CN112567256B - 使用相干多视雷达处理检测用户手势的基于智能电话的雷达系统 - Google Patents

使用相干多视雷达处理检测用户手势的基于智能电话的雷达系统 Download PDF

Info

Publication number
CN112567256B
CN112567256B CN201980053057.9A CN201980053057A CN112567256B CN 112567256 B CN112567256 B CN 112567256B CN 201980053057 A CN201980053057 A CN 201980053057A CN 112567256 B CN112567256 B CN 112567256B
Authority
CN
China
Prior art keywords
data
radar
complex
coherent
receive channels
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201980053057.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112567256A (zh
Inventor
连寄楣
奥克塔维奥·蓬斯马德里加
埃里克·M·奥尔森
帕特里克·M·阿米胡德
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Google LLC
Original Assignee
Google LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Google LLC filed Critical Google LLC
Publication of CN112567256A publication Critical patent/CN112567256A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112567256B publication Critical patent/CN112567256B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/017—Gesture based interaction, e.g. based on a set of recognized hand gestures
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
    • G01S5/0247—Determining attitude
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/02083—Interferometers characterised by particular signal processing and presentation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/50—Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S13/58—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems
    • G01S13/581—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems using transmission of interrupted pulse modulated waves and based upon the Doppler effect resulting from movement of targets
    • G01S13/582—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems using transmission of interrupted pulse modulated waves and based upon the Doppler effect resulting from movement of targets adapted for simultaneous range and velocity measurements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/50—Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S13/58—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems
    • G01S13/583—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems using transmission of continuous unmodulated waves, amplitude-, frequency-, or phase-modulated waves and based upon the Doppler effect resulting from movement of targets
    • G01S13/584—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems using transmission of continuous unmodulated waves, amplitude-, frequency-, or phase-modulated waves and based upon the Doppler effect resulting from movement of targets adapted for simultaneous range and velocity measurements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/50—Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S13/58—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems
    • G01S13/62—Sense-of-movement determination
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/66—Radar-tracking systems; Analogous systems
    • G01S13/72—Radar-tracking systems; Analogous systems for two-dimensional tracking, e.g. combination of angle and range tracking, track-while-scan radar
    • G01S13/723—Radar-tracking systems; Analogous systems for two-dimensional tracking, e.g. combination of angle and range tracking, track-while-scan radar by using numerical data
    • G01S13/726—Multiple target tracking
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/87—Combinations of radar systems, e.g. primary radar and secondary radar
    • G01S13/874—Combination of several systems for attitude determination
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/28—Details of pulse systems
    • G01S7/285—Receivers
    • G01S7/288—Coherent receivers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/28—Details of pulse systems
    • G01S7/285—Receivers
    • G01S7/288—Coherent receivers
    • G01S7/2883—Coherent receivers using FFT processing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/28—Details of pulse systems
    • G01S7/285—Receivers
    • G01S7/295—Means for transforming co-ordinates or for evaluating data, e.g. using computers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/35—Details of non-pulse systems
    • G01S7/352—Receivers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/35—Details of non-pulse systems
    • G01S7/352—Receivers
    • G01S7/356—Receivers involving particularities of FFT processing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/41—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00 using analysis of echo signal for target characterisation; Target signature; Target cross-section
    • G01S7/415—Identification of targets based on measurements of movement associated with the target
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06V—IMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V40/00—Recognition of biometric, human-related or animal-related patterns in image or video data
    • G06V40/20—Movements or behaviour, e.g. gesture recognition
    • G06V40/28—Recognition of hand or arm movements, e.g. recognition of deaf sign language
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S2013/0236—Special technical features
    • G01S2013/0245—Radar with phased array antenna

Abstract

描述了实现能够使用相干多视雷达处理检测用户手势的基于智能电话的雷达系统的技术和装置。不同的方法使用多视干涉仪或多视波束形成器，以根据跨越一个或多个时间、范围或多普勒频率维度的窗口，在两个或更多个接收信道上对分布式目标的多个视场进行相干平均。通过对所述多个视场进行相干平均，雷达系统生成具有较高增益和较低噪声的雷达数据。这使所述雷达系统能够达到更高的精度，并且在多种不同的设备内实现。具有这些精度，所述雷达系统可以支持多种不同的应用，包括手势辨识或存在检测。

Description

使用相干多视雷达处理检测用户手势的基于智能电话的雷达 系统
背景技术
雷达是可以检测和跟踪目标的有用设备。虽然雷达是军事和空中交通管制操作中常用的工具，但是技术进步使将雷达集成到商业设备中成为可能。在许多情况下，雷达可能会取代笨重且昂贵的传感器(诸如相机)，并在不同环境条件(诸如低照度和雾气)下或目标移动或重叠的情况下提供改善的性能。虽然使用雷达可能是有利的，但是存在与将雷达集成到商用设备中相关联的许多挑战。
一种此类问题涉及小型消费型设备可能会对雷达的设计或操作施加的限制。为了满足尺寸或布局约束条件，例如可以使用更少的天线元件和各种天线元件间距。其他约束条件可能会限制雷达信号的带宽、传送功率、更新速率等。因此，雷达的设计可能会导致信噪比性能下降，这可能使一些应用难以达到足够的精度。为此，集成在消费型设备中的雷达的有效操作和能力可能会大大降低，这可能会限制雷达可以支持的应用类型或可以在其中实现雷达的消费型设备的类型。
发明内容
描述了实现能够使用相干多视雷达处理检测用户手势的基于智能电话的雷达系统的技术和装置。所描述的技术使雷达系统能够使用相干多视雷达处理来检测分布式目标。雷达系统采用相干平均来获得对分布式目标的雷达标记的统计估计。根据跨越一个或多个维度(例如，时间、范围或多普勒频率)的窗口，在两个或更多个接收信道上对多个视场(例如，样本或小区)进行相干平均。不同的方法包括多视干涉仪或多视波束形成器，它们基于相干平均分别执行干涉测量或波束形成操作以产生方位数据。使用相干平均，对由分布式目标的多个相位中心引起的变化进行平均，从而提高方位数据的信噪比。使用更高的信噪比，雷达系统可以实现目标精度，以支持多种不同的应用，包括手势辨识或存在检测，而不考虑可能存在的任何硬件限制。可以定制相干多视雷达处理技术，以支持具有不同计算能力或功率约束条件的多种设备。
下面描述的各方面包括智能电话，该智能电话包括雷达系统和基于雷达的应用。该雷达系统包括天线阵列、收发器、相干多视模块和方位估计模块。天线阵列包括至少两个接收天线元件，该接收天线元件被配置成接收由目标反射的雷达信号。收发器包括分别耦合到至少两个接收天线元件的至少两个接收信道。收发器被配置成经由至少两个接收信道来处理经反射的雷达信号，以产生与至少两个接收信道中的每个接收信道相关联的复杂雷达数据。复杂的雷达数据包括多个样本。相干多视模块被配置成使用窗口在至少两个接收信道上对复杂雷达数据内的多个样本进行相干平均。基于相干平均，相干多视模块被配置成产生方位数据。方位估计模块被配置成基于方位数据而确定与手势相关联的方位。基于雷达的应用被配置成基于由方位估计模块确定的方位而辨识由目标执行的手势。
下面描述的各方面还包括一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质包括计算机可实行指令，该计算机可实行指令响应于处理器的实行而实现相干多视模块和方位估计模块。相干多视模块被配置成接受包括多个样本的复杂雷达数据。复杂雷达数据与至少两个接收信道相关联，并且基于由目标反射的雷达信号。相干多视模块还被配置成使用窗口在至少两个接收信道上对复杂雷达数据内的多个样本进行相干平均。基于相干平均，相干多视模块被配置成产生方位数据。方位估计模块被配置成基于方位数据而确定目标的方位。
下面描述的各方面还包括一种使用相干多视雷达处理来检测分布式目标的方法。该方法包括使用天线阵列的至少两个接收天线元件来接收由目标反射的雷达信号。该方法还包括使用至少两个接收信道来处理经反射的雷达信号，以产生与至少两个接收信道中的每个接收信道相关联的复杂雷达数据。复杂的雷达数据包括多个样本。使用窗口，该方法包括对至少两个接收信道上的复杂雷达数据内的多个样本进行相干平均。该方法还包括基于相干平均而产生方位数据。基于方位数据，该方法包括确定目标的方位。
下面描述的各方面还包括一种系统，该系统具有用于基于窗口而对至少两个接收信道上的复杂雷达数据的多个样本进行相干平均以产生方位数据的装置。
附图说明
参考以下附图，描述了实现能够使用相干多视雷达处理检测用户手势的基于智能电话的雷达系统的装置和技术。在整个附图中使用相同的数字来引用相同的特征和部件：
图1图示了示例环境，其中可以实现能够使用相干多视雷达处理检测用户手势的基于智能电话的雷达系统。
图2-1图示了在不同观察角度下的示例分布式目标。
图2-2图示了在不同观察角度下的用于分布式目标的示例复杂雷达数据。
图3图示了作为智能电话的一部分的示例雷达系统。
图4图示了雷达系统内的接收天线元件的示例二维布置。
图5图示了示例相干多视模块，用于实现能够使用相干多视雷达处理检测用户手势的基于智能电话的雷达系统。
图6-1图示了示例流程序列，用于实现能够使用相干多视雷达处理检测用户手势的基于智能电话的雷达系统。
图6-2图示了由相干多视模块执行的示例流程序列，用于实现能够使用相干多视雷达处理检测用户手势的基于智能电话的雷达系统。
图7图示了示例多视干涉仪，用于实现能够使用相干多视雷达处理来检测用户手势的基于智能电话的雷达系统。
图8图示了示例多视波束形成器，用于实现能够使用相干多视雷达处理检测用户手势的基于智能电话的雷达系统。
图9图示了相干多视模块的示例套件，该套件可以用于实现能够使用针对多种计算设备的相干多视雷达处理检测用户手势的雷达系统。
图10图示了用于波束扫描的示例流程序列，以实现能够使用相干多视雷达处理检测用户手势的基于智能电话的雷达系统。
图11图示了用于执行能够使用相干多视雷达处理检测用户手势的基于智能电话的雷达系统的操作的示例方法。
图12图示了示例计算系统，该示例计算系统体现能够使用相干多视雷达处理检测用户手势的基于智能电话的雷达系统，或者其中可以实现支持该雷达系统的使用的技术。
具体实施方式
概要
达到目标精度对于许多雷达功能很重要，这些功能包括执行手势辨识，检测小目标，在远距离检测目标，跟踪快速运动，在多个目标之间进行区分等等。许多设计因素会影响雷达系统可以实现的精度。例如，一些方法可以通过增加传输功率来增加接收到的信号的信噪比，或者使用旨在降低噪声的昂贵硬件。其他雷达系统可以利用较高的更新率，生成宽带宽雷达信号，采用额外的天线元件，或者具有最佳的天线元件间距，这些分别增强时间和多普勒频率维度、范围维度或角度维度的分辨率。在更高的信噪比性能或增强的分辨率的情况下，可以提高已实现的精度。除非本文的特定情境另外指出，否则增加的精度指的是改进程度的增加，对事实的符合性的增加，或者指改进程度的增加和对事实的符合性的增加两者。
然而，将雷达系统集成在消费型设备内可能使实现这些技术具有挑战性。消费型设备例如可能具有有限量的可用功率。为此，雷达系统可能无法增加传送功率或利用较高的更新速率。在一些情况下，消费型设备的尺寸或布局约束条件可能会限制天线元件的数量或导致次佳的天线元件间距，这可能会降低角度分辨率。其他硬件限制或频率限制可能会致使雷达系统生成窄带宽雷达信号而不是宽带宽雷达信号。在这些限制的情况下，对于一些雷达来说，要达到目标精度可能具有挑战性。
对于检测具有不确定性雷达标记的分布式目标，实现这些目标精度也可能具有挑战性。分布式目标的示例类型包括人体部位(例如，手指、手、脸或肢体)或人体。从雷达的角度来看，分布式目标具有多个相位中心(例如，散射点)，这会致使该分布式目标的雷达标记在不同的观察角度上变化。在观察分布式目标的同时，观察角度会由于分布式目标或雷达的运动而改变。在观察角度改变时，雷达标记的幅度或相位可能会变化，这会增加使用适合于非分布式目标(例如，具有确定性雷达标记的目标)的雷达处理技术产生的方位数据的误差或不确定性。
本文献描述了用于实现能够使用相干多视雷达处理检测用户手势的基于智能电话的雷达系统的技术和设备。所描述的技术使雷达系统能够使用相干多视雷达处理来检测分布式目标。雷达系统采用相干平均来获得对分布式目标的雷达标记的统计估计。根据跨越一个或多个维度(例如，时间、范围或多普勒频率)的窗口，在两个或更多个接收信道上对多个视场(例如，样本或小区)进行相干平均。不同的方法包括多视干涉仪或多视波束形成器，它们基于相干平均而分别执行干涉测量或波束形成操作以产生方位数据。使用相干平均，对由分布式目标的多个相位中心引起的变化进行平均，这提高了方位数据的信噪比。使用更高的信噪比，雷达系统可以实现目标精度，以支持多种不同的应用，包括手势辨识或存在检测，而不考虑可能存在的任何硬件限制。可以定制相干多视雷达处理技术，以支持具有不同计算能力或功率约束条件的多种设备。现在，本文献转向示例环境，之后描述示例装置、示例方法和示例计算系统。
示例环境
图1是示例环境的图示，其中可以体现使用能够使用相干多视雷达处理检测用户手势的基于智能电话的雷达系统的技术以及包括该雷达系统的装置。在描绘的环境100-1、100-2和100-3中，将雷达系统102嵌入在智能电话104内。雷达系统102的一些实施例在应用于诸如智能电话104等的智能电话的情境下是特别有利的，在这些情境下存在诸如低功率需求，对处理效率的需求，天线元件的间距和布局的限制等问题以及其他问题的融合，并且在期望对精细手势的雷达监测的智能电话的特定情境中甚至更有利。虽然实施例在所描述的需要雷达检测到的精细手势的智能电话的情境中是特别有利的，但是应当了解，本发明的特征和优点的适用性并不一定限于此，并且其他实施例涉及其他类型的电子设备的技术也可能在本教示的范围内。虽然智能电话104被示为智能电话，但是智能电话104也可以被实现为任何合适的计算或电子设备，如参照图3进一步详细地描述的。雷达系统102可以被配置成跟踪用户的手势以进行无接触控制，检测一个或多个用户的存在，跟踪智能电话104周围的一个或多个用户以用于具体应用等等。
智能电话104的示例性整体侧向尺寸可以是例如大约八厘米乘以大约十五厘米。雷达系统102的示例性覆盖范围可以受到甚至更多的限制，诸如包括天线的大约四毫米乘以六毫米。雷达系统102的示例性功率消耗可为近似几毫瓦到几十毫瓦(例如，在大约两毫瓦与二十毫瓦之间)。对雷达系统102的这种有限覆盖范围的要求可能导致雷达手势检测的精度和功效受损，鉴于本文的教示可以克服这些受损中的至少一些，需要这种要求以这种空间受限的包装与功率和处理限制的结合方式，来容纳智能电话104的许多其他合乎需要的特征(例如，相机、指纹传感器、显示器等)。
在环境100-1、100-2和100-3中，用户做出横跨多个观察角度的不同手势。一般来说，观察角度是相对于视线的入射角，雷达系统102沿着该视线“看见”目标(例如，用户的手)。如果考虑了目标的速度矢量的定向来识别观察角度，则观察角度也可以被视为视界角。在环境100-1中，用户通过沿水平维度(例如，从智能电话104的左侧到智能电话104的右侧)在智能电话104上方移动手来做出滚动手势。当用户的手臂围绕肘部旋转时，用户会在环境100-2中做出挥手姿势。在环境100-3中，用户通过沿垂直维度(例如，从智能电话104的底侧到智能电话104的顶侧)在智能电话104上方移动手来做出推动手势。也可以做出其他类型的手势或运动。例如，用户可以通过将手朝向智能电话104移动来做出伸手去拿手势。作为另一个示例，可以通过卷曲手的手指来握住假想的门把手来做出把手转动手势。手指和手按顺时针或逆时针方式旋转，以模仿转动假想门把手的动作。可以通过将拇指和至少一个其他手指摩擦在一起来执行另一示例捻线手势。这些示例手势类型中的每个都可以由雷达系统102检测出。在检测到这些手势中的每个时，智能电话104可以执行诸如显示新内容、移动光标、启动一个或多个传感器、打开应用等动作。以这种方式，雷达系统102提供对智能电话104的无接触控制。然而，因为手是分布式目标，所以对于一些雷达处理技术而言，要获得准确的测量结果来识别手势可能是具有挑战性的。然而，使用相干多视雷达处理，即使在可能存在许多设计限制或硬件约束条件的情况下，雷达系统102也可以更好地辨识手势。参照图2进一步描述了分布式目标的属性。
