DE102018122870A1

DE102018122870A1 - Verfahren zur Auswertung eines Radarsignals und System

Info

Publication number: DE102018122870A1
Application number: DE102018122870.8A
Authority: DE
Inventors: Gabriel Kalapos
Original assignee: Vossloh Schwabe Deutschland GmbH
Current assignee: Vossloh Schwabe Deutschland GmