CN1239551A - 多普勒雷达报警系统 - Google Patents

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doppler
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苏本尼
秦昌荣
詹姆斯·春·陈
孙金·吉恩·洪
威廉·春海·盖
于庞
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QUANYOU COMPUTER STOCK-SHARING Co Ltd
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Abstract

一种适用于作为自动安全系统的多普勒雷达报警系统(30)包括多普勒雷达收发器(31)、数字信号处理器(55)用来接收多普勒雷达信号并转换成相位差，进而计算物体(42)与收发天线(44)之间的距离及相对速度、及将距离及相对速度显示在影像显示器(64)和/或声音显示器(66)，另外还包括结合在车辆和/或建筑物的安全报警系统的应用程序，该安全报警系统还包括一摄影机及多普勒雷达单元，以提供在监视区域内侦测位于区域内的物体的三度空间特征，即位于监视区域内的物体的范围信息及相对速度。

Description

多普勒雷达报警系统
本专利文件的一部分包含受到版权和掩膜模板保护的材料。版权和掩膜模板拥有者不反对对专利文件或专利公开文本的传真复制，如在专利和商标局的专利文件或记录中所出现的，但是保留其它版权和掩膜模板权。
技术领域
本发明是关于可结合在车辆、住宅、公司或其他报警系统的多普勒(Doppler)雷达，特别是关于利用即时录影、照相及多普勒(Doppler)雷达的整合技术而完全结合于车辆或建筑物的安全报警系统。
背景技术
多普勒雷达的原理(多普勒效应)为公知技术，例如M.I.史考尼克(Skolnik)所著，McGraw-Hill于1980年出版的“雷达系统导论”的第三章“CW及调频雷达”即有说明。美国专利第3,863,253(“’253”)及5,087,918(“’918”)已揭示包括实施多普勒雷达的汽车报警系统。
′253系统为一模拟系统，是将多普勒信号转换成两个垂直信号，多普勒信号为汽车所发出的信号及物体所反射的信号的两个信号，并利用一互斥“或”门(OR)接受该垂直信号，而在其中一个垂直信号出现时产生脉冲，并利用一平均电路计算出代表汽车与物体之间的距离的信号。
′918系统提供物体的分辨率分布、侦测固定与移动中的物体、及多重物体的分辨率，其是使用六个可接收及发射调频连续波及双频多普勒信号的雷达信号的无线电频率磁头。在′918系统中，物体的侦测是利用视觉指示器及听觉指示器来指示。
发明概要
本发明的目的是提供一种安全的报警系统，包括廉价及公知元件所制造的数字信号处理硬件、及电脑程序软件用来处理系统产生的信号。多普勒雷达来侦测接近的物体的距离与相对速度。
本发明的另一目的是提供一种结合两种不同技术的安全报警系统，包括一高品质、低成本的摄影机及一灵敏的多普勒雷达，用来侦测接近汽车、建筑物或其他区域的物体；并测定该物体与汽车、建筑物或其他区域的距离及相对速度；并提供关于该物体的影像及声音信息。
附图的简要说明
本发明的其他目的及特征将结合附图详细说明如下。
图1为示出本发明一最佳实施例的多普勒雷达报警系统的元件方框图。
图2显示使用在图1中的多普勒雷达的信号的相位关系。
图3显示图1相位比较器的方框图。
图4显示图1数字信号处理器的数字滤波器的方框图。
图5A显示图1实施例的发射/接收模块的概略电路图。
图5B显示图1实施例的发射/接收模块的电路掩膜模板的复制。
图6显示图1实施例的发射/接收天线的电路掩膜模板。
图7显示图1实施例系统的雷达无线电波及反射器的关系概略图。
图8显示图1实施例的物体-区域的关系的方框图。
图9显示图1实施例的雷达无线电波的具有参考座标的收敛圆锥区域的概略图。
图10显示图9的圆锥区域及包括在位于圆锥区域内三个区域物体座标的概略图。
图11显示图1实施例中两个发射/接收单元连接于一数字信号处理及显示单元的概略图。
图12显示图11发射/接收单元的零件分解透视图。
图13显示图1实施例数字信号处理及显示单元的零件分解透视图。
图14显示图13单元的零件的后透视图。
图15显示图1实施例中的图12发射/接收单元位于汽车的相关位置的概略图。
图16显示图15的汽车后视图，并显示两组发射/接收单元。
图17显示位于卡车后方的两组发射/接收单元的俯视图。
图18显示固定图12发射/接收单元的框架的剖面侧视图。
图19显示图18框架及发射/接收单元的前视图。
图20显示本发明另一最佳实施例的元件概略图，包括显示器、处理器及传感器。
图21显示本发明的另一实施例的收发器及显示器位于汽车相关位置的俯视图。
图22显示本发明另一实施例的收发器位于汽车位置的概略图。
图23显示具有本发明另一实施例的位于另一位置的收发器的汽车的概略图及其停车状况，并具有另一显示器。
图24显示在侧边安装本发明收发器的汽车，及侧边有另一汽车接近第一汽车的概略图。
图25显示使用本发明作为安全报警系统，其中从接近物体的信号被传送至远方可视电话。
图26显示将本发明安装在建筑物的门上方的示意图。
图27显示将本发明的三个收发器安装在建筑物的不同位置以获得较广范围的监视能力。
图28显示图1实施例的电脑软件的主要程序的流程图。
图29A-29D显示图1实施例的电脑软件的主要程序的子程序的流程图。
图30显示以有利于理解从多普勒移位信号的频率向周期转换的方式的多普勒移位信号之间的关系、与本发明的说明书的其它部分相比较的在软件程序中使用的术语和向前及向后的方向确定的方式之间的关系的概略图。
最佳实施例
为便于说明，在下面的叙述中，在不同图中的相同的参考数字表示相同或相应的元件。
在此所叙述的最佳实施例包括一电脑软件，依据由Zilog制造的例如Z86E31的8位处理器来实施。当然亦可以由其他的处理器来实施。本发明的一优点是可利用较简单及廉价的元件来实施多普勒雷达系统，例如8位处理器。最重要的是通过把零交越时间转换为在其后可相对较快、精确和便宜地处理相位角和未过滤的、接近范围信息的多普勒移位信号的数字信号以从多普勒移位模拟信号撷取有用信息的特征；以及发现了使用分隔的概念的滤波电路，通过分隔信号的整合和反馈以快速、简单、便宜地减少不想要的噪音和错误警报。
如图所示，参考图1至14及图28至30说明本发明多普勒雷达的发射、接收及信号处理元件的第一实施例。该元件使报警系统可提供低成本、精确范围的报警能力，并可应用于汽车、货车、及其他种车辆，以及建筑物及其他安全领域。
图1示出本发明多普勒雷达报警系统的方框图。多普勒雷达单元30包括发射器32及接收器34，合称为收发器。该收发器以模块31表示。显示在图5A至5B的最佳电路将有较详细的说明。该发射器32包括一电压控制振荡器(VCO)36及一移频键制(Frequency-Shifted Keying，FSK)调制器38。该VCO36为一射频(RF)振荡器，并由电压控制其振荡频率。用于本发明的VCO类型为一般商用款式，且使用的振荡频率为5.8GHz的ISM频宽。该ISM频宽是美国政府联邦电信为工业、科学及医疗应用所指定的频宽，且不需要授权。该FSK调制器38为一公知的方波产生器。且透过信号线39输出至VCO并以公知方法控制VCO产生的两个不同的频率F0±ΔF。FSK调制器38在市场可取得，且本发明的F0最佳频宽范围是介于5.725GHz与5.850GHz之间。而且，在本发明的范围中，频率改变范围ΔF是从1MHz至2MHz。该FSK调制器38同时还经由信号线37提供信号以控制接收器34的多路输出选择器(de-multiplexer，DE-MUX)电路，以便取得由移动物体42反射的两个多普勒回波信号。发射器32还包括一发射天线40(“TX”)，以便透过信号线41接收VCO的输出信号并朝着物体42发射无线电波RF能量。
接收器34包括一接收天线(“RX”)44以便接收由物体42所反射的RF能量。该反射的能量因多普勒效应而有不同频率。由RX天线44接收的模拟信号之后经由信号线43被送到低噪音放大器(Low Noise Amplifier，“LNA”)46，将该模拟信号放大约10倍。该放大后的RF信号经由信号线45送到混波器48，该混波器48从发射与接收信号的乘积产生中频(“IF”)模拟信号。该混波器48为一电路，是利用回波信号的频率减去发射信号的频率的公知方式将高频能量转换成较低或中频能量。
该代表多普勒位移或效应的模拟IF信号之后经由信号线47送至IF放大器52，该放大器52将IF信号放大约1000倍。该IF放大器52为公知模拟放大器。被放大的IF信号之后经由信号线53送给多路输出选择器电路54，该电路54将物体反射的两个混合及放大的多普勒位移信号分离。此两个多普勒位移信号为S1及S2，分别为在F0＋ΔF及F0-ΔF频率所发射的信号。被分离的S1及S2模拟信号经由信号线56及58传给相位比较器60。相位比较器60将该模拟信号转换成数字信号，并决定两个多普勒位移信号S1及S2之间的相位差Δθ。该相位差Δθ被表示成数字信号，并经由信号线61从相位比较器60传给数字信号处理器(“DSP”)62。
该DSP62及其应用的软件利用相位差Δθ计算出从物体到天线的物体距离，即范围“R”，其中距离“R”正比于相位差。DSP的软件在图一中以55概略表示。该DSP还包括一数字滤波器63，以便过滤噪音并降低错误警报的次数。表示所计算的距离“R”的数字信号之后被传送到显示器，例如报警灯64或蜂鸣器66。报警灯发光的数量最好反比于距离“R”，且蜂鸣器的声音频率亦反比于距离“R”。当然，亦可使用其他型式的显示器，例如以数字显示距离，或以声音播报距离。
参考图2，其显示两个多普勒位移信号为S1及S2的关系，及关于相角等有用的信息如何被撷取并转换成数字形式。其垂直座标为模拟信号的电压大小±V，而水平座标代表时间。信号S1在T1与T3时间为0电压，且该信号S1从T1的0伏特上升到最大值再下降至T3的0伏特。相同地，S2信号在T2时间为0电压，且T2时间较T1时间延后。此种关系最好由软件处理，其处理流程显示在图28及图29A-D。
