扰造成的干扰信息，且该频域信号向量包括一时间区段的一频域与对应的能量值；
一干扰抑制单元，用以根据该频域信号向量及一频域干扰估测信号向量执行一抑制运算以产生一干扰抑制频域信号向量，其中该干扰抑制频域信号向量中，该干扰于频域的能量是被抑制；
一干扰估测单元，用以根据该频域信号向量产生该频域干扰估测信号向量，其中该频域干扰估测信号向量对应于该干扰于频域的能量分布；
一侦测单元，用以根据该干扰抑制频域信号向量产生一结果信号，其中该结果信号是与该受测物体的移动信息有关；及
一错误侦测单元，用以选择性地提供一错误侦测控制信号至该干扰估测单元，以调整更新该频域干扰估测信号向量的速度，其中是否提供该错误侦测控制信号与该频域干扰估测信号向量是否包括该受测物体的移动多普勒能量有关。
2.如权利要求1所述的多普勒信号处理装置，其特征在于，其中该干扰抑制单元还用以根据该频域信号向量及该频域干扰估测信号向量产生一振幅值。
3.如权利要求1所述的多普勒信号处理装置，其特征在于，其中该侦测单元包含：
一移动侦测单元，用以根据该干扰抑制频域信号向量产生一移动侦测信号，其中该移动侦测信号对应于该受测物体的移动；
一开关单元，用以当该移动侦测信号对应于未侦测到该受测物体的移动时，输出该干扰抑制频域信号向量；
一生命迹象侦测单元，用以当该移动侦测信号对应于未侦测到该受测物体的移动时，接收该干扰抑制频域信号向量，及用以根据该干扰抑制频域信号向量输出一生命迹象侦测信号，其中该生命迹象侦测信号对应该受测物体的一生命迹象；及
一或门单元，用以根据该移动侦测信号及该生命迹象侦测信号输出该结果信号；
其中当侦测到该受测物体的移动或该生命迹象，该结果信号对应于侦测到该受测物体。
4.如权利要求1所述的多普勒信号处理装置，其特征在于，其中该侦测单元还用以根据一频域侦测阈值向量产生该结果信号。
5.一种多普勒信号处理装置，用以根据一无线接收信号侦测一受测物体，其特征在于，该多普勒信号处理装置包含：
一频率分析单元，用以根据至少一数字信号产生一频域信号向量，其中该至少一数字信号对应于该无线接收信号，包括该受测物体的移动信息以及环境中一干扰造成的干扰信息，且该频域信号向量包括一时间区段的一频域与对应的能量值；
一干扰相减单元，用以根据该频域信号向量及一频域干扰估测信号向量执行频谱相减以产生一振幅值；
一频域侦测阈值单元，用以根据该频域干扰估测信号向量及一第一调整参数产生一频域侦测阈值向量；
一干扰估测单元，用以根据该频域信号向量产生该频域干扰估测信号向量，其中该频域干扰估测信号向量对应于该干扰于频域的能量分布；
一侦测单元，用以根据该频域信号向量及该频域侦测阈值向量产生一结果信号，其中该结果信号是与该受测物体的移动信息有关；及
一错误侦测单元，用以选择性地提供一错误侦测控制信号至该干扰估测单元，以调整更新该频域干扰估测信号向量的速度，其中是否提供该错误侦测控制信号与该频域干扰估测信号向量是否包括该受测物体的移动多普勒能量有关。
6.如权利要求1或5所述的多普勒信号处理装置，其特征在于，其中该干扰于频域的能量分布实质上为固定。
7.如权利要求1或5所述的多普勒信号处理装置，其特征在于，其中该结果信号是用以判断是否侦测到该受测物体。
8.如权利要求2或5所述的多普勒信号处理装置，其特征在于，其中当该振幅值具有超过一定量的负值时，该错误侦测单元提供该错误侦测控制信号至该干扰估测单元，以调整更新该频域干扰估测信号向量的速度；
其中该振幅值是对应于该频域信号向量的一绝对值，减去该干扰估测信号向量与一第二调整参数的乘积的差值。
9.如权利要求1或5所述的多普勒信号处理装置，其特征在于，其中该频率分析单元是使用该至少一数字信号执行一短时傅立叶变换以产生该频域信号向量，该频率分析单元包含一多频段滤波器组，且该频域信号向量是为一多频段信号向量。
10.如权利要求1或5所述的多普勒信号处理装置，其特征在于，其中该干扰估测单元还用以根据该结果信号产生该频域干扰估测信号向量。
11.如权利要求2或5所述的多普勒信号处理装置，其特征在于，其中该干扰估测单元还包含：
一绝对值单元，用以根据该频域信号向量，以产生该频域信号向量的一绝对值；
