CN114063052A - 低功耗雷达 - Google Patents

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CN114063052A CN202110901945.0A CN202110901945A CN114063052A CN 114063052 A CN114063052 A CN 114063052A CN 202110901945 A CN202110901945 A CN 202110901945A CN 114063052 A CN114063052 A CN 114063052A
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Abstract

提供了雷达系统和用于操作雷达系统的方法。该雷达系统包括第一雷达组件、第二雷达组件、处理单元和控制器。第一雷达组件和第二雷达组件中的至少一个雷达组件被配置成传送至少一个监测波。第一雷达组件和第二雷达组件中的至少一个雷达组件被配置成接收至少一个反射波。第一雷达组件和第二雷达组件中的每一个雷达组件具有有源模式和无源模式。处理单元被配置成处理从第一雷达组件和第二雷达组件中的至少一个雷达组件所接收至少一个反射波信号。控制器被配置成控制（例如，在有源模式和无源模式之间切换）第一雷达组件和第二雷达组件中的至少一个雷达组件。

Description

低功耗雷达
相关申请的交叉引用
本申请要求在2020年8月7日提交的美国临时申请No.62/706267的权益，其内容由此全部被结合。
背景技术
本发明涉及基于雷达的检测系统。更特别地，本发明涉及用于降低雷达的功耗的方法和系统。
雷达是依靠无线电波来确定对象的性质（例如，范围、角度、速度或存在）的检测系统。例如，雷达可以用于检测交通工具、天气形成、地形和人的存在（例如，通过检测运动、心跳和/或呼吸）。雷达系统通常包括传送器、接收器和处理器。传送器产生在无线电或微波域中的电磁波，并且在预定的方向上传送波。当这些波接触对象时，它们从对象被反射。接收器（其可以在相同的位置或与传送器的不同位置中）接收从对象被反射的电磁波。电磁波往往经由相同的天线被传送和接收。处理器分析所接收的电磁波来确定对象的性质（例如，速率、位置等）。
基于雷达的系统通常每秒发射数百或数千的信号段（例如，线性调频脉冲（chirps）、脉冲或恒定频率正弦波）。在一些应用中，大发射率（large emission rate）不是必需的，并且可能不必限制雷达的潜在应用。例如，大传送率可能使基于雷达的系统消耗比用来实现所预期的检测所必需的功率更多的功率，这可能阻止或至少限制基于雷达的系统通过电池供电。针对高功耗的一个可能的补救是减小发射率。然而，减小发射率可能牺牲时间分辨率（temporal resolution），这不是预期的。
因此，仍然存在对于雷达系统和用于控制这样的雷达系统的方法的需要，该雷达系统和用于控制这样的雷达系统的方法能够减小功耗（当相比于传统的基于雷达的系统时），同时维持可接受的时间分辨率。
发明内容
根据一个实施例，提供了雷达系统。雷达系统包括第一雷达组件和第二雷达组件。第一雷达组件和第二雷达组件中的至少一个雷达组件被配置成传送至少一个监测波。第一雷达组件和第二雷达组件中的至少一个雷达组件被配置成接收至少一个反射波。第一雷达组件和第二雷达组件各自具有有源模式和无源模式。通过接收功率供应来定义有源模式。处理单元被配置成处理从第一雷达组件和第二雷达组件中的至少一个雷达组件所接收的至少一个反射波信号。反射波信号指示至少一个反射波。控制器被配置成控制第一雷达组件和第二雷达组件中的至少一个雷达组件。控制器在第一时间段和第二时间段期间将第一雷达组件和第二雷达组件维持在有源模式中。
根据附加的或备选的实施例，通过下列中的至少一个来定义无源模式：接收减少量的功率供应；以及接收近似没有的功率供应。