图2-1图示了在不同观察角度下的示例分布式目标。在该示例中，分布式目标被示出为是图1的环境100-1内的用户的手202。因为手202是分布式目标，所以它具有多个相位中心204，它们的数量和相应方位可以在不同的观察角度下变化。相位中心204中的每个朝向雷达系统102反射一部分雷达信号(例如，反射一部分传送的雷达信号)。由于手202在相位中心204中的每个处的反射率属性不同，雷达信号的经反射部分可能具有不同的相位或幅度。相位中心204中的每个与雷达系统102之间的相对路径长度的差异也可能存在。这些差异导致经反射部分彼此相长或相消干涉。这些经反射部分的最终叠加或组合产生了由雷达系统102观察到的经反射的雷达信号214。
在第一时间，手202以第一观察角度206-1朝向智能电话104的左侧定位。如在208-1下在图2-1的左侧所示，手202在第一观察角度206-1下具有六个相位中心204。这些相位中心204反射雷达信号的各部分，并且具有如由矢量图212-1中的虚线矢量所示的相应的幅度和相位。这些经反射信号的最终叠加或组合产生经反射的雷达信号214-1，该经反射的雷达信号具有由矢量图212-1中的实线矢量表示的幅度和相位。
当用户执行从左到右的滚动手势时，第二观察角度206-2在手202定位在智能电话104上方的另一时间出现。在图2-1的右侧208-2下，手202在观察角度206-2下具有五个相位中心204。在这种情况下，相对于在208-1下示出的相位中心204，相位中心204出现在手202上的不同位置处。由相位中心204反射的雷达信号的经反射部分之间的相长或相消干涉导致经反射的雷达信号214-2，这在矢量图212-2中示出。与经反射的雷达信号214-1相比，经反射的雷达信号214-2具有更大的幅度和不同的相位。以这种方式，如由经反射的雷达信号214-1和214-2表示的分布式目标的标记在不同的观察角度206下发生变化。这种变化(也称为斑点)可能会致使一些雷达处理技术产生降低了雷达的精度性能的噪声测量结果，如参照图2-2进一步描述的。
图2-2图示了在图2-1的观察角度206-1和206-2下用于分布式目标的示例复杂雷达数据216。为简单起见，针对观察角度206-1和206-2示出的复杂雷达数据216与单个接收信道相关联。复杂雷达数据216包括多个小区218，这些小区中的每个包含与图2-2的经反射的雷达信号214相关联的样本220(例如，同相和正交数据)。小区218可以与不同的时间间隔、范围间隔或多普勒间隔相关联。间隔的大小表示雷达系统102沿对应维度的分辨率。间隔的类型表征了复杂雷达数据216的状态空间。一般而言，每个样本220表示雷达系统102针对给定状态空间所做的单次“查看”或观察。在复杂雷达数据216内，样本220的幅度用不同的灰色色调表示，其中相对于较浅的灰色色度，较深的灰色色度表示较高的幅度。在所描绘的配置中，图2-2的手202的一部分由梯形表示，并且来自手202的反射影响至少两个小区218-1和218-2。
在图2-2的左侧，样本220在小区218-1和218-2内的幅度不同，其中小区218-1相对于小区218-2具有更大的幅度(如由不同的灰色色度所示)。这种差异可能是由于在小区218-1和218-2内的散射信号222之间发生的相长或相消干涉的差异而导致的。散射信号222表示由相位中心204反射的雷达信号的不同部分。因为手202是分布式目标，所以对于不同的观察角度，这些小区218内的幅度可能会改变。例如，在观察角度206-2下，小区218-1相对于小区218-2具有更小的幅度。
一些确定性雷达处理技术基于具有最高幅度的小区218而确定手202的方位。这些技术对于诸如转角反射器等具有单个相位中心204的非分布式目标可能是准确的，该单个相位中心204在不同观察角度下不会显著变化。为了进一步解释由于将确定性雷达处理技术应用于分布式目标而产生的挑战，假设在观察角度206-1和206-2两者下图2-2中的手202位于距雷达系统102的相同范围处，并且小区218-1和218-2内的样本220与涵盖手202的不同范围间隔相关联。使用确定性技术，当手202处于观察角度206-1时，参照小区218-1确定与手202的范围，因为小区218-1在复杂雷达数据216内具有最高幅度。然而，当手202处于观察角度206-2时，参照小区218-2确定范围。因为这些小区218-1和218-2表示不同的范围间隔，所以观察到与手202的范围是变化的，这导致噪声方位测量结果、速度或距离变化率测量结果、雷达横截面测量结果等。这种波动或噪声还会影响预测或跟踪技术。因此，对于采用确定性技术的雷达来说，准确地观察小型或快速目标，执行手势辨识、存在检测或提供避免碰撞可能具有挑战性。
相比之下，本文描述的技术分析目标的多个“视场”以降低噪声并提高测量精度(例如，方位、速度、距离变化率、雷达横截面等)。在该情境中，术语“视场”是指可以与特定时间间隔、范围间隔或多普勒频率相关联的复杂样本(例如，复杂雷达数据216的小区218内的样本)。所描述的技术使用窗口在多个接收信道上对复杂雷达数据216内的多个小区218(诸如，小区218-1和218-2)进行相干平均。因为分布式目标的不同样本220具有一些相似性或以某种方式彼此相关，所以使用相干平均会增加增益并减弱与分布式目标相关联的雷达数据的噪声。与不使用相干平均生成的其他雷达数据相比，更高的增益导致雷达数据(例如，方位数据)具有更高的信噪比。为此，雷达系统102可以达到更高的精度并补偿使雷达系统102能够在智能电话104内实现的任何设计或硬件限制。参照图3进一步描述示例计算设备。
图3图示了作为智能电话104的一部分的雷达系统102。雷达系统102可以替代地在任何合适的计算设备或电子设备(诸如，台式计算机104-1、平板计算机104-2、笔记本计算机104-3、电话104-4、计算手表104-5、计算眼镜104-6、游戏系统104-7、微波炉104-8和车辆104-9)内实现。也可以使用其他设备，诸如电视、无人机、触控板、绘图板、上网本、电子阅读器、家庭自动化和控制系统以及其他家用电器。应当注意，设备可以是可穿戴、不可穿戴但可移动或相对不动的设备(例如，台式机和电器)。雷达系统102可以用作独立雷达系统，或者可以与许多不同的计算设备或外围设备一起使用或嵌入其中，诸如在控制家用电器和系统的控制面板中，在汽车中以控制内部功能(例如，音量、巡航控制或甚至是小汽车的驾驶)，或者作为笔记本计算机的附件来控制笔记本计算机上的计算应用。
智能电话104包括一个或多个计算机处理器302和计算机可读介质304，该计算机可读介质包括存储器介质和存储介质。体现为计算机可读介质304上的计算机可读指令的应用和/或操作系统(未示出)可以由计算机处理器302实行，以提供本文所述的一些功能性。计算机可读介质304还包括基于雷达的应用306，该应用使用由雷达系统102生成的雷达数据来执行功能，诸如基于手势的控制、存在检测或用于自主驾驶的碰撞避免。
智能电话104还可以包括用于通过有线、无线或光学网络传达数据的网络接口308。例如，网络接口308可以通过局域网(LAN)、无线局域网(WLAN)、个人局域网(PAN)、有线局域网(WAN)、内联网、互联网、对等网络、点对点网络、网状网络等传达数据。智能电话还可以包括显示器(未示出)。
雷达系统102包括通信接口310，以将雷达数据传送到远程设备，尽管当雷达系统102集成在智能电话104内时不需要使用该接口。一般而言，由通信接口310提供的雷达数据呈基于雷达的应用306可用的格式。
雷达系统102还包括至少一个天线阵列312和至少一个收发器314，以传送和接收雷达信号。天线阵列312包括至少一个传送天线元件(未示出)和至少两个接收天线元件(如图4中所示)。在一些情况下，天线阵列312可以包括多个传送天线元件，以实现能够在给定时间传送多个不同波形(例如，每个传送天线元件不同的波形)的多输入多输出(MIMO)雷达。多个波形的使用可以增加雷达系统102的测量精度。对于包括三个或更多个接收天线元件的实施方式，接收天线元件可以以一维形状(例如，线)或二维形状定位。一维形状使雷达系统102能够测量一个角度维度(例如，方位角或仰角)，而二维形状支持测量两个角度维度(例如，方位角和仰角两者)。参照图4进一步描述了天线阵列312内的接收天线元件的示例二维布置。
图4图示了雷达系统102内的接收天线元件402的示例二维布置。例如，如果天线阵列312包括至少四个接收天线元件402，则接收天线元件402可以布置成矩形布置404-1，如图4的中间所描绘的。替代地，如果天线阵列312包括至少三个接收天线元件402，则可以使用三角形布置404-2或L形布置404-3。由于智能电话104的尺寸或布局约束条件，对于雷达系统102要监测的角度，接收天线元件402之间的元件间距或接收天线元件402的数量可能不是理想的。在不同的实施方式中，元件间距可以小于、大于或等于雷达信号的中心波长的一半。
使用天线阵列312，雷达系统102可以形成经转向或未经转向、宽或窄或成形(例如，成形为半球、立方体、扇形、圆锥形或圆柱体形)的波束。作为示例，一个或多个传送天线元件(未示出)可以具有未经转向的全向辐射图案，或者可能能够产生宽波束，诸如宽传送波束406。这些技术中的任何一种使雷达系统102能够照亮大体积的空间。为了达到目标角精度和角度分辨率，接收天线元件402可以用于生成数千个窄波束和经转向波束(例如，2000个波束、4000个波束或6000个波束)，诸如窄接收波束408。以这种方式，雷达系统102可以有效地监测外部环境。
返回图3，收发器314包括用于经由天线阵列312传送和接收雷达信号的电路和逻辑。收发器314的部件可以包括用于调节雷达信号的放大器、混频器、开关、模数转换器、滤波器等。收发器314还可以包括用于执行同相/正交(I/Q)操作(诸如，调制或解调)的逻辑。可以使用多种调制来产生雷达信号，包括线性频率调制、三角频率调制、步进频率调制或相位调制。收发器314可以被配置成支持连续波或脉冲雷达操作。
收发器314可以用来生成雷达信号的频谱(例如，频率范围)可以涵盖在1千兆赫(GHz)与400千兆赫之间，4GHz与100GHz之间或57GHz与63GHz之间的频率。在一些情况下，频谱可以分为具有类似或不同带宽的多个子频谱。示例带宽可以为近似500兆赫兹(MHz)、一千兆赫兹(GHz)、两千兆赫兹等。不同的频率子频谱可以包括例如在大约57GHz与59GHz之间，59GHz与61GHz之间或61GHz与63GHz之间的频率。虽然上述示例频率子频谱是连续的，但是其他频率子频谱可能不是连续的。为了达到相干性，收发器314可以使用具有相同带宽的多个频率子频谱(连续的或不连续的)来生成多个雷达信号，所述多个雷达信号同时传送或在时间上分开传送。在一些情形下，可以使用多个连续的频率子频谱来传送单个雷达信号，从而使雷达信号能够具有较宽的带宽。
雷达系统102还可以包括一个或多个系统处理器316和系统介质318(例如，一个或多个计算机可读存储介质)。虽然在图3中示出系统处理器316与收发器314分开，但是在一些实施方式中，系统处理器316可以在收发器314内实现。系统处理器316实行存储在系统介质318内的计算机可读指令。由系统处理器316执行的示例数字操作可以包括快速傅立叶变换(FFT)、滤波、调制或解调、信号生成等。
系统介质318包括相干多视模块320和方位估计模块322。相干多视模块320可以至少部分地实现用于检测分布式目标的相干多视雷达处理。相干多视模块320生成方位数据，该数据可以由方位估计模块322处理以确定分布式目标的方位。方位估计模块322可以使用信号处理技术或机器学习来分析方位数据。参照图5进一步描述了相干多视模块320。
图5图示了示例相干多视模块320，用于实现能够使用相干多视雷达处理检测用户手势的基于智能电话的雷达系统。相干多视模块320包括多视干涉仪502或多视波束形成器504以及窗口选择模块506。相干多视模块320接受由收发器314内的两个或更多个接收信道(例如，N个信道)产生的数据提供的或从该数据导出的复杂雷达数据216。接收信道分别耦合至图4的接收天线元件402。在一些情况下，接收信道可以与类似或不同的频率子频谱相关联，或被配置成处理类似或不同类型的传送波形。复杂雷达数据216的维度510-1和510-2取决于所提供的复杂雷达数据216的类型(例如，复杂雷达数据216的状态空间)，并且可以表示时间、范围和/或多普勒频率。下面参照图6进一步描述不同类型的复杂雷达数据216。
窗口选择模块506确定窗口508，该窗口508识别要在两个或更多个接收信道上对哪些相对小区218(例如，或相对样本220)进行相干平均。窗口508的大小(例如，选定的样本220的数量)直接影响产生的方位数据的信噪比、分辨率和相干性。虽然在图5中窗口508被示出为矩形，但是它可替代地包括不规则形状或多种形状以选择沿至少一个维度510是连续的(例如，相邻的)或不连续的小区218。在512处示出了示例不规则形状的窗口508。
通常，存在与方位数据的信噪比、分辨率和相干性相关联的权衡。虽然更大的窗口508可以增强方位数据跨不同观察角度206的稳定性或信噪比，但是更大的窗口508会降低沿至少一个维度510的方位数据的分辨率。在一些情况下，可以调整雷达系统102的操作以抵消减小的分辨率。例如，可以增加更新速率以提高时间或多普勒维度510中的分辨率。然而，如果窗口508变得太大(例如，大于目标的大小)，则因为窗口508内的一些小区218或样本220可能不与感兴趣的目标相关联(例如，可能对应于其他目标或外部环境内的杂乱)，所以相干性和信噪比性能可能会降低。
窗口选择模块506可以评估这些权衡，以确定用于相干平均的适当窗口508。在一些情况下，窗口选择模块506可以迭代地调整窗口508，直到在信噪比、相干性与分辨率之间达到适当的平衡为止。窗口选择模块506还可以访问存储在计算机可读介质304或系统介质318中的数据以做出该确定。如果基于雷达的应用306指示雷达系统102检测特定类型的目标，诸如手202，则窗口选择模块506可以基于手202的物理大小或形状以及雷达系统102的已知分辨率而定义窗口508。考虑如果图2的手大约为18厘米，并且复杂雷达数据216内的小区218的分辨率大约为5厘米，则窗口选择模块506可以将窗口508设置为包括四个小区218或更少。在一些情况下，窗口选择模块506还可以确定窗口508的加权函数，或者为窗口508内的相对小区218指派不同的权重。以这种方式，窗口选择模块506识别窗口508内的一个或一个感兴趣区域，该一个或多个感兴趣区域可用于达到针对不同类型的复杂目标的目标性能。一般而言，窗口选择模块506以优化信噪比性能、分辨率和相干性或达到期望的精度性能的方式来定义窗口508。多视干涉仪502或多视波束形成器504使用窗口508来处理复杂雷达数据216。一般而言，由多视干涉仪502或多视波束形成器504在至少两个接收信道上对窗口508内的样本进行相干平均操作。多视干涉仪502或多视波束形成器504基于该相干平均而产生方位数据。参照图6-1、图6-2和图7至图10进一步描述了相干多视模块320。
图6-1图示了示例流程序列600，用于实现能够使用相干多视雷达处理检测用户手势的基于智能电话的雷达系统。系统处理器316接受由收发器314的多个接收链提供的原始数据602。原始数据602表示来自接收天线元件402中的每个接收天线元件的数字响应，该接收天线元件402用于接收图2-1的经反射的雷达信号214-1或214-2。产生原始数据602的接收天线元件402和接收信道的数量由变量N表示，该变量是大于1的正整数。原始数据602包含一段时间内的和用于与经反射的雷达信号214相关联的不同波数(WN)的复杂数字信息，如由原始数据602-1所示，该信息与N个信道中的一个相关联。
可以在硬件或软件中实现的快速傅立叶变换(FFT)模块604针对每个时间间隔对原始数据602执行一维FFT操作，以从波数域转换为范围域。FFT模块604的最终输出包括经预处理的数据606。经预处理的数据606包括一段时间内的和用于不同范围间隔的复杂数字信息，如由经预处理的数据606-1所示，该信息与N个信道中的一个相关联。在一些实施方式中，可以在硬件或软件中实现的多普勒滤波器模块608针对每个时间间隔对经预处理的数据606执行一维FFT操作，以从时域转换为多普勒频域。多普勒滤波器模块608的最终输出包括范围-多普勒数据610。范围-多普勒数据610包括用于不同多普勒-频率间隔和范围间隔的复杂数字信息，如由范围-多普勒数据610-1所示，该信息与N个信道中的一个相关联。
经预处理的数据606和范围-多普勒数据610表示不同类型的复杂雷达数据216，可以将这些数据中的任一种提供给相干多视模块320。使用范围-多普勒数据610而不是经预处理的数据606还可以增加方位数据的信噪比。如果提供了经预处理的数据606，则复杂雷达数据216的维度510-1和510-2对应于范围和时间。在这种情况下，复杂雷达数据216的状态空间致使多个“视场”与不同的范围间隔或时间间隔相关联。替代地，如果提供了范围-多普勒数据610，则复杂雷达数据216的维度510-1和510-2对应于范围和多普勒频率。在这种情况下，复杂雷达数据216的状态空间致使多个“视场”与不同的范围间隔或多普勒频率相关联。虽然未示出，但是其他实施方式可以将原始数据602用作复杂雷达数据216，这致使多个“视场”与不同的波数或时间间隔相关联。相干多视模块320使用复杂雷达数据216执行相干多视雷达处理并生成方位数据612，该方位数据612被提供给方位估计模块322。方位估计模块322基于方位数据612而确定反射雷达信号的一个或多个分布式目标的方位。虽然未示出，但是由方位估计模块322生成的方位信息可以被提供给其他模块，诸如跟踪模块、量化模块或机器学习模块。参照图6-2进一步描述了相干多视雷达处理过程。
图6-2图示了由相干多视模块320执行的示例流程序列614，用于实现能够使用相干多视雷达处理检测用户手势的基于智能电话的雷达系统。在图6-2中，方位数据612被示出为包括多个小区，这些小区中的每个小区包含复杂样本(例如，同相和正交数据)。在616处，相干多视模块320生成用于方位数据612中的左上小区的数据(如由菱形填充图案所识别)。要生成该数据，相干多视模块320将窗口508定位于围绕复杂雷达数据216内的小区218的第一集合。在N个信道上提取这些小区，并且将这些小区提供为到相干平均操作618的输入。相干平均操作618可以包括由多视干涉仪502执行的复杂相干操作或由多视波束形成器504执行的波束形成操作。相干平均操作618的最终输出产生用于方位数据612中已识别的小区的数据。
在620处，以上步骤序列用于生成用于方位数据612内另一小区的数据。然而，如图所示，窗口508被移动到复杂雷达数据216内的不同方位。为此，对复杂雷达数据216的多个样本子集执行了一系列相干平均操作618。以这种方式，相干多视模块320使用窗口508对复杂雷达数据216内的多个样本220进行相干平均，并且基于该相干平均而产生方位数据612。根据相干多视模块320的实施方式，可以顺序地或并行地执行该一系列相干平均操作618。虽然由于相干平均操作618而使方位数据612的相对小区大小相对于复杂雷达数据216的小区大小减小，但是相干平均操作618可以用于达到近似1度或更小的角度分辨率。分别参照图7和图8进一步描述了多视干涉仪502和多视波束形成器504的操作。
图7图示了示例多视干涉仪502，用于实现能够使用相干多视雷达处理来检测用户手势的基于智能电话的雷达系统。在描绘的配置中，复杂雷达数据216包括分别与不同的接收信道相关联的复杂雷达数据216-1、216-2…216-N。多视干涉仪502使用与接收信道中的两个接收信道相关联的复杂雷达数据216来执行复杂相干操作，以产生方位数据612。例如，在702-1处，多视干涉仪502使用复数雷达数据216-1和216-2来执行复杂相干操作，以产生方位数据612-1。方位数据612-1包括强度数据704-1和相位数据706-1。强度数据704-1表示窗口508内的相干量，并且根据以下等式1来计算：
Figure BDA0002940597310000171
其中，Sn包括针对特定信道n基于窗口508而提供给多视干涉仪502的样本矩阵220，E{}表示预期值估计，而“*”表示复共轭性。方位估计模块322可使用强度数据704来确定方位数据612的品质。根据以下等式2计算相位数据706-1：
Figure BDA0002940597310000181
如等式1和2中所示，使矩阵S1和S2相乘在一起，这有效地对两个接收信道上的样本220进行相干平均。相位数据706-1表示分布式目标的角度方位。通过用相位数据706-1乘以预定因素，方位估计模块322可以确定目标的角度方位。除了在两个接收信道上对与单个小区218相关联的样本220执行复杂相干操作之外，多视干涉仪502如窗口508所确定的那样对与两个接收信道上的与一个以上小区218相关联的样本220进行相干平均。这减少了相位数据706中的噪声，并使方位估计模块322能够确定分布式目标的准确方位。
可以从方位数据612-1确定的角度数据的类型取决于哪个接收天线元件402生成了复杂雷达数据216-1和216-2。如果复杂雷达数据216-1和216-2对应于图4的矩形布置404-1内的顶部两个接收天线元件402，则相位数据706-1与水平维度相关联，并且可以确定分布式目标的方位角。替代地，如果复杂雷达数据216-1和216-2对应于矩形布置404-1内的左侧两个接收天线元件402，则相位数据706-1与垂直维度相关联并且可以确定仰角。要确定方位角和仰角两者，多视干涉仪502可以分析多对复杂雷达数据216-1、216-2…216-N，如图7中所示。例如，在702-2处，多视干涉仪502处理复杂雷达数据216-1和216-N以产生方位数据612-2。类似地，在702-3处，多视干涉仪502使用复杂雷达数据216-2和216-N产生方位数据612-3。
在一些情况下，方位数据612内可能存在冗余，因为多视干涉仪502处理了多对复杂雷达数据216-1、216-2…216-N。例如，与顶部两个接收天线元件402或底部两个接收天线元件402相关联的方位数据612可以独立地用于确定相对于目标的方位角。然而，对于一些天线图案或角度，与这些成对的接收天线元件402相关联的复杂雷达数据216可能不是冗余的。如果天线图案不是理想的，诸如对于一些极端角度而言，则与这些成对的接收天线元件402中的一个相关联的复杂雷达数据216可以产生具有相对更高的信噪比的相位数据706。因此，方位估计模块322可以包括用于选择具有最高信噪比的相位数据706以估计目标的方位的逻辑。虽然多视干涉仪502并不那么复杂，并且可以执行比多视波束形成器504更少的计算，但是多视波束形成器504可以替代地用于在复杂雷达数据216的两个以上信道上执行相干平均，如参照图8所描述的。