一滤波单元，用以根据该绝对值，以产生对应于该绝对值的一滤波信号向量；
一乘法器，用以根据该频域干扰估测信号向量及一第二调整参数，以产生该频域干扰估测信号向量及该第二调整参数的一乘积；
一加法器，用以根据该滤波信号向量及该乘积，以产生该乘积及该滤波信号向量的一总和值，其中该总和值是用以更新该频域干扰估测信号向量。
12.如权利要求11所述的多普勒信号处理装置，其特征在于，其中该干扰估测单元还包含：
一延迟单元，用以将该总和值延迟一预定时间后输出以更新该频域干扰估测信号向量。
13.如权利要求11所述的多普勒信号处理装置，其特征在于，其中该干扰估测单元还包含：
一第一多工器，用以根据一第一选择信号输出该总和值或该频域干扰估测信号向量；及
一延迟单元，用以将该第一多工器的输出延迟一预定时间后输出以更新该频域干扰估测信号向量。
14.如权利要求13所述的多普勒信号处理装置，其特征在于，其中该干扰估测单元还包含：
一第二多工器，用以根据一第二选择信号输出一第一参数或一第二参数以更新该第二调整参数；
其中该第一参数大于该第二参数，且该第一参数及该第二参数皆是大于0且小于1。
15.如权利要求14所述的多普勒信号处理装置，其特征在于，其中该干扰估测单元还根据该结果信号及一启动通知信号产生该频域干扰估测信号向量，该启动通知信号对应于该多普勒信号处理装置的启动。
16.如权利要求15所述的多普勒信号处理装置，其特征在于，其中该干扰估测单元还包含一控制单元，该控制单元用以根据该结果信号的变化产生该第一选择信号；及
用以根据该振幅值的变化产生该第二选择信号。
17.如权利要求16所述的多普勒信号处理装置，其特征在于，其中当该振幅值具有超过一定量的负值时，该错误侦测单元触发该错误侦测控制信号，以使该控制单元输出该第二选择信号，从而使该第二多工器输出该第一参数。
18.如权利要求16所述的多普勒信号处理装置，其特征在于，其中当该振幅值未具有超过一定量的负值时，该错误侦测单元解除该错误侦测控制信号，以使该控制单元输出该第二选择信号，从而使该第二多工器输出该第二参数。
19.一种信号处理方法，其特征在于，该信号处理方法包含：
根据至少一数字信号产生一频域信号向量，其中该至少一数字信号包括一受测物体的移动信息以及环境中一干扰造成的干扰信息，且该频域信号向量是包括一时间区段的一频域的能量值；
根据该频域信号向量及一频域干扰估测信号向量执行一抑制运算以产生一干扰抑制频域信号向量，其中该干扰抑制频域信号向量中，该干扰于频域的能量是被抑制；
根据该频域信号向量产生该频域干扰估测信号向量，其中该频域干扰估测信号向量对应于该干扰于频域的能量分布；选择性地提供一错误侦测控制信号以调整更新该频域干扰估测信号向量的速度，其中是否提供该错误侦测控制信号与该频域干扰估测信号向量是否包括该受测物体的移动多普勒能量有关；及
根据该干扰抑制频域信号向量产生一结果信号，其中该结果信号是与该受测物体的移动信息有关。
20.如权利要求19所述的信号处理方法，其特征在于，其中还用以根据该频域信号向量及该频域干扰估测信号向量产生一振幅值。
21.一种信号处理方法，其特征在于，该信号处理方法包含：
根据至少一数字信号产生一频域信号向量，其中该至少一数字信号包括一受测物体的移动信息以及环境中一干扰造成的干扰信息，且该频域信号向量是包括一时间区段的一频域的能量值；
根据该频域信号向量及一频域干扰估测信号向量执行频谱相减以产生一振幅值；
根据该频域干扰估测信号向量及一调整参数产生一频域侦测阈值向量；
根据该频域信号向量产生该频域干扰估测信号向量，其中该频域干扰估测信号向量对应于该干扰于频域的能量分布；
选择性地提供一错误侦测控制信号以调整更新该频域干扰估测信号向量的速度，其中是否提供该错误侦测控制信号与该频域干扰估测信号向量是否包括该受测物体的移动多普勒能量有关；及
根据该频域信号向量及该频域侦测阈值向量产生一结果信号，其中该结果信号是与该受测物体的移动信息有关。
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