根据附加的或备选的实施例，雷达系统进一步包括电池，该电池被配置成将功率供应传送到第一雷达组件和第二雷达组件中的至少一个雷达组件。
根据附加的或备选的实施例，雷达系统进一步包括面板，该面板被配置成将功率供应传送到第一雷达组件和第二雷达组件中的至少一个雷达组件。
根据附加的或备选的实施例，控制器在第三时间段期间将第一雷达组件和第二雷达组件中的至少一个雷达组件维持在有源模式中。
根据附加的或备选的实施例，在第一时间段、第二时间段和第三时间段期间，至少监测波被传送以及至少一个反射波被接收。
根据附加的或备选的实施例，第一时间段、第二时间段和第三时间段各自相应小于300微秒。
根据附加的或备选的实施例，第一雷达组件和第二雷达组件中的至少一个雷达组件具有预热（warm-up）段，该控制器被配置成在预热段期间将第一雷达组件和第二雷达组件中的至少一个雷达组件维持在有源模式中。
根据附加的或备选的实施例，存在第一时间段和第二时间段之间的第一间隔，以及第二时间段和第三时间段之间的第二间隔，该控制器被配置成在第一间隔和第二间隔中的至少一个间隔的至少一部分期间将第一雷达组件和第二雷达组件中的至少一个雷达组件切换到无源模式。
根据附加的或备选的实施例，第一间隔比第二间隔短。
根据附加的或备选的实施例，第一间隔被预定，而第二间隔是可变的。
根据附加的或备选的实施例，处理器可操作地连接到控制器，该处理器被配置成增加或减少第二间隔。
根据附加的或备选的实施例，雷达系统被配置成检测人在建筑内的存在或不存在。
根据本公开的另一方面，提供用于操作雷达系统的方法。雷达系统包括第一雷达组件、第二雷达组件、处理单元和控制器。第一雷达组件和第二雷达组件各自具有有源模式和无源模式。该方法包括用于利用控制器在第一时间段和第二时间段期间将第一雷达组件和第二雷达组件维持在有源模式中的步骤，通过接收功率供应来定义有源模式。该方法进一步包括用于利用控制器在第一间隔的至少一部分期间将第一雷达组件和第二雷达组件中的至少一个雷达组件切换到无源模式，在第一时间段和第二时间段之间定义第一间隔。
根据附加的或备选的实施例，控制器在第三时间段期间将第一雷达组件和第二雷达组件中的至少一个雷达组件维持在有源模式中。
根据附加的或备选的实施例，方法进一步包括用于利用控制器在第二间隔的至少一部分期间将第一雷达组件和第二雷达组件中的至少一个雷达组件切换到无源模式，在第二时间段和第三时间段之间定义第二间隔。
根据附加的或备选的实施例，通过下列中的至少一个来定义无源模式：接收减少量的功率供应；以及接收近似没有的功率供应。
根据附加的或备选的实施例，第一雷达组件和第二雷达组件中的至少一个雷达组件具有预热段，该控制器被配置成在预热段将第一雷达组件和第二雷达组件中的至少一个雷达组件维持在有源模式中。
根据附加的或备选的实施例，第一间隔被预定，而第二间隔是可变的。
根据附加的或备选的实施例，处理器可操作地连接到控制器以增加或减少第二间隔。
附图说明
被视为本公开的主题在说明书结束处被特别地指出并清楚地在权利要求书中被主张。不应以任何方式将附图的以下描述视为是限制性的。参考附图，相似的元素相似地来编号：
图1是根据本公开的一个方面的在建筑内的雷达系统的示意图，该雷达系统包括第一组件和第二组件。
图2是根据本公开的一个方面的在有源模式和无源模式之间切换的第一组件和第二组件的图解说明。
图3是根据本公开的一个方面的图示操作包括第一组件和第二组件的雷达系统的方法的流程图。
具体实施方式
提供了雷达系统和用于控制这样的雷达系统的方法。系统和方法使得有可能减小功耗（当相比于传统的基于雷达的系统时），同时维持可接受的时间分辨率。这种功耗的减小可归因于当组件不是必需的时关闭组件（例如，只有当需要硬件组件传送信号段的小子集以及接收它们的反射时，才保持硬件组件接通）。