图3为相位比较器60的方框图，该处理器60最好由数字信号处理器的应用软件实施。该处理器60包括两个公知的信号零交越侦测器，该侦测器会在检测到0电压时(如图2的T1、T2、T3等)送出中断请求给数字处理器软件程序。该零交越侦测器一般包含在微处理器晶片中。模拟信号因此被转换成数字信号，并进一步由DSP软件处理。如图3所示，信号S1由零交越侦测器72监测，且当信号S1交越0电压时，则送出中断请求给数字处理器，以便决定T1与T3的零交越时间，如方框76所示。相同地，信号S2由零交越侦测器74监测，且当信号S1交越0电压时，则提供中断请求给数字处理器，以便读取信号S2的零交越时间T2。之后的方框80利用零交越时间T1、T2、T3及公式Δθ＝(T2-T1)/(T3-T1)计算相位差Δθ，如图3所示。
如一般所了解的，相位差Δθ正比于发射天线40与物体的距离。因此距离R可利用公式R＝K*Δθ求得，其中K为实验求得的常数。由软件程序(方框80所表示)计算后，代表发射天线40与物体的距离R的数字信号82被送至数字滤波电路63。
如一般所了解的，物体的相对速度反比于T3与T1的差值，并可由公式Δ速度＝K2/(T3-T1)，其中K2为实验求得的常数。DSP亦根据该关系求得速度数据。
参考图4，其显示本发明数字滤波电路63的架构。该滤波功能最好由软件实施，并降低噪音及将错误警报减至最低。其输入信号为表示距离范围R的信号82。该数字滤波器63可为反馈回路，且具有如图29A-D所显示的流程图。滤波器63具有原始的未滤波的信号82，即S(82)作为其输入。如图4所示，对于信号S(82)的处理过程如下：首先在减法节点84将信号S(82)减去信号线94的信号S(94)，而在信号线85产生信号S(85)。之后在86将S(85)除以N。N为一整数，且介于1至10之间，且N值最佳值为4、5、6、7及8。而第一实施例的N值最佳为6。另外N值若为1、2或3，则噪音无法有效降低，且容易产生太多错误报警。N值若为8、9或10，则虽可降低噪音却使响应速度降低。而且，必须强调N值的选择是根据所使用的报警系统的不同应用。故本发明第一实施例的车辆报警系统以N为6作为最佳选择。
被除过的信号S(87)在节点88加上信号S(92)而在96产生出信号R′，该信号R′更精确代表最后估测范围。该信号R′亦在90传回反馈回路，且经由信号线92在节点88与信号S(87)相加，及经由信号线94在节点84与信号S(82)相减。一旦未过滤信号R经处理而减少错误报警及降低噪音后，在节点96的信号R′被输出并代表发射天线与物体的最终估测距离或R。该信号以公知的技术传给公知的显示装置。
参考图5A说明收发模块31的电路。该模块31包括显示在图1及上述的电路。VC031为一FET晶体管356，且最好是HP(惠普)公司的编码ATF-13786元件。LNA46则显示为328，且为HP公司编码MG886563元件的IC(集成电路)。混波器48在图5显示为335，且包括二极管336、338，该二极管可为HP公司的编码HSMS2852元件，且在市场上为具有两个二极管的单一包装。VC036包括晶体管356及可变电容360。该二极管360最好为西门子(Siemens)公司的编码BBY5203W元件，而晶体管356可为HP公司的编码ATF-13786元件。上述的元件构成了本电路的主动元件，其他元件则为一般被动元件，包括可变电容、可变电阻及微波传输线，分别显示为元件342、340、356、344、352、374及372。
再参考图1及图5解释该电路。FSK调制器38产生50KHz的方波，如图5A的304所示，该信号经过50KΩ电阻390及一5KΩ可变电阻392后接地。接着，由可变电阻392输出的信号经过0.1mF(微发)的电容394后连接到节点383。该节点之后产生几个分支，第一经由100KΩ电阻376接地。第二分支如图5所示经由10KΩ电阻375向下连接到可变电容360，该可变电容是以公知方式调变频率。经过电容之后，该信号经过10KΩ电阻358接地并接到晶体管356的栅极。该晶体管356的源极经由22Ω电阻354接地，而晶体管356的漏极连接到7PF(皮发)的电容362，且形成一回路连接到可变电容360。晶体管3 56的漏极亦为功率输出，该功率输出的主要部分经过7PF的电容364，之后通过功率分离器367，是表示在图5B的收发模块PCB设计的第一区域。一部分的功率被送到连接发射天线的点370(图5A及5B)，之后连接到图1所示的天线40。图5A的信号线366表示一调整片。剩余的功率则经由另一分支进入图5A的混波器335(图1的48)。
参考图5A，位于左下角的连接点324是连接于图1的接收天线44。从物体42反射的多普勒位移信号经由33PF的电容332传送到图5A的LNA328(图1的46)。该LNA(低噪音放大器)328的信号输出之后经由10PF的电容330及10Ω电阻334进入混波器335，如图5A所示。信号线340表示一调整片。LNA328的输出另外还经由68Ω电阻326连接到匹配电路325。该匹配电路325包括概略的传输线342，其详细情形显示在图5B的PCB。当然必须注意到，传输线342包括宽度20密尔(mil)及长度约250密尔的微裸线路。该匹配电路325还包括1PF电容322接地，及0.01mF电容320接地。输入端306提供+5V的DC电压给分压电路，该分压电路包括10KΩ电阻384、386及388，及100KΩ可变电阻382，之后经由1兆欧电阻380连接到晶体管378的基极，该晶体管378可为一般编号BCW60D的晶体管。晶体管378的射极输出到信号线379，且在此设定频率f0。参考由电容器394向下连接的信号线381，其决定出ΔF，因此在晶体管356产生出F＋ΔF或F-ΔF。故，此部分电路利用DC电压产生所需的频率F＋ΔF或F-ΔF。
在最佳实施例中，编号302、308、310及314根据标准的微波设计经验被接地。而编号316与318在本实施例中没有连接使用。
参考图5B收发模块PCB(印刷电路板)的设计，其为图1收发模块31的实际掩膜的放大。在此所显示的正确比例及英尺英寸包含图1实施例编号31的最佳微波设计。
参考图6，其显示发射天线40及接收天线44的掩膜的放大图。如图所示，每个天线呈三角形。该天线的基体材料为FR4，为一般微波技术的领域。最佳的基体厚度为32密尔。
参考图7，是显示具有不同电波波束宽度的天线及反射板的概略俯视图。连接到系统30的发射天线40具有呈φ角度的第一反射板98及第二反射板100。每个反射板98与100可绕垂直轴102与103旋转而形成可调整的无线电波导引装置104。所形成的φ角度可被调整而改变电波波束A的波束宽度。无线电波导引装置104的方向可改变而控制波束方向。如图7的俯视图所示，增加φ角度可调宽波束A。将整个导引装置104移向左边或右边，可将波束A及B朝左边或右边移动。
参考图8，是显示本发明报警装置的接收天线及物体的方框图。如图所示，定义一列区域(zone)代表至天线不同距离的范围。DSP可设计来侦测位于预定区域的物体。例如，在区域2的物体可被侦测到，而其他区域的物体则被忽略。可同时侦测所指定的多重区域，而忽略未指定的区域，例如指定区域2及区域5(未图示)，或区域1、3及6(未图示)。天线接收从物体42所反射的信号，并经由天线44送给雷达接收器31，之后送给数字信号处理器62，及最后送到影/音报警装置64及66。
图9及图10描述了圆锥体的概念，在圆锥体内的物体可被确认，且经由座标系统计算出物体与天线的距离。参考图9，一截短的圆锥体106从较窄的端部向外延伸，即从发射/接收天线单元108向外延伸一特定距离。在该圆锥体内建立一X、Y、Z直角座标系，且天线单元位于座标系的中心，面向被发射波束的方向时，X方向是从天线中心点的左到右，Y方向垂直于发射方向，而+Z方向水平于发射方向。
参考图10，区域1定义为在圆锥体106内最靠近发射/接收模块108的区域，即从Z＝0向外延伸到Z＝a的预定值，且具有X及Y值在圆锥体内形成一系列圆形或椭圆形。相同地，区域2为Z值介于Z1与Z2之间的区域，而区域3为Z值介于Z2与Z3之间的区域。
在本发明最佳实施例中，多普勒雷达报警系统结合进车辆安全报警系统，该车辆安全报警系统具有两个连接到单一数字信号处理器及显示单元的发射器及接收器。参考图11，第一收发单元108具有安装框架110及112、安装板114、雷达发射天线40及雷达接收天线44。雷达天线最好由金属板制造，及形成图6所示每边约0.6英英寸的三角架构。当然亦可使用其他的材料、英尺英寸及形状，只要可获得等效结果即可。信号线116从收发器108延伸出。该收发单元108可结合其他收发单元作为输入，例如与单元108完全相同的单元118。信号线116与120是显示接收信号收发单元108与118的信号，或经由信号线122与124接收其他收发单元。该信号被输入到影/音报警装置，如图所示的126。可预见的，如图11所示的收发单元可配置在轿车、卡车或其他车辆的前方和/或后方和/或侧边。
参考图12，是显示收发单元108的零件分解透视图。该单元包括外壳128、安装框架、背板132、固定收发器印刷电路板电路31的天线固定基座134、接收天线44、发射天线40、天线固定框架136、138及信号线116。该外壳还包括前盖140，并可设计成一般英尺英寸及形式，例如车辆前灯或其他部分，该收发器外壳最好以耐磨且雷达信号易于穿透的塑料制造。但，收发单元最好位于非金属制的保险杠后方。如此，不但受到保护，且可发挥预期功能。
参考图13及图14，是显示车辆报警系统使用的影音报警显示器126。该显示器126包括主外壳142部分及上外壳144部分。前面板146提供多个LED(发光二极管)及喇叭164来显示从数字信号处理器传来的影音信号。165为音量调整。10个LED的其中四个148、150、152及154分别对应光路156、158、160及162。连接器166与168位于单元后侧，以便插入信号线116与120。
参考图28、29A-D及30，是显示本发明的软件程序。该软件程序可计算出物体趋近收发器的距离，即向前或前进的方向，以及计算出物体离开收发器的距离，即向后或后退的方向。关于图2所示的信号S1与S2，是物体离开收发器所发生的关系。参考图30，是表示当物体与收发器相互接近时，沿着时间轴的信号。另外，图30还包括以H与L代表旧S1与旧S2之间的距离的方波，及代表新S2-旧S2的距离H＋L。如图所示，其距离比例被表示成H/(H＋L)。之后，参考最佳软件程序，仅使用下式：H/(H＋L)＝(旧S1时间-旧S2时间)/(新S2时间-旧S2时间)在反向的情况，即物体与收发器相互远离时，其关系式只要将H与L对调即可，即距离比例为L/(L＋H)。
参考图28，由Z86E31IC晶片实施的软件程序由电源供给晶片的步骤502开始。之后，在步骤504将RDY初始化并设定为0。其次，在步骤506等候中断信号，该中断信号在S1交越0电压时产生。参考决策步骤508，当S1中断产生时，在步骤510将RDY设定为1。之后，在步骤512比较RDY是否为1。若“否”，则回到步骤506等待中断。若RDY寄存器为1，则主程序在步骤514将RDY寄存器清除为0，以便当重新启动或回到步骤506时，RDY寄存器可保持为0。在清除RDY寄存器为0之后，程序在步骤516计算距离比例，以下将会详细说明计算过程。
当步骤516完成距离比例计算程序之后，在步骤518将距离比例乘上一实验比例因子。步骤518完成之后，在步骤520根据物体为趋近状态或远离状态计算更准确的距离。例如，在最佳实施例中，若为趋近状态，则将步骤518所计算的值减1。在第一实施例的车辆系统中可发现数值1可产生最好结果。当然在其他应用上可采用不同的值。若为远离状态，则保持步骤518的值不变。
在图28中，步骤520所计算的值被送到步骤522的过滤子程序。该过滤子程序通常提供一回路或反馈计算以便将噪音或错误最小化。如图28所示的最佳实施例中，过滤后的距离以变量DF表示。变量DF的最终值被储存在寄存器，其中以式子DF＝DF＋(距离－DF)/6计算DF值，变量DF具初始值，距离为步骤520的输出值。在第一实施例中，变量DF的最佳初始值为7.0，而上述式子的最佳分母为6。另外，步骤522的分母值6即对应于图4的86的N值。如上所述，该值为整数，且介于1至10之间。不同的应用可使用不同N值，以达到最佳化。当步骤522完成过滤计算后，在步骤524决定该变量DF的最终值是否小于0。如该值小于0，则主程序回到步骤506等待中断，因负值在本应用中并不具意义。若DF值为0或大于0，则驱动蜂鸣器526与影像显示器528，并回到步骤506等待中断。
关于步骤522，DF在主回路的第一次计算或第一次送回时初始值被设定为7，而在以后的每次送回中则设成前一回路的最终计算值。例如，首先系统开始动作，DF设成7，且假设通过主回路的DF最终值为+6.0，此时步骤524结果为“否”，并驱动蜂鸣器与影像显示器，且主回路回到步骤506等待下一个S1中断。当下一个S1中断产生，且程序由步骤508到步骤520后，步骤522的DF初始值则被设为6而不是7.0。以此形式，每次的DF值都采用之前最新的DF值。
参考图29A，是显示图28的步骤516的子程序流程图。如图所示，主回路500提供信息给决定点530。若数据尚未准备好则回到主回路。若数据已准备好，则在步骤532将H＋L所表示的时间以倒数方式求得频率。且在步骤532中排除频率小于0.7Hz的频率，因该频率在本应用上没有意义。对于没有在步骤532中被排除的信号则传送给步骤534。步骤534作为距离或范围的控制点。所谓的范围控制点即表示设定物体与收发器之间可被侦测的距离或范围或起始的区域，以便使系统仅对于设定范围内的物体执行计算与过滤的功能。对于本发明的最佳实施例而言，其范围设定成8英尺，表示步骤532所处理的数据若超过8英尺距离将会被排除，仅接受距离8英尺以内的数据。在本实施例中8英尺为最佳设定距离，当然其他应用中亦可设定其他范围的距离，且亦可使用多个范围控制点，而计算出不同区域内的物体距离。
若不使用范围控制的功能，则在步骤534为“否”，则执行步骤538并跳过步骤536。若使用范围控制的功能，则程序跳至步骤536，以便排除在本应用中大于300Hz的没有用的信号。步骤534、536及538可排除使程序执行速度变慢并扰乱程序的无用数据。
参考步骤540，是进行是否为远离状态的侦测。若物体为远离收发器的状态，则步骤540为“是”，且程序跳至步骤542，并排除L/(H＋L)大于0.25数据。0.25为本应用的最佳值，当然其他应用可采用其他值。若步骤540为“否”，表示物体是为趋近收发器的状态，则跳至步骤544，并排除H/(H＋L)大于0.25的数据。步骤542与544仅计算距离比值。因该比值若大于0.25，在本应用中没有用处，故排除之。
接着，若该比值等于或大于0.5，则信号被送到动态范围调整步骤546，以便从所收集的数据提供更有用及更精确的数据。尤其，在步骤544中，H值为2个字节(bytes)，但在步骤548则变更为1个字节，且从2个字节转换成1个字节的转换技术为公知的动态调整技术，在步骤546执行。调整的比值在步骤548描述及表示，并以趋近状态为例子。
在步骤548之后，信号送给步骤550进行四舍五入进位程序。在步骤538，在信号比例的小数部分等于或大于0.5时，信号送给步骤552进行四舍五入进位程序到更高位的整数。在信号比例的小数部分小于0.5时，舍去小数部分仅保留整数部分。
现在参考图29B，其为图29A的继续，经过步骤550与552四舍五入进位的数据被送到决定点554来决定是否为远离状态的逆向值，若为逆向值，则在步骤556计算距离＝比值*85％。85％的值为第一实施例的最佳值，当然其他应用可采用其他值。相同的，若步骤554为“否”，则表示为顺向状态，则在步骤558计算距离＝比值*65％。当然，65％的值亦为本发明的最佳值。