图8图示了示例多视波束形成器504，用于实现能够使用相干多视雷达处理检测用户手势的基于智能电话的雷达系统。多视波束形成器504可以采用使用非参数算法或参数算法的线性或非线性波束形成技术。由多视波束形成器504执行的波束形成算法的示例类型包括傅立叶波束形成算法、最小方差无畸变响应(MVDR)(例如Capon)波束形成算法、多信号分类(MUSIC)波束形成算法、基于旋转不变技术的信号参数估计(ESPRIT)、基于压缩感测的波束形成算法等。
多视波束形成器504基于与两个或更多个接收信道相关联的复杂雷达数据216而产生方位数据612。要生成方位数据612，多视波束形成器504基于由窗口508识别的样本220的矩阵而生成协方差矩阵。以这种方式，多视波束形成器504对样本220进行相干平均，该样本220与如由窗口508确定的在两个接收信道上的一个以上小区218相关联。在一些情况下，多视波束形成器504可以执行协方差矩阵去噪操作。协方差矩阵去噪操作对协方差矩阵执行特征分解操作，以产生协方差矩阵的特征值。移除了与噪声相关联的特征值(可能是最弱的特征值)，并基于剩余特征值而重构去噪协方差矩阵。
协方差矩阵或去噪协方差矩阵被用作由多视波束形成器504实行的波束形成算法的输入。波束形成算法产生方位数据612，该方位数据包括空间响应数据802。空间响应数据802包含用于方位角、仰角和范围的集合的复杂数字信息。方位角和仰角的集合表示视野，多视波束形成器504针对该视野形成不同的转向角或波束。通过分析复杂雷达数据216的两个或更多个信道，多视波束形成器504可以相对于多视干涉仪502产生具有更高的信噪比612的方位数据，从而提高方位数据612的精度。
在一些实施方式中，多视波束形成器504可以接受经预处理的数据606作为复杂雷达数据216。在这种情况下，可以将由多视波束形成器504生成的方位数据612提供给图6的多普勒滤波器模块608，以生成范围-多普勒数据610。多普勒滤波器模块608的最终输出包括用于多个虚拟信道的范围和多普勒信息，这表示多视波束形成器504分析的不同波束。虚拟信道的数量基于波束的数量。通过将操作限制为几个波束，可以减少由多视波束形成器504和多普勒滤波器模块608执行的计算量，以能够实现在多种不同的智能电话104中的相干多视雷达处理，如参照图9进一步描述的。
图9图示了示例的相干多视模块套件320，该套件可以用于实现能够使用针对多种计算设备的相干多视雷达处理检测用户手势的雷达系统。图3中示出的示例计算设备可能会在可用功率、计算能力、可用存储器、基于雷达的应用类型(例如，手势感测、存在检测、避免碰撞或接近检测)以及物理大小方面有所不同，这可能会影响雷达系统102的设计。在图9中，曲线图902图示了关于图1的智能电话104的计算手表104-5(示出为智能电话)、图3的笔记本计算机104-3以及图3的游戏系统104-7的可用功率与计算能力之间的差异。在该示例中，示出了与游戏系统104-7相比，计算手表104-5具有较低的计算能力和可用功率。
相干多视模块的套件320被示出为包括相干多视模块320-1、320-2、320-3和320-4，它们被设计成在相应设备104-5、104、104-3和104-7的约束条件或能力内进行操作。例如，可以在计算手表104-5内实现低功率、非计算密集型的相干多视模块320-1。要减少功耗和计算量，相干多视模块320-1可以利用多视干涉仪502来执行相干多视雷达处理。在其他情况下，可以将复杂雷达数据216的子集提供给相干多视模块320以减少计算量。例如，可以基于目标的估计范围或多普勒而将范围-多普勒数据610的子集提供给相干多视模块320。为此，执行了更少的计算来生成方位数据612。如果在相干多视模块320-1内使用多视波束形成器504，则多视波束形成器504可以被配置成分析更少的波束或提供用于更少的角度方位的方位数据612。在一些情况下，可以使用波束扫描策略来将目标的角度方位递增地确定到目标精度水平，如参照图10进一步描述的。
相比之下，可以在游戏系统104-7内实现高功率、计算密集型的相干多视模块320-4，这使用户能够执行用于视频游戏的复杂控制手势。在这种情况下，相干多视模块320-4可以使用多视波束形成器504来处理更大量的信道或波束。多视波束形成器504还可以用于分析在同一时间在相同范围内存在的多个目标的方位数据612。
图10图示了用于波束扫描的示例流程序列1000，以实现能够使用相干多视雷达处理检测用户手势的基于智能电话的雷达系统。可以由多视波束形成器504使用该波束扫描技术来减少计算复杂性。为此，可以在具有较低计算能力的设备(诸如，图9中示出的智能电话104或计算手表104-5)内实现多视波束形成器504。
要确定手202的角度方位，多视波束形成器504使用诸如左波束和右波束等几个波束来产生方位数据612。方位估计模块322确定目标位于哪个角度小区或波束中。基于该确定，多视波束形成器504生成另外几个波束以生成更新的方位数据612。在多视波束形成器504和方位估计模块322递归地执行这些操作时，雷达系统102的角度分辨率和精度提高。
在1002处，相干多视波束形成器504使用两个波束(例如，左波束和右波束)来分别产生用于角度1004-2与1002-3之间以及角度1004-3与角度1004-1之间的角度间隔的方位数据612。在该示例中，左波束和右波束的波束宽度被示出为是相等的，以使得角度1004-3处于角度1004-1与1004-2之间的中点。在其他实施方式中，波束宽度可以不相等，以使得角度1004-3更接近角度1004-1或角度1004-2。这可以使波束扫描技术能够使用关于目标的先验知识或预测信息，更快地“对准”目标的准确角度位置。在1002处，方位估计模块322确定手202将在左波束内。
在1006处，相干多视波束形成器504产生相对于在1002处使用的波束具有更窄波束宽度的另外几个波束。在这种情况下，左波束涵盖角度1004-2与角度1004-4之间的角度，而右波束涵盖角度1004-4与角度1004-3之间的角度。在这种情况下，方位估计模块322确定手202将在左波束内。
类似于1006，相干多视波束形成器504基于1006处的确定而使用另一波束集合来生成方位数据612。在这种情况下，左波束涵盖角度1004-2与角度1004-5之间的角度，而右波束涵盖角度1004-5与角度1004-4之间的角度。方位估计模块322此时确定手202将在右波束内。
在1008处，波束扫描处理可以如上所述继续，其中左波束涵盖角度1004-5与角度1004-6之间的角度，而右波束涵盖角度1004-6与角度1004-4之间的角度。然而，如果已经达到目标角度分辨率，则方位估计模块322可以确定手202的角度处于角度1004-6处(例如，角度1004-5与角度1004-4之间的中点)。
虽然在1002、1006、1006和1008处使用了两个波束(例如，左波束和右波束)，但是这种波束扫描方式可以使用两个以上的波束(例如，三个波束、四个波束或五个波束)。虽然更大量的波束增加了执行的计算量，但是可以更快地达成目标精度水平或角度分辨率。可以基于如图9中所述的智能电话104或雷达系统102的计算能力而确定波束的数量。
示例方法
图11描绘了用于执行能够使用相干多视雷达处理检测用户手势的基于智能电话的雷达系统的操作的示例方法1100。方法1100被示出为执行的操作(或动作)的集合，但不一定限于本文示出操作的次序或组合。此外，可以重复、组合、重组或链接操作中的一个或多个中的任何一个，以提供各种各样的额外和/或替代方法。在以下讨论的各部分中，可以参考图1的环境100，以及图4或图5中详细描述的实体，仅作为示例进行参考。该技术不限于由在一个设备上操作的一个实体或多个实体来执行。
在1102处，使用天线阵列的至少两个接收天线元件来接收由目标反射的雷达信号。例如，图4的天线阵列312的接收天线元件402接收经反射的雷达信号214。在一些情况下，目标可以包括分布式目标，该分布式目标包括多个相位中心204，诸如图2-1的手202。
在1104处，使用至少两个接收信道来处理经反射的雷达信号，以产生与至少两个接收信道相关联的复杂雷达数据。复杂雷达数据包括多个样本。例如，图3的收发器314包括两个或更多个信道，它们分别处理经反射的雷达信号214以产生复杂雷达数据216-1、216-2…216-N。图7和图8中示出的复杂雷达数据216-1、216-2…216-N与不同的接收信道相关联，并且可以包括图6-1的经预处理的数据606或范围-多普勒数据610。复杂雷达数据216包括多个样本220，如图2-2、图5和图6-2中所示。
在1106处，使用窗口在至少两个接收信道上对复杂雷达数据内的多个样本进行相干平均。例如，相干多视模块320使用窗口508对至少两个接收信道上的复杂雷达数据216的多个样本220进行相干平均，如图6-2中所示。要对多个样本220进行相干平均，相干多视模块320使用窗口508执行一系列相干平均操作618，该窗口508选择复杂雷达数据216内的样本220的不同子集。窗口508可以具有规则或不规则形状，并且识别多个接收信道上的样本220或小区218的相对子集。可以使用分别执行如图7中描述的复杂相干操作或如图8中描述的波束形成操作的多视干涉仪502或多视波束形成器504来对多个样本220进行平均。
在1108处，基于相干平均而产生方位数据。例如，多视干涉仪502或多视波束形成器可以产生方位数据612，如图6-2中所示。
在1110处，基于方位数据而确定目标的方位。例如，方位估计模块322基于方位数据612而确定手202的方位。通过使用相干平均，方位数据612的信噪比提高，这使雷达系统102能够达到目标精度，而不考虑可能会限制传送功率、分辨率或信号带宽的硬件或设计约束条件。在一些情况下，雷达系统102可以基于用于执行计算的可用功率或可用资源而在使用多视干涉仪502或多视波束形成器之间动态地切换。虽然参照分布式目标进行了描述，但是相干多视雷达处理也可以用于检测其他类型的目标，包括非分布式目标。
示例计算系统
图12图示示例计算系统1200的各种组件，该示例计算系统1200可以被实现为参考先前的图3所描述的任何类型的客户端、服务器和/或计算设备，以实现相干多视雷达处理。
计算系统1200包括通信设备1202，其使得能够进行设备数据1204(例如，接收到的数据、正在接收的数据、调度用于广播的数据、数据的数据分组)的有线和/或无线通信。设备数据1204或其他设备内容可以包括设备的配置设置、存储在设备上的媒体内容和/或与设备的用户相关联的信息。存储在计算系统1200上的媒体内容可以包括任何类型的音频、视频和/或图像数据。计算系统1200包括一个或多个数据输入1206，经由该一个或多个数据输入1206，可以接收任何类型的数据、媒体内容和/或输入，诸如人的言语、基于雷达的应用306、用户可选择的输入(显式或隐式)、消息、音乐、电视媒体内容、录制的视频内容以及从任何内容和/或数据源接收到的任何其他类型的音频、视频和/或图像数据。
计算系统1200还包括通信接口1208，其可以被实现为串行和/或并行接口、无线接口、任何类型的网络接口、调制解调器中的任何一个或多个，以及任何其他类型的通信接口。通信接口1208提供计算系统1200与通信网络之间的连接和/或通信链路，其他电子、计算和通信设备通过该通信网络与计算系统1200传送数据。