本文中所描述的系统和方法选择性地控制（例如，通过关闭）组件，而不是当接通基于雷达的系统时保持基于雷达的系统的所有组件活动（例如，这将会允许所有信号段的传送）。例如，已经发现，所传送的信号段的小子集可以用于实现性能，同时信号段的剩余部分不是必需的。本文中所描述的雷达系统当硬件组件不被需要时关闭硬件组件，而不是传送这些不必需的信号段（和由现有的基于雷达的系统进行的一样）。已经发现，通过关闭组件以及避免信号段的不必需的传送，可以节约大百分比（例如，在85%到95%之间）的功率（当相比于不按照这种方式关闭硬件组件的传统的基于雷达的系统时）。
现在参考附图，在建筑600内的示范雷达系统100的示意图在图1中示出。如图1中所示，雷达系统100包括第一雷达组件110、第二雷达组件120、处理单元130和控制器140。第一雷达组件110和第二雷达组件120中的至少一个雷达组件被配置成传送至少一个监测波300。在某些实例中，传送监测波300的雷达组件可以被称为“传送器”。第一雷达组件110和第二雷达组件120中的至少一个雷达组件被配置成接收至少一个反射波400。在某些实例中，接收反射波400的雷达组件可以被称为“接收器”。设想的是，传送器和接收器可以利用相同的天线（例如，相同的天线可以用于既传送监测波300又接收反射波400）。应当领会，尽管被共同示出，在某些实例中，雷达系统100的组件（例如，第一雷达组件110和第二雷达组件120）可以是分离的（例如，定位在建筑600内的不同位置处）。
第一雷达组件110和第二雷达组件120两者都可具有有源模式和无源模式。可以通过接收功率供应来定义有源模式（例如，这可以允许雷达组件110、120传送监测波300或者接收反射波400）。可以通过接收减少量（例如，当相比于当在有源模式中时接收的功率量时）的功率供应，或通过接收近似没有（例如，不可测量的量）的功率供应来定义无源模式。当在无源模式中时，雷达组件110、120不可以传送监测波300或接收反射波400。
处理单元130被配置成处理来自第一雷达组件110和第二雷达组件120中的至少一个雷达组件的至少一个反射波信号。例如，处理器130可以将反射波信号从模拟转换成数字。这个反射波信号可以指示至少一个反射波。为了实现至少一个反射波信号的处理，处理单元可以包括但不限于具有任何可能体系架构的宽阵列的单处理器或多处理器系统，包括现场可编程门阵列(FPGA)、中央处理单元(CPU)、专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)或图形处理单元(GPU)硬件，其同构或异构布置。
控制器140被配置成控制第一雷达组件110和第二雷达组件120中的至少一个雷达组件。应当领会，控制器140可以采用硬件组件（例如，连接到第一雷达组件110和第二雷达组件120以控制到相应组件110、120的功率供应）或软件（例如，存储在可操作地连接到第一雷达组件110和第二雷达组件120以控制到相应组件110、120的功率供应的存储器）的形式。例如，雷达系统100可以包括用来存储软件的下列中的任何（其可以充当控制器140）：硬盘、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、可擦除可编程只读存储器（EPROM或闪速存储器）、静态随机存取存储器（SRAM）、便携式紧致盘只读存储器（CD-ROM）、数字多功能盘（DVD）、记忆棒和以上的任何合适的组合。控制器140（无论被配置为硬件组件或软件）被配置成在第一时间段T1和第二时间段T2期间将第一雷达组件110和第二雷达组件120维持在有源模式中。应当领会，控制器140还可以被配置成在第三时间段T3期间将第一雷达组件110和第二雷达组件120维持在有源模式中。这些时间段在图2中被图示。
应当领会，在第一时间段T1和第二时间段T2期间至少一个监测波300被传送（例如，通过传送器）以及至少一个反射波400被接收（例如，通过接收器）。当在第三时间段T3期间维持在有源模式中时，在第三时间段T3期间，至少一个监测波300被传送（例如，通过传送器）以及至少一个反射波400被接收（例如，通过接收器）。为了能够在这些时间段T1、T2、T3期间传送（一个或多个）监测波300以及接收（一个或多个）反射波400，组件110、120在时间段T1、T2、T3期间需要是完全起作用的。为了在时间段T1、T2、T3期间是完全起作用的，第一雷达组件110和第二雷达组件120至少在时间段T1、T2、T3期间需要在有源模式中。应当领会，这些时间段（例如，第一时间段T1、第二时间段T2和第三时间段T3）中的每个时间段可以小于300微秒。设想的是，取决于雷达系统100的特定应用，时间段T1、T2、T3的持续时间可以变化。
如图2中所示，第一雷达组件110和第二雷达组件120中的至少一个雷达组件可以具有预热段Wp。预热段Wp可以被看作是能够适当地起作用之前对于组件将接通所需的时间量。例如，当充当传送器时，组件在它可以传送监测波300之前可能需要接通持续某个时间量。为了确保在时间段T1、T2、T3期间第一雷达组件110和第二雷达组件120是起作用的，控制器140被配置成在第一雷达组件110和第二雷达组件120的相应的预热段Wp期间，将第一雷达组件110和第二雷达组件120维持在有源模式中。应当领会，预热段Wp的长度（例如，时间量）可以取决于组件的类型和/或组件的设计。
在某些实例中，预热段Wp消耗在时间段T1、T2、T3之间时间量的至少一部分。时间段之间的时间量可以被称为间隔I1、I2。例如，在某些实例中，可以存在第一时间段T1和第二时间段T2之间的第一间隔I1，以及第二时间段T2和第三时间段T3之间的第二间隔I2。为了减小通过雷达系统100的功耗，控制器140被配置成在第一间隔I1和/或第二间隔I2中的至少一个间隔的至少一部分期间将第一雷达组件110和第二雷达组件120中的至少一个雷达组件切换到无源模式。然而，如上面所提到的，预热段Wp可以消耗间隔I1、I2的至少一部分。消耗间隔I1、I2的至少一部分可以被解释为意味着预热段Wp可以占据雷达组件110、120可能在无源模式中的时间量的至少一部分。因此，预热段Wp的长度可以直接影响可以节约多少功率。
在某些实例中，第一间隔I1比第二间隔I2短。在数据点之间具有不同长度的时间可以提供关于通过雷达系统100观测的对象的性质（例如，速率、方向、速度等）的更清楚的图片。如可以被假设的，由于第二间隔I2比第一间隔I1长，所以与第一间隔I1相比，第一组件110和第二组件120在第二间隔I2期间可以在无源模式中持续更长时间段。
设想的是，可以在第一间隔I1被预定和第二间隔I2是可变的情况下来配置雷达系统100。被预定可以意味着在传送监测波300之前预设时间（例如，由第一间隔I1所消耗的）的长度。可变的可以意味着时间（例如，由第二间隔I2所消耗的）的长度取决于至少一个因素。例如，由第二间隔I2消耗的时间的长度可以取决于在第一时间段T1期间收集的数据和在第二时间段T2期间收集的数据之间的差异。在某些实例中，当在第一时间段T1期间收集的数据和在第二时间段T2期间收集的数据之间存在更大差异时，第二间隔I2更短（例如，持续更少的时间量）。可以在处理器130中完成第二间隔I2的长度的确定。例如，处理器130可以被配置成比较来自第一时间段T1的数据和来自第二时间段T2的数据，并且因此设置第二间隔I2。在某些实例中，处理器130可操作地耦合到控制器140，以增加或减少第二间隔I2。
如图1中所图示，雷达系统100可以被配置成检测人500在建筑600内的存在或不存在。应当领会，本文中所描述的雷达系统100可以在用来观测不同对象的各种设定中是有用的。在某些实例中，取决于所收集的数据和所观测的对象的类型，雷达系统100可以包括多个（例如，多于两个）组件，该多个组件中每个组件可以具有它们自己所定义的预热段Wp。设想的是，雷达系统100可以在任何设定中是有用的，在所述设定中，这些组件中的至少一些组件可以在数据收集点之间（其可以被看作其中组件需要是活动的以便准备好并且能够收集数据的时间段）被关闭。
设想的是，上述雷达系统100可以减小功耗，这可以允许雷达系统100的更大应用，同时还减小操作/安装雷达系统100的关联成本。例如，通过以上述方式节省功率，可以从电池150提供功率供应的至少一部分（其用于传送监测波300以及接收/处理反射波400）。通过使雷达系统100能够被电池驱动，可以在增加数量的设定（例如，不限于其中有线功率供应可用的设定）中使用雷达系统100。另外，通过减小由给定的雷达系统100消耗的功率量，可以增加附于功率供应装置（例如，面板200）的雷达系统100的数量。例如，每个面板200具有关于可以通过面板200供应的功率量的固有限制，这可能约束可以连接到特定面板200的雷达系统100的数量。通过减小由每个雷达系统100消耗的功率量，可以增加连接到特定面板的雷达系统100的数量，这可以减小对于给定设定（例如，商业建筑600等）所要求的面板200的数量。
操作雷达系统100的示范方法800在图3中示出。可以例如使用图1中所示的示范雷达系统100来执行方法800，该示范雷达系统100包括第一雷达组件110、第二雷达组件120、处理单元130和控制器140。如上面提到的，第一雷达组件110和第二雷达组件120各自具有有源模式和无源模式。可以通过接收功率供应来定义有源模式（例如，这可以允许雷达组件110、120传送监测波300或接收反射波400）。可以通过接收减少量（例如，当相比于当在有源模式中时接收的功率量时）的功率供应，或通过接收近似没有（例如，不可测量的量）的功率供应来定义无源模式。当在无源模式中时，雷达组件110、120不可以传送监测波300或接收反射波400。
方法800包括用于在第一时间段T1和第二时间段T2期间，以及在某些实例中在第三时间段T3期间（例如，利用控制器140）将第一雷达组件110和第二雷达组件120维持在有源模式中的步骤810。方法800包括用于在第一间隔I1的至少一部分期间，以及在某些实例中在第二间隔I2期间（例如，利用控制器140）将第一雷达组件110和第二雷达组件120中的至少一个雷达组件切换到无源模式的步骤820。在第一时间段T1和第二时间段T2期间定义第一间隔I1，以及在第二时间段T2和第三时间段T3期间定义第二间隔I2。如上面提到的，通过预热段Wp消耗间隔I1、I2的至少一部分。例如，控制器140可以被配置成在预热段期间将第一雷达组件110和第二雷达组件120中的至少一个雷达组件维持在有源模式中。如通篇所提到的，在数据收集之间将组件110、120切换到无源模式可以减小由雷达系统100消耗的功率量，这可以允许雷达系统100的更大应用，同时还减小操作/安装雷达系统100的关联成本。
在描述本发明的上下文中，术语“一”和“一个”以及“该”以及类似参考（referent）的使用将被解释成涵盖单数和复数两者，除非本文中另有指示或与上下文明确矛盾。本文中提供的任何以及所有示例或示范语言（例如“诸如”、“例如”、“比如”等）的使用仅旨在更好地说明本发明，并且除非另有主张，不对发明的范围提出限制。说明书中的没有语言应当解释为将任何未主张的元素指示为对发明的实施必不可少（essential）。
在已经参考一个或多个实施例描述本公开的同时，由本领域的技术人员将理解，可以在不脱离本公开范围的情况下做出各种改变，并且可以用等效物替代其元素。另外，可以在不脱离其基本范围的情况下做出许多修改以使特定情况或材料适应本公开的教导。因此，意指的是，本公开不限于作为用于执行本公开所设想的最佳模式所公开的特定实施例，而是本公开将包括落在权利要求的范围内的所有实施例。

Claims (20)

1.一种雷达系统，包括：
第一雷达组件和第二雷达组件，所述第一雷达组件和所述第二雷达组件中的至少一个雷达组件被配置成传送至少一个监测波，并且所述第一雷达组件和所述第二雷达组件中的至少一个雷达组件被配置成接收至少一个反射波，所述第一雷达组件和所述第二雷达组件包括有源模式和无源模式，通过接收功率供应来定义所述有源模式；
处理单元，所述处理单元被配置成处理从所述第一雷达组件和所述第二雷达组件中的至少一个雷达组件所接收的至少一个反射波信号，所述反射波信号指示至少一个反射波；以及
控制器，所述控制器被配置成控制所述第一雷达组件和所述第二雷达组件中的至少一个雷达组件，其中所述控制器在第一时间段和第二时间段期间将所述第一雷达组件和所述第二雷达组件维持在所述有源模式中。
2.如权利要求1所述的雷达系统，其中，通过下列中的至少一个来定义所述无源模式：接收减少量的所述功率供应；以及接收近似没有的所述功率供应。
3.如权利要求1所述的雷达系统，进一步包括电池，所述电池被配置成将所述功率供应传送到所述第一雷达组件和所述第二雷达组件中的至少一个雷达组件。
4.如权利要求1所述的雷达系统，进一步包括面板，所述面板被配置成将所述功率供应传送到所述第一雷达组件和所述第二雷达组件中的至少一个雷达组件。
5.如权利要求1所述的雷达系统，其中，所述控制器在第三时间段期间将所述第一雷达组件和所述第二雷达组件中的至少一个雷达组件维持在所述有源模式中。
6.如权利要求5所述的雷达系统，其中，在所述第一时间段、所述第二时间段以及所述第三时间段期间所述至少监测波被传送以及所述至少一个反射波被接收。
7.如权利要求6所述的雷达系统，其中，所述第一时间段、所述第二时间段和所述第三时间段各自相应小于300微秒。
8.如权利要求5所述的雷达系统，其中，所述第一雷达组件和所述第二雷达组件中的至少一个雷达组件包括预热段，所述控制器被配置成在所述预热段将所述第一雷达组件和所述第二雷达组件中的至少一个雷达组件维持在所述有源模式中。
9.如权利要求5所述的雷达系统，进一步包括在所述第一时间段和所述第二时间阶段之间的第一间隔，以及在所述第二时间段和所述第三时间段之间的第二间隔，所述控制器被配置成在所述第一间隔和所述第二间隔中的至少一个间隔的至少一部分期间将所述第一雷达组件和所述第二雷达组件中的至少一个雷达组件切换到所述无源模式。
10.如权利要求9所述的雷达系统，其中，所述第一间隔比所述第二间隔短。
11.如权利要求9所述的雷达系统，其中，所述第一间隔被预定，而所述第二间隔是可变的。
12.如权利要求11所述的雷达系统，其中，所述处理器可操作地连接到所述控制器，所述处理器被配置成增加或减少所述第二间隔。
13.如权利要求1所述的雷达系统，其中，所述雷达系统被配置成检测人在建筑内的存在或不存在。
14.一种用于操作雷达系统的方法，所述雷达系统包括第一雷达组件、第二雷达组件、处理单元和控制器，所述第一雷达组件和第二雷达组件包括有源模式和无源模式，所述方法包括：
利用所述控制器，在第一时间段和第二时间段期间将所述第一雷达组件和所述第二雷达组件维持在所述有源模式中，通过接收功率供应来定义所述有源模式；以及
利用所述控制器，在第一间隔的至少一部分期间将所述第一雷达组件和所述第二雷达组件中的至少一个雷达组件切换到所述无源模式，在所述第一时间段和所述第二时间段之间定义所述第一间隔。
15.如权利要求14所述的方法，其中，在第三时间段期间所述控制器将所述第一雷达组件和所述第二雷达组件中的至少一个雷达组件维持在所述有源模式中。
16.如权利要求15所述的方法，进一步包括利用所述控制器在第二间隔的至少一部分期间将所述第一雷达组件和所述第二雷达组件中的至少一个雷达组件切换到所述无源模式，在所述第二时间段和所述第三时间段之间定义所述第二间隔。
17.如权利要求14所述的方法，其中，通过下列中的至少一个来定义所述无源模式：接收减少量的所述功率供应；以及接收近似没有的所述功率供应。
18.如权利要求14所述的方法，其中，所述第一雷达组件和所述第二雷达组件中的至少一个雷达组件包括预热段，所述控制器被配置成在所述预热段期间将所述第一雷达组件和所述第二雷达组件中的至少一个雷达组件维持在所述有源模式中。
19.如权利要求16所述的方法，其中，所述第一间隔被预定，以及所述第二间隔是可变的。
20.如权利要求19所述的方法，其中，所述处理器可操作地被连接到所述控制器以增加或减少所述第二间隔。
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