步骤558的结果被送到决定点560及步骤562与564，其中步骤564是将步骤558的距离值减1作为顺向距离，而逆向距离则将步骤558的距离值减0，其是关于主程序500的如上所述的步骤520的表达或重复。其次，在步骤566进行距离是否为0的比较，若为“否”，则程序跳过步骤568。若步骤566为“是”，则以步骤568判断该距离是否为噪音，若为噪音信号，则程序跳回主程序500，若不是噪音，则继续执行图29C的其他步骤。
参考图29C，步骤570为是否为电源开启后第一次从步骤568进入该步骤。若为“是”，则如前所述在步骤572将变量DF设定为7。若步骤570为“否”，则表示非第一次执行，跳至步骤574执行。步骤574比较在步骤564及566所计算的距离值减去DF值是否小于0。若小于0，则跳至步骤576。若大于0则跳至步骤580。
在步骤576中比较在步骤564及566所计算的距离值减去DF值是否小于-1。若小于-1，则跳至步骤578。若大于-1跳至步骤582。在步骤578中，将距离-DF的值设为-1，并跳至步骤582。
在步骤580中比较在步骤564及566所计算的距离值减去DF值是否大于1。若大于1，则跳至步骤579。若没有大于1则跳至步骤582，在步骤579中，将距离-DF的值设为1，并跳至步骤582。
在步骤582中，新的变量DFR被设定为DFR＝DFR＋(距离－DF)。在此步骤中，最终的DFR被储存在寄存器并在程序的后续回路中被持续更新。在步骤582之后，程序继续执行图29D的步骤584。在步骤584中，最终的DFR值与0比较。若DFR值没有小于0，则程序执行步骤594。若DFR值小于0，则程序执行步骤586。
在步骤594中，进行DFR值与6的比较，若大于6则程序执行步骤596，而将DF值加1；若“否”，则跳至决定点600。
回到决定点586，比较DFR值是否小于-6，若“否”，则跳至决定点600。若为“是”，则执行步骤590，并将DF值减1，且在步骤592中将DFR值清除成0，并接着执行决定点600。
在决定点600比较DF是否小于0，若为“是”，则回到主回路。若DF等于或大于0，则程序前进到蜂鸣器602及条码604，并将DF值以适当形式显示，例如蜂鸣器的声音大小或频率，和/或是LED的顺序或亮的个数等，并回到主回路500，如图28右下角所示的蜂鸣器步骤526及条码528，但以不同编号表示。所谓回到主回路是表示程序回到步骤506等另一S1中断。
参考图15及16，显示本发明的雷达收发器单元108位于不同的位置。例如，收发器单元108可放置在车辆后方，固定在可调整的框架170，而以适当角度悬吊在保险杠下方。参考图18和图19，该框架170可以调整，故发射光束的角度可以改变，例如图15所示的16°。或者，收发单元可配置在图15所示的倒车灯罩后的倒车灯172。且本发明的收发器最好配置在前和/或后保险杠后方，不但可以保持隐蔽，且可获得保险杠的保护。图15的虚线表示信号传输线及连接器，以便将收发器的信号传给影/音报警装置。同样地，图17显示位于保险杠下方且安装于可调框架170的两组雷达收发器。
图17为另一车辆(拖车)的俯视图，其中两个雷达收发单元174、176配置在拖车后方，且其发射的光束互相涵盖。
参考图18及19，是显示固定雷达收发单元108的最佳框架170。图18显示侧视图，包括框架板178、包括螺母182及螺丝184的转轴180、及收发单元固定板186。如图18所示，发射光束的区域是从发射天线所送出。参考图19，是显示本发明框架170的正视图。
现在说明使用于车辆安全报警系统的多普勒雷达报警系统作为本发明的最佳实施例。该实施例结合以下的两种技术：
(1)一高品质、低成本的公知影像摄影机，以便提供二维图像及即时的影/音画面情况作为图像确认，安全及影像式样辨识。
(2)一灵敏的多普勒雷达，以便计算与汽车、卡车、或其他车辆及物体之间的距离，并提供报警信号，包括声音报警蜂鸣器、多语言警告的声音合成器、及用于距离显示的绿、黄、及红色LED。
报警系统200被显示在图20，并包括一信号处理单元2 02、传感器204、及显示装置206。该传感器204可为一影像摄影机208、数字摄影机210、红外线传感器212、声纳单元214、近程式传感器216、和/或多普勒雷达单元218。多普勒雷达单元218已参考图1至19叙述过。而其他使用在本发明的传感器为公知技术。
信号处理单元202包括接收从传感器传来的信号的信号处理器220，并在电路222将模拟信号转换成数字信号；并在224计算传感器范围内的物体的移动速率及距离，而在电路中的一个或多个显示单元显示。信号处理单元202还包括一收发器226以便发射信号并接收摇控显示装置206的指令。图20的应用中，收发器46为无线传输。而使用于屋内的系统中，数据与控制信号可经由公知的信号线传送，并可使用一般个人电脑的通讯协定(protocol)。
显示器206最好包括一距离显示器228、一影像显示器230、一多语言声音合成器232、一喇叭234、及一远距离显示器236，最好是可视电话。