计算系统1200包括一个或多个处理器1210(例如，微处理器、控制器等等中的任何一个)，其可以处理各种计算机可执行指令以控制计算系统1200的操作并且启用用于或者其中能够体现雷达角模糊度分辨率的技术。可替代地或另外地，计算系统1200可以利用结合处理和控制电路实现的硬件、固件或固定逻辑电路中的任何一种或组合来实现，所述处理和控制电路通常在1212处被标识。尽管未示出，但是计算系统1200可以包括系统总线或数据传输系统，其联接设备内的各种组件。系统总线可以包括不同总线结构(诸如，存储器总线或存储器控制器、外围总线、通用串行总线和/或利用各种总线架构中的任何一种的处理器或本地总线)中的任何一种或不同总线结构的组合。
计算系统1200还包括计算机可读介质1214，诸如，使得能够进行持久和/或非暂时性数据存储(即，与仅信号传输相反)的一个或多个存储器设备，其示例包括随机存取存储器(RAM)、非易失性存储器(例如，只读存储器(ROM)、闪存、EPROM、EEPROM等中的任何一个或多个)和磁盘存储设备。磁盘存储设备可以实现为任何类型的磁或光存储设备，诸如硬盘驱动器、可记录和/或可重写光盘(CD)、任何类型的数字多功能光盘(DVD)等。计算系统1200还可包括大容量存储介质设备(存储介质)1216。
计算机可读介质1214提供数据存储机制以存储设备数据1204以及各种设备应用1218和与计算系统1200的操作方面有关的任何其他类型的信息和/或数据。例如，操作系统1220可以维护为具有计算机可读介质1214的计算机应用，并在处理器1210上执行。设备应用1218可以包括设备管理器(诸如任何形式的控制应用)、软件应用、信号处理和控制模块、特定设备固有的代码、特定设备的硬件抽象层等等。
设备应用1218还包括用于实现相干多视雷达处理的任何系统组件、引擎或管理器。在该示例中，设备应用1218包括相干多视模块320和位置估计模块322。
结论
尽管已经以专用于特征和/或方法的语言描述了相干多视雷达处理的技术和包括相干多视雷达处理的装置，但是应该理解，所附权利要求的主题并不一定限于所描述的特定特征或方法。相反，公开了特定的特征和方法作为使用多视雷达处理检测分布目标的示例实施方式。
以下描述了一些示例。
示例1.一种智能电话，包括：
雷达系统，所述雷达系统包括：
天线阵列，所述天线阵列包括至少两个接收天线元件，所述至少两个接收天线元件被配置成接收由执行手势的目标反射的雷达信号；
收发器，所述收发器包括分别耦合至所述至少两个接收天线元件的至少两个接收信道，所述收发器被配置成经由所述至少两个接收信道来处理所述经反射的雷达信号，以产生与所述至少两个接收信道中的每个接收信道相关联的复杂雷达数据，所述复杂雷达数据包括多个样本；以及
相干多视模块，所述相干多视模块被配置成：
使用窗口在所述至少两个接收信道上对所述复杂雷达数据内的所述多个样本进行相干平均；以及
基于所述相干平均而产生方位数据；
方位估计模块，所述方位估计模块被配置成基于所述方位数据而确定与所述手势相关联的方位；以及
基于雷达的应用，所述基于雷达的应用被配置成基于由所述方位估计模块确定的方位而辨识由所述目标执行的所述手势。
示例2.根据示例1所述的智能电话，其中：
所述目标包括具有多个相位中心的分布式目标；
所述经反射的雷达信号包括所述雷达信号的由所述多个相位中心反射的多个部分的叠加；并且
所述相干多视模块被配置成产生相对于不使用相干平均生成的其他方位数据具有较高的信噪比的方位数据。
示例3.根据示例1或2所述的智能电话，其中：
所述相干多视模块包括多视干涉仪，所述多视干涉仪被配置成：
接受与所述至少两个接收信道中的两个接收信道相关联的复杂雷达数据；以及
基于所述窗口而执行复杂相干操作，以对所述多个样本进行相干平均并产生所述方位数据，所述方位数据包括相位数据；并且
所述方位估计模块被配置成基于所述相位数据而确定与所述手势相关联的一维角度方位。
示例4.根据示例3所述的智能电话，其中：
所述两个接收信道耦合至所述至少两个接收天线元件中的两个接收天线元件，所述两个接收天线元件沿第一轴线定位；
所述多视干涉仪被配置成：
接受与所述至少两个接收信道中的另外两个接收信道相关联的复杂雷达数据，所述另外两个接收信道耦合至所述至少两个接收天线元件中的另外两个接收天线元件，所述另外两个接收天线元件沿垂直于所述第一轴线的第二轴线定位；以及
执行另一复杂相干操作，以对其他多个样本进行相干平均，并基于所述其他多个样本的所述相干平均而产生额外的相位数据；并且
所述方位估计模块被配置成基于所述相位数据和所述额外的相位数据而确定与所述手势相关联的二维角度方位。
示例5.根据示例1或2所述的智能电话，其中：
所述相干多视模块包括多视波束形成器，所述多视波束形成器被配置成：
接受与所述至少两个接收信道中的两个或更多个接收信道相关联的复杂雷达数据；
生成协方差矩阵，以基于所述窗口而在所述两个或更多个接收信道上对所述多个样本进行相干平均；以及
使用所述协方差矩阵执行波束形成操作以产生空间响应数据；并且
所述方位估计模块被配置成基于所述空间响应数据而确定与所述手势相关联的角度方位。
示例6.根据示例5所述的智能电话，其中，所述多视波束形成器被配置成使用以下中的至少一个来执行所述波束形成操作：
傅立叶波束形成算法；
最小方差无畸变响应(MVDR)波束形成算法或Capon波束形成算法；
多信号分类(MUSIC)算法；
基于旋转不变技术的信号参数估计(ESPRIT)算法；或者
基于压缩感测的波束形成算法。
示例7.根据前述示例中至少一项所述的智能电话，其中：
所述收发器包括：
快速傅立叶变换(FFT)模块，所述模块被配置成产生对应于所述至少两个接收信道中的每个接收信道并且与范围维度和时间维度相关联的经预处理的数据；以及
多普勒滤波器模块，所述模块被配置成基于所述经预处理的数据而产生对应于所述至少两个接收信道中的每个接收信道的范围-多普勒数据，所述范围-多普勒数据与所述范围维度和多普勒-频率维度相关联；并且
所述相干多视模块被配置成接受所述经预处理的数据或所述范围-多普勒数据作为所述复杂雷达数据。
示例8.根据前述示例中至少一项所述的智能电话，其中，所述相干多视模块包括窗口选择模块，所述窗口选择模块被配置成确定所述窗口，使得所述窗口选择沿所述复杂雷达数据的至少一个维度是连续的相对样本集合。
示例9.根据示例8所述的智能电话，其中，所述相干多视模块被配置成基于预定目标类型的物理大小和所述雷达系统的分辨率而确定所述窗口。
示例10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括计算机可实行指令，所述计算机可实行指令响应于处理器的实行而实现：
相干多视模块，所述相干多视模块被配置成：
接受包括多个样本的复杂雷达数据，所述复杂雷达数据与至少两个接收信道相关联，并且基于由目标反射的雷达信号；
使用窗口在所述至少两个接收信道上对所述复杂雷达数据内的所述多个样本进行相干平均；以及
基于所述相干平均而产生方位数据；以及
方位估计模块，所述方位估计模块被配置成基于所述方位数据而确定所述目标的方位。
示例11.根据示例10所述的计算机可读存储介质，其中：
所述相干多视模块包括多视干涉仪，所述多视干涉仪被配置成：
接受与所述至少两个接收信道中的两个接收信道相关联的复杂雷达数据；以及
基于所述窗口而执行复杂相干操作，以基于所述相干平均而产生所述方位数据，所述方位数据包括相位数据；并且
所述方位估计模块被配置成基于所述相位数据而确定所述目标的一维角度方位。
示例12.根据示例11所述的计算机可读存储介质，其中：
所述多视干涉仪被配置成：
接受与所述至少两个接收信道中的另外两个接收信道相关联的复杂雷达数据；
使用所述窗口在所述另外两个接收信道上对所述复杂雷达数据内的其他多个样本进行相干平均；以及
基于所述其他多个样本的所述相干平均而执行另一复杂相干操作以产生额外的相位数据；并且
所述方位估计模块被配置成基于所述相位数据和所述额外的相位数据而确定所述目标的二维角度方位。
示例13.根据示例10所述的计算机可读存储介质，其中：
所述相干多视模块包括多视波束形成器，所述多视波束形成器被配置成：
接受与所述至少两个接收信道中的两个或更多个接收信道相关联的复杂雷达数据；
生成协方差矩阵，以基于所述窗口而在所述两个或更多个接收信道上对所述多个样本进行相干平均；以及
使用所述协方差矩阵执行波束形成操作以产生空间响应数据；并且
所述方位估计模块被配置成基于所述空间响应数据而确定所述目标的角度方位。
示例14.根据示例13所述的计算机可读存储介质，其中，所述多视波束形成器被配置成使用以下中的至少一个来执行所述波束形成操作：
傅立叶波束形成算法；
最小方差无畸变响应(MVDR)波束形成算法或Capon波束形成算法；
多信号分类(MUSIC)算法；
基于旋转不变技术的信号参数估计(ESPRIT)算法；或者
基于压缩感测的波束形成算法。
示例15.根据示例10至14中至少一项所述的计算机可读存储介质，还包括：
快速傅立叶变换(FFT)模块，所述模块被配置成产生对应于所述至少两个接收信道中的每个接收信道并且与范围维度和时间维度相关联的经预处理的数据；以及
多普勒滤波器模块，所述模块被配置成基于所述经预处理的数据而产生对应于所述至少两个接收信道中的每个接收信道的范围-多普勒数据，所述范围-多普勒数据与所述范围维度和多普勒-频率维度相关联，
其中所述相干多视模块被配置成接受所述经预处理的数据或所述范围-多普勒数据作为所述复杂雷达数据。
示例16.根据示例15所述的计算机可读存储介质，其中，所述相干多视模块被配置成：
接受所述范围-多普勒数据作为所述复杂雷达数据；
选择所述范围-多普勒数据的一部分；
使用所述窗口在所述至少两个接收信道上对所述范围-多普勒数据的所述选定部分内的所述多个样本进行相干平均；以及
基于所述范围-多普勒数据的所述选定部分内的所述多个样本的所述相干平均而产生所述方位数据。
示例17.根据示例10至16中至少一项所述的计算机可读存储介质，其中，所述相干多视模块包括窗口选择模块，所述窗口选择模块被配置成确定所述窗口，以使得所述窗口选择沿所述复杂雷达数据的至少一个维度是不连续的相对样本集合。
示例18.一种方法，包括：
使用天线阵列的至少两个接收天线元件来接收由目标反射的雷达信号；
使用至少两个接收信道来处理所述经反射的雷达信号，以产生与所述至少两个接收信道中的每个接收信道相关联的复杂雷达数据，所述复杂雷达数据包括多个样本；
使用窗口在所述至少两个接收信道上对所述复杂雷达数据内的所述多个样本进行相干平均；
基于所述相干平均而产生方位数据；以及
基于所述方位数据而确定所述目标的方位。
示例19.根据示例18所述的方法，其中，所述相干平均和所述方位数据的产生包括：
对与所述至少两个接收信道中的两个接收信道相关联的复杂雷达数据执行干涉测量操作；或者
对与所述至少两个接收信道中的两个或更多个接收信道相关联的复杂雷达数据执行波束形成操作。
示例20.根据示例19所述的方法，其中：
所述相干平均和所述方位数据的产生包括基于所述相干平均而执行所述干涉测量操作；并且
所述方法还包括：
使用所述天线阵列的所述至少两个接收天线元件接收由所述目标反射的另一雷达信号；
使用所述至少两个接收信道来处理所述另一经反射的雷达信号，以产生与所述至少两个接收信道中的每个接收信道相关联的其他复杂雷达数据，所述其他复杂雷达数据包括其他多个样本；
对所述其他复杂雷达数据执行所述波束形成操作，以对所述其他多个样本进行相干平均并产生其他方位数据；以及
基于所述其他方位数据而确定所述目标的另一方位。

Claims (40)

1.一种智能电话，包括：
雷达系统，所述雷达系统包括：
天线阵列，所述天线阵列包括至少两个接收天线元件，所述至少两个接收天线元件被配置成接收由执行手势的目标反射的雷达信号；
收发器，所述收发器包括分别耦合至所述至少两个接收天线元件的至少两个接收信道，所述收发器被配置成经由所述至少两个接收信道来处理经反射的雷达信号，以产生与所述至少两个接收信道中的每个接收信道相关联的复杂雷达数据，所述复杂雷达数据包括多个样本；以及
相干多视模块，所述相干多视模块被配置成：
使用窗口在所述至少两个接收信道上对所述复杂雷达数据内的所述多个样本进行相干平均；以及
基于所述相干平均而产生方位数据；
方位估计模块，所述方位估计模块被配置成基于所述方位数据来确定与所述手势相关联的方位；以及
基于雷达的应用，所述基于雷达的应用被配置成基于由所述方位估计模块确定的所述方位来辨识由所述目标执行的所述手势。
2.根据权利要求1所述的智能电话，其中：
所述目标包括具有多个相位中心的分布式目标；
所述经反射的雷达信号包括所述雷达信号的由所述多个相位中心反射的多个部分的叠加；并且
所述相干多视模块被配置成产生相对于不使用相干平均生成的其他方位数据具有较高信噪比的所述方位数据。
3.根据权利要求1所述的智能电话，其中：
所述相干多视模块包括多视干涉仪，所述多视干涉仪被配置成：
接受与所述至少两个接收信道中的两个接收信道相关联的所述复杂雷达数据；以及
基于所述窗口来执行复杂相干操作，以对所述多个样本进行相干平均并产生所述方位数据，所述方位数据包括相位数据；并且
所述方位估计模块被配置成基于所述相位数据来确定与所述手势相关联的一维角度方位。
4.根据权利要求3所述的智能电话，其中：
所述两个接收信道耦合至所述至少两个接收天线元件中的两个接收天线元件，所述两个接收天线元件沿第一轴线定位；并且
所述多视干涉仪被配置成：
接受与所述至少两个接收信道中的另外两个接收信道相关联的所述复杂雷达数据，所述另外两个接收信道耦合至所述至少两个接收天线元件中的另外两个接收天线元件，所述另外两个接收天线元件沿垂直于所述第一轴线的第二轴线定位；以及
执行另一复杂相干操作，以对其他多个样本进行相干平均，并基于所述其他多个样本的所述相干平均来产生额外的相位数据；并且
所述方位估计模块被配置成基于所述相位数据和所述额外的相位数据来确定与所述手势相关联的二维角度方位。
5.根据权利要求1所述的智能电话，其中：
所述相干多视模块包括多视波束形成器，所述多视波束形成器被配置成：
接受与所述至少两个接收信道中的两个或更多个接收信道相关联的所述复杂雷达数据；
生成协方差矩阵，以基于所述窗口在所述两个或更多个接收信道上对所述多个样本进行相干平均；以及
使用所述协方差矩阵执行波束形成操作以产生空间响应数据；并且
所述方位估计模块被配置成基于所述空间响应数据来确定与所述手势相关联的角度方位。
6.根据权利要求5所述的智能电话，其中，所述多视波束形成器被配置成使用以下中的至少一个来执行所述波束形成操作：
傅立叶波束形成算法；
最小方差无畸变响应(MVDR)波束形成算法或Capon波束形成算法；
多信号分类(MUSIC)算法；
基于旋转不变技术的信号参数估计(ESPRIT)算法；或者
基于压缩感测的波束形成算法。
7.根据权利要求1所述的智能电话，其中：
所述收发器包括：
快速傅立叶变换 (FFT)模块，所述快速傅立叶变换(FFT)模块被配置成产生对应于所述至少两个接收信道中的每个接收信道并且与范围维度和时间维度相关联的经预处理的数据；以及
多普勒滤波器模块，所述多普勒滤波器模块被配置成基于所述经预处理的数据来产生对应于所述至少两个接收信道中的每个接收信道的范围-多普勒数据，所述范围-多普勒数据与所述范围维度和多普勒-频率维度相关联；并且
所述相干多视模块被配置成接受所述经预处理的数据或所述范围-多普勒数据作为所述复杂雷达数据。
8.根据权利要求1所述的智能电话，其中，所述相干多视模块包括窗口选择模块，所述窗口选择模块被配置成确定所述窗口，使得所述窗口选择相对样本集合，所述相对样本集合沿所述复杂雷达数据的至少一个维度是连续的。
9.根据权利要求8所述的智能电话，其中，所述相干多视模块被配置成基于预定目标类型的物理大小和所述雷达系统的分辨率来确定所述窗口。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括计算机可实行指令，所述计算机可实行指令响应于处理器的执行而实现：
相干多视模块，所述相干多视模块被配置成：
接受包括多个样本的复杂雷达数据，所述复杂雷达数据与至少两个接收信道相关联并且基于由目标反射的雷达信号；
使用窗口在所述至少两个接收信道上对所述复杂雷达数据内的所述多个样本进行相干平均；以及
基于所述相干平均来产生方位数据；以及
方位估计模块，所述方位估计模块被配置成基于所述方位数据来确定所述目标的方位。
11.根据权利要求10所述的计算机可读存储介质，其中：
所述相干多视模块包括多视干涉仪，所述多视干涉仪被配置成：
接受与所述至少两个接收信道中的两个接收信道相关联的所述复杂雷达数据；以及
基于所述窗口来执行复杂相干操作，以基于所述相干平均来产生所述方位数据，所述方位数据包括相位数据；并且
所述方位估计模块被配置成基于所述相位数据来确定所述目标的一维角度方位。
12.根据权利要求11所述的计算机可读存储介质，其中：
所述多视干涉仪被配置成：
接受与所述至少两个接收信道中的另外两个接收信道相关联的所述复杂雷达数据；
使用所述窗口在所述另外两个接收信道上对所述复杂雷达数据内的其他多个样本进行相干平均；以及
基于所述其他多个样本的所述相干平均来执行另一复杂相干操作以产生额外的相位数据；并且
所述方位估计模块被配置成基于所述相位数据和所述额外的相位数据来确定所述目标的二维角度方位。
13.根据权利要求10所述的计算机可读存储介质，其中：
所述相干多视模块包括多视波束形成器，所述多视波束形成器被配置成：
接受与所述至少两个接收信道中的两个或更多个接收信道相关联的所述复杂雷达数据；
生成协方差矩阵，以基于所述窗口在所述两个或更多个接收信道上对所述多个样本进行相干平均；以及
使用所述协方差矩阵执行波束形成操作以产生空间响应数据；并且
所述方位估计模块被配置成基于所述空间响应数据来确定所述目标的角度方位。
14.根据权利要求13所述的计算机可读存储介质，其中，所述多视波束形成器被配置成使用以下中的至少一个来执行所述波束形成操作：
傅立叶波束形成算法；
最小方差无畸变响应(MVDR)波束形成算法或Capon波束形成算法；
多信号分类(MUSIC)算法；
经由旋转不变技术的信号参数估计(ESPRIT)算法；或者
基于压缩感测的波束形成算法。
15.根据权利要求10所述的计算机可读存储介质，还包括：
快速傅立叶变换(FFT)模块，所述快速傅立叶变换(FFT)模块被配置成产生对应于所述至少两个接收信道中的每个接收信道并且与范围维度和时间维度相关联的经预处理的数据；以及
多普勒滤波器模块，所述多普勒滤波器模块被配置成基于所述经预处理的数据来产生对应于所述至少两个接收信道中的每个接收信道的范围-多普勒数据，所述范围-多普勒数据与所述范围维度和多普勒-频率维度相关联，
其中，所述相干多视模块被配置成接受所述经预处理的数据或所述范围-多普勒数据作为所述复杂雷达数据。
16.根据权利要求15所述的计算机可读存储介质，其中，所述相干多视模块被配置成：
接受所述范围-多普勒数据作为所述复杂雷达数据；
选择所述范围-多普勒数据的一部分；
使用所述窗口在所述至少两个接收信道上对所述范围-多普勒数据的选定部分内的所述多个样本进行相干平均；以及
基于所述范围-多普勒数据的选定部分内的所述多个样本的所述相干平均来产生所述方位数据。
17.根据权利要求10所述的计算机可读存储介质，其中，所述相干多视模块包括窗口选择模块，所述窗口选择模块被配置成确定所述窗口，使得所述窗口选择相对样本集合，所述相对样本集合沿所述复杂雷达数据的至少一个维度是不连续的。
18.一种用于相干多视雷达处理的方法，包括：
使用天线阵列的至少两个接收天线元件来接收由目标反射的雷达信号；
使用至少两个接收信道来处理经反射的雷达信号，以产生与所述至少两个接收信道中的每个接收信道相关联的复杂雷达数据，所述复杂雷达数据包括多个样本；
使用窗口在所述至少两个接收信道上对所述复杂雷达数据内的所述多个样本进行相干平均；
基于所述相干平均来产生方位数据；以及
基于所述方位数据来确定所述目标的方位。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述相干平均和所述方位数据的产生包括：
对与所述至少两个接收信道中的两个接收信道相关联的所述复杂雷达数据执行干涉测量操作；或者
对与所述至少两个接收信道中的两个或更多个接收信道相关联的所述复杂雷达数据执行波束形成操作。
20.根据权利要求19所述的方法，其中：
所述相干平均和所述方位数据的产生包括基于所述相干平均来执行所述干涉测量操作；并且
所述方法还包括：
使用所述天线阵列的所述至少两个接收天线元件接收由所述目标反射的另一雷达信号；
使用所述至少两个接收信道来处理另一经反射的雷达信号，以产生与所述至少两个接收信道中的每个接收信道相关联的其他复杂雷达数据，所述其他复杂雷达数据包括其他多个样本；
对所述其他复杂雷达数据执行所述波束形成操作，以对所述其他多个样本进行相干平均并产生其他方位数据；以及
基于所述其他方位数据来确定所述目标的另一方位。
21.一种用于相干多视雷达处理的装置，包括：
雷达系统，包括：
天线阵列的至少两个接收天线元件，所述至少两个接收天线元件被配置成接收由目标反射的雷达信号；
至少两个接收信道，所述至少两个接收信道分别耦合至所述至少两个接收天线元件，所述至少两个接收信道被共同地配置成处理经反射的雷达信号，以产生与所述至少两个接收信道中的每个接收信道相关联的复杂雷达数据，所述复杂雷达数据包括多个样本；以及
处理器，所述处理器耦合至所述至少两个接收信道，所述处理器被配置成：
使用窗口在所述至少两个接收信道上对所述复杂雷达数据内的所述多个样本进行相干平均；以及
基于所述相干平均而确定所述目标的角度方位。
22.根据权利要求21所述的装置，其中，所述处理器被配置成：基于所述相干平均来生成所述目标的雷达标记的统计估计。
23.根据权利要求22所述的装置，其中，所述处理器进一步被配置成：生成所述窗口内的所述多个样本的协方差矩阵以生成所述统计估计。
24.根据权利要求22所述的装置，其中，所述处理器进一步被配置成：对所述窗口内的所述多个样本执行复杂相干操作以生成所述统计估计。
25.根据权利要求24所述的装置，其中：
第一复杂雷达数据包括所述多个样本的一部分，所述多个样本的一部分与所述至少两个接收信道中的第一接收信道相关联；
第二复杂雷达数据包括所述多个样本的另一部分，所述多个样本的另一部分与所述至少两个接收信道中的第二接收信道相关联；以及
所述处理器进一步被配置称执行所述第一复杂雷达数据与所述第二复杂雷达数据的复共轭的乘积的预期值估计以执行所述复杂相干操作。
26.根据权利要求21所述的装置，其中：
所述目标包括具有多个相位中心的分布式目标；以及
所述经反射的雷达信号包括所述雷达信号的、由所述多个相位中心反射的多个部分的叠加。
27.根据权利要求26所述的装置，其中，所述处理器被配置成基于所述角度方位来辨识手势，所述手势是使用所述分布式目标来执行的。
28.根据权利要求26所述的装置，其中，所述分布式目标包括人体部位。
29.根据权利要求21所述的装置，其中，所述装置包括智能电话。
30.根据权利要求21所述的装置，其中，所述装置包括家庭自动化和控制系统。
31.根据权利要求21所述的装置，其中，所述装置是可移动的。
32.根据权利要求21所述的装置，其中，所述雷达信号包括57千兆赫与63千兆赫之间的频率。
33.根据权利要求21所述的装置，其中，所述雷达系统包括：
发射器，被配置成生成雷达信号；以及
所述天线阵列的至少一个传送天线元件，所述传送天线元件被配置为使用全向辐射图案来传送所述雷达信号。
34.根据权利要求21所述的装置，其中：
所述至少两个接收天线元件包括至少三个接收天线元件；以及
所述至少三个接收天线元件是以三角形布置或L形布置来布置的。
35.根据权利要求21所述的装置，其中：
所述至少两个接收天线元件包括至少四个接收天线元件；以及
所述至少四个接收天线元件是以矩形布置来布置的。
36.一种用于相干多视雷达处理的方法，包括：
接收由分布式目标反射的雷达信号，所述分布式目标具有多个相位中心；
使用至少两个接收信道处理经反射的雷达信号以产生与所述至少两个接收信道中的每个接收信道相关联的复杂雷达数据；
通过使用滑动窗口在所述至少两个接收信道上对所述复杂雷达数据的子集进行相干平均，生成所述分布式目标的雷达标记的统计估计；以及
基于所述统计估计来确定所述分布式目标的方位。
37.根据权利要求36所述的方法，进一步包括：根据特定类型的目标的尺寸来调整所述滑动窗口的尺寸。
38.根据权利要求36所述的方法，其中：
所述复杂雷达数据具有第一维度和第二维度；以及
所述复杂雷达数据包括第一复杂雷达数据和第二复杂雷达数据，所述第一复杂雷达数据与所述至少两个接收信道中的第一接收信道相关联，所述第二复杂雷达数据与所述至少两个接收信道中的第二接收信道相关联，所述方法进一步包括：
将所述滑动窗口定位在与所述第一维度和所述第二维度相关联的第一位置处；
对所述第一复杂雷达数据的第一子集与所述第二复杂雷达数据的第一子集求相干平均，所述第一复杂雷达数据的第一子集和所述第二复杂雷达数据的第一子集包括所述滑动窗口内的样本；以及
基于对所述第一复杂雷达数据的第一子集与第二复杂雷达数据的第一子集求相干平均，产生方位数据的第一复杂数。
39.根据权利要求38所述的方法，进一步包括：
将所述滑动窗口定位在与所述第一维度和所述第二维度相关联的第二位置处；
对所述第一复杂雷达数据的第二子集与所述第二复杂雷达数据的第二子集求相干平均，所述第一复杂雷达数据的第二子集和所述第二复杂雷达数据的第二子集包括所述滑动窗口内的其他样本；以及
基于对所述第一复杂雷达数据的第二子集与第二复杂雷达数据的第二子集求相干平均，产生所述方位数据的第二复杂数。
40.根据权利要求36所述的方法，其中：
所述复杂雷达数据包括范围-多普勒数据，所述范围-多普勒数据具有与范围和多普勒频率相关联的维度；或者
所述复杂雷达数据包括经预处理的数据，所述经预处理的数据具有与范围和时间相关联的维度。
CN201980053057.9A 2018-08-20 2019-07-22 使用相干多视雷达处理检测用户手势的基于智能电话的雷达系统 Active CN112567256B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/105,958 US10579154B1 (en) 2018-08-20 2018-08-20 Smartphone-based radar system detecting user gestures using coherent multi-look radar processing
US16/105,958 2018-08-20
PCT/US2019/042852 WO2020040919A1 (en) 2018-08-20 2019-07-22 Smartphone-based radar system detecting user gestures using coherent multi-look radar processing