参考图21，是显示本系统在汽车238上的位置方向概略图。传感器240-260可沿着车辆的外侧配置在不同位置，例如若保险杠不是金属制造，则四个传感器240、242、246、与248可位于汽车238后部附近和后保险杠下方附近。当然，最好混合多种形式的传感器，以便侦测接近车辆的物体的影像、距离及速度等。同样地，多个传感器250、252、254、256、258及260可位于靠近车辆前方的位置，以便获得接近车辆前方的物体的影像、距离及速度等。从不同传感器传来的信号被送到中央处理器或信号处理单元262，处理过的信号被送到显示装置。在图21的实施例中，具有喇叭266与268的声音显示装置264被配置在靠近后窗的位置，以提供有关物体靠近车辆的声音信息。同样地，声音或影像显示装置270及272则配置在车辆仪表板附近。
参考图22，是显示在不同位置配置本发明六个传感器的车辆274。例如，在图22的实施例中，一组传感器278被配置在车辆的中间位置和后部，并最好包括多普勒雷达收发单元及一影像机。该感测单元278具有如图22所示朝着车辆后方的有效区域280。同样地，车辆的左后方包括一具有多普勒雷达收发单元及一影像摄影机的感测单元282，其有效感测区域为284。左前方包括一涵盖区域288的感测单元286；车辆前方包括一涵盖区域292的感测单元290；车辆右前方包括一涵盖区域296的感测单元294；及车辆右后方包括一涵盖区域300的感测单元298。虽然图22所示的感测单元包括多普勒雷达收发单元及一影像摄影机，但亦可使用图20中的传感器的其他形式的组合。
图23显示另一实施例，其中感测单元被配置在汽车的左后、右后、左前、右前位置，且显示停车的环境。在该实施例中，虽在前述位置有四个感测单元，但亦可沿着车辆的侧边配置额外的感测单元，该侧边的传感器可在停车时令其不动作。该车辆302包括位于右后的一组感测单元304，该感测单元304包括一影像传感器及一多普勒雷达收发器，并可提供覆盖区域306。车辆302的左后方包括一第二感测单元308，可提供覆盖区域310。如图23所示，位于车辆302后方的车辆312正位于传感器304的区域306及传感器308的区域310。车辆302的左前方包括一感测单元314，可提供覆盖区域316，及一感测单元318，可提供覆盖区域320。如图23所示，停在车辆302前方的另一车辆322位于区域316与320内。在本发明中，视觉与范围的信息可提供给车辆302的驾驶员，以便辅助驾驶员把车停在路边324旁边和车辆312前边及车辆322后边。例如，可将视觉与范围的信息显示在车辆302的仪表板中间的显示器326上。如图23所示，该显示器可包括一距离显示器328及选择显示器330与332，用来指示驾驶员显示器328所显示的范围是位于前方的车辆的范围或位于后方的车辆的范围，例如，当显示器330亮时，表示显示器328所显示的是车辆302的前方车辆322的距离或范围信息，而当显示器332亮时，表示显示器328所显示的是车辆302的后方车辆312的距离或范围信息。同样地，显示器326可提供两组影像显示器334与336，显示器334显示车辆302后方的影像，即车辆312前方的影像，而显示器336显示车辆322后方的影像。当然可以选择不同形式的显示器，或以自动切换或取样的方式显示不同感测单元的信息，或以手动方式选择。
参考图24，是显示使用本发明的另一实施例。车辆338在其侧边具有四个感测单元。该感测单元可以是车辆仅有的感测单元，或是前后主感测单元之外的辅助感测单元，如前述的其他实施例。车辆的右前方包括一感测单元340，是提供覆盖范围342；车辆的右后方包括一感测单元344，是提供覆盖范围346；车辆的左后方包括一感测单元348，是提供覆盖范围350；车辆的左前方包括一感测单元352，是提供覆盖范围354，如其他实施例，感测单元最好包括一影像感测装置，如影像摄影机或数字摄影机，及如声纳装置或多普勒雷达装置等的距离侦测装置。如图24所示，第二车辆356正朝着车辆338驶近。在该实施例中，可想像到感测单元可提供碰撞的早期报警，并对驾驶员或乘客提供影/音的显示，或者作为例如安全气囊等安全装置的输入信号。例如，可设计DSP软件在接收到并确认车辆338与356将要碰撞时，提供车辆338的安全气囊的启动信号。该碰撞预测功能可提供不同的准则来启动安全气囊，例如结合速度与距离。
参考图25，是显示本发明一实施例的另一应用。车辆358具有四个感测单元，其个别对应的区域分别为360与362；364与366；368与370；及372与374。在该实施例中，一物体376可能为接近车辆的某人。例如，车辆358停在停车场，而车主在餐厅或剧院等较远场所时，若有人太接近车辆时，则本系统可预设启动一远距离可视电话378，最好为数字的。同样地，该可视电话378可随时检查车辆安全。例如，当车辆停在餐厅外面而车主在餐厅内用餐时，该可视电话可随时保持开机状态，而定时显示区域362、366、370与374的影像。如图25所示，传感器360提供有关人376的影像及范围数据给数字处理单元380。该数字处理单元380的输出经由天线382被传送到可视电话378的接收天线384。影像信号可显示在显示器386上，而范围数据可显示在显示器388上，按键390可用于控制系统以便切换另一显示。例如，系统可设定预设置，当接近车辆358的物体的大小、范围或速率超过一最低范围时，则可自动启动可视电话378，而提供车辆可能被碰撞、破坏或入侵等情形的远距离报警。
参考图26，是显示本发明应用于建筑物安全系统的实施例。在该实施例中，一具有窗户394及大门396的建筑物墙壁392配置一提供视野区域400的感测单元398。如同之前实施例所示的感测单元，该感测单元398最好包括两种不同型式的传感器，一个提供影像信息，一个提供范围信息。
参考图27，是显示在建筑物侧边使用三个本发明的感测单元，以便提供较广视野的建筑物安全系统。本实施例的建筑物402包括一围墙404内的区域。第一感测单元406提供区域408的影像及范围信息；感测单元410提供区域412内的物体的影像及范围信息；感测单元414提供区域416内的物体的影像及范围信息。
上述的车辆完全报警系统可直接应用于所需的建筑物安全系统。例如，不同型式的显示装置可配置在建筑物内，或是远离显示装置，例如图25所示的可视电话。同样地，如上述的信号处理单元亦被使用在建筑物的安全系统，且传感器与显示装置的数量与位置可依不同的建筑物及设计而做不同变化。除了以可视电话作为影像显示装置，亦可使用电视和/或个人电脑屏幕。系统控制可通过公知信号协定来提供，或通过电视的摇控器、个人电脑的键盘或鼠标提供。控制与数据信号可以是无线传输，或是经由配置在建筑物的线路传输。
本发明也可用于相对的个人的可视。在这样的用户中，系统可被结合进可携带的装置中，当启动时，将提供范围、速度、和尺寸或结构信息。该应用将采用传统的影像形状识别技术以帮助用户识别在感兴趣的区域内的物体的形状。
以上虽以实施例说明本发明，但并不因此限定本发明的范围，只要不脱离本发明的要旨，该行业者可进行各种变形或变更。共保护范围是由申请专利范围所界定。

Claims (16)

1.一种雷达报警系统，以电脑程序实施，以便检测提供有多普勒移位反射信号的物体的范围信息，该报警系统包括一收发器用以产生从一物体反射的第一多普勒模拟信号及产生从该物体反射的第二多普勒模拟信号，其特征在于，其包括：
一具有存储器的计算装置，用以处理对应于所述第一与第二多普勒模拟信号的相移位的数字信号；
由所述计算装置所执行的应用程序；
包含在所述应用程序的程序，用来提供代表所述收发器与所述物体之间距离的数字信号。
2.根据权利要求1所述的雷达报警系统，其特征在于，其中所述适应用程序还包括一程序，用以将所述数字信号除以具有1至10范围的整数的值。
3.根据权利要求1所述的雷达报警系统，其特征在于，还包括显示器以显示收发器与物体之间的距离。
4.根据权利要求1所述的雷达报警系统，其特征在于，其中所述应用程序还包括一程序，用以侦测在预设区域内的物体而忽略非在预设区域内的物体。
5.根据权利要求1所述的雷达报警系统，其特征在于，还包括：
一第一信号零交越侦测器，用以侦测所述第一模拟信号交越零电压的时机，包括从正电压至负电压及负电压到正电压；及，
一第二信号零交越侦测器，用以侦测所述第二模拟信号交越零电压的时机，包括从正电压至负电压及负电压到正电压。
6.根据权利要求1所述的雷达报警系统，其特征在于，还包括一可变波束宽度的反射器，用以改变所述收发器的发射天线的发射波束的宽度。
7.根据权利要求1所述的雷达报警系统，其特征在于，其适于操作于5.8GHz ISM的频宽内。
8.根据权利要求1所述的雷达报警系统，其特征在于，其中所述应用程序还包括一程序，用以提供一数字信号代表收发器与所述物体的相对速度。
9.根据权利要求1所述的雷达报警系统，其特征在于，其中还包括一影像摄影机，用以取得所述物体的影像。
10、根据权利要求3所述的雷达报警系统，其特征在于，所述显示器包含指示灯信号或声音信号。
11.根据权利要求1所述的雷达报警系统，其特征在于，其中还包括可调整框架，用以安装所述收发器并以至少一角度转动调整该收发器。
12.根据权利要求1所述的雷达报警系统，其特征在于，其中还包括一远距离显示器，用以接收无线传输的信号，该信号代表所述物体与所述收发器之间的距离。
13.根据权利要求1所述的雷达报警系统，其特征在于，将所述收发器装配在所述车辆上而与车辆结合。
14.根据权利要求1所述的雷达报警系统，其特征在于，将所述收发器装配在建筑物上以便发射波束到建筑物预定范围内或附近并接收所述多普勒移位信号而与建筑物结合。
15.一种以电脑计算物体与多普勒雷达收发器的天线之间距离的方法，其特征在于，其包括下列步骤：
由接收天线接收由物体反射的多普勒位移正弦波模拟信号，该信号从负电压变化到正电压且有通过零电压的时机；
计算所述模拟信号通过零电压的时机；
由所述时机计算代表物体与天线之间距离的信号，并提供一原始距离信号。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，还包括从所述原始距离信号去除噪音的步骤，该步骤包含下列步骤：
首先将所述原始距离信号除以具有1至10的整数的值，而提供被除后的原始距离信号；
将原始距离信号减去所述的被除后的原始距离信号而提供减、除后的原始距离信号，并重复该除法及减法步骤而提供去除噪音的距离信号。
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