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112567256A CN112567256A (zh) 2021-03-26
CN112567256B true CN112567256B (zh) 2022-09-23

Family

ID=67515222

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201980053057.9A Active CN112567256B (zh) 2018-08-20 2019-07-22 使用相干多视雷达处理检测用户手势的基于智能电话的雷达系统

Country Status (5)

Country Link
US (2) US10579154B1 (zh)
EP (1) EP3841390A1 (zh)
CN (1) CN112567256B (zh)
TW (2) TWI722473B (zh)
WO (1) WO2020040919A1 (zh)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10579154B1 (en) 2018-08-20 2020-03-03 Google Llc Smartphone-based radar system detecting user gestures using coherent multi-look radar processing
US10794997B2 (en) * 2018-08-21 2020-10-06 Google Llc Smartphone-based power-efficient radar processing and memory provisioning for detecting gestures
US10770035B2 (en) 2018-08-22 2020-09-08 Google Llc Smartphone-based radar system for facilitating awareness of user presence and orientation
US10890653B2 (en) 2018-08-22 2021-01-12 Google Llc Radar-based gesture enhancement for voice interfaces
US10698603B2 (en) 2018-08-24 2020-06-30 Google Llc Smartphone-based radar system facilitating ease and accuracy of user interactions with displayed objects in an augmented-reality interface
US10788880B2 (en) * 2018-10-22 2020-09-29 Google Llc Smartphone-based radar system for determining user intention in a lower-power mode
US10761611B2 (en) 2018-11-13 2020-09-01 Google Llc Radar-image shaper for radar-based applications
US11442550B2 (en) * 2019-05-06 2022-09-13 Samsung Electronics Co., Ltd. Methods for gesture recognition and control
CN113495267A (zh) * 2020-04-07 2021-10-12 北京小米移动软件有限公司 雷达天线阵列、移动终端、手势识别方法及装置
EP4168819A1 (en) * 2020-06-17 2023-04-26 Google LLC Multi-radar system

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ATE342514T1 (de) * 2002-03-13 2006-11-15 Raytheon Canada Ltd Rauschunterdrückungsvorrichtung und -verfahren für phasengesteuerte systeme
US20090322328A1 (en) * 2008-03-20 2009-12-31 Cehelnik Thomas G E-field imaging and proximity detection using a spatially and temporally modulated source
TW200919210A (en) * 2007-07-18 2009-05-01 Steven Kays Adaptive electronic design
US20110181510A1 (en) * 2010-01-26 2011-07-28 Nokia Corporation Gesture Control
CN103733527B (zh) * 2011-04-07 2015-10-07 蓝色多瑙河系统公司 在无线系统中实现高平均频谱效率的技术
US9948135B2 (en) * 2015-09-22 2018-04-17 Energous Corporation Systems and methods for identifying sensitive objects in a wireless charging transmission field
WO2014186787A2 (en) * 2013-05-17 2014-11-20 fybr Distributed remote sensing system sensing device
US10408613B2 (en) 2013-07-12 2019-09-10 Magic Leap, Inc. Method and system for rendering virtual content
CN103490842B (zh) * 2013-09-26 2016-09-28 深圳市大疆创新科技有限公司 数据传输系统及方法
US10436888B2 (en) 2014-05-30 2019-10-08 Texas Tech University System Hybrid FMCW-interferometry radar for positioning and monitoring and methods of using same
CN105205484B (zh) * 2014-11-26 2018-07-06 中国人民解放军第二炮兵工程大学 基于曲波变换与维纳滤波的合成孔径雷达目标检测方法
CN104678368B (zh) * 2015-02-16 2017-03-22 零八一电子集团有限公司 一维相扫三坐标雷达空域自适应干扰抑制方法
US10928499B2 (en) 2016-01-26 2021-02-23 Novelic D.O.O. Millimeter-wave radar sensor system for gesture and movement analysis
WO2018031516A1 (en) 2016-08-09 2018-02-15 Google Llc Radar-based gestural interface
CN107080588A (zh) * 2017-06-14 2017-08-22 上海大学 一种由线驱动的新型微创手术机器人控制装置
US10579154B1 (en) 2018-08-20 2020-03-03 Google Llc Smartphone-based radar system detecting user gestures using coherent multi-look radar processing

Also Published As

Publication number Publication date
TWI722473B (zh) 2021-03-21
US20200125181A1 (en) 2020-04-23
CN112567256A (zh) 2021-03-26
EP3841390A1 (en) 2021-06-30
US20200057504A1 (en) 2020-02-20
US10845886B2 (en) 2020-11-24
TW202131140A (zh) 2021-08-16
US10579154B1 (en) 2020-03-03
WO2020040919A1 (en) 2020-02-27
TWI767627B (zh) 2022-06-11
TW202009649A (zh) 2020-03-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112567256B (zh) 使用相干多视雷达处理检测用户手势的基于智能电话的雷达系统
US11573311B2 (en) Smart-device-based radar system performing angular estimation using machine learning
US10936185B2 (en) Smartphone-based radar system facilitating ease and accuracy of user interactions with displayed objects in an augmented-reality interface
Lien et al. Soli: Ubiquitous gesture sensing with millimeter wave radar
EP4066008B1 (en) Detecting a frame-of-reference change in a smart-device-based radar system
CN113454481A (zh) 在存在饱和的情况下检测用户姿势的基于智能设备的雷达系统
US20120001875A1 (en) Touchless sensing and gesture recognition using continuous wave ultrasound signals
CN110720050A (zh) 雷达角模糊度解算
US20220326367A1 (en) Smart-Device-Based Radar System Performing Gesture Recognition Using a Space Time Neural Network
CN111580060A (zh) 目标姿态识别的方法、装置和电子设备
Wang et al. Multi-target device-free wireless sensing based on multiplexing mechanisms
US20240027600A1 (en) Smart-Device-Based Radar System Performing Angular Position Estimation
JP6849100B2 (ja) 物体検知装置、物体検知方法及びプログラム
Cui et al. Millimetre-wave Radar for Low-Cost 3D Imaging: A Performance Study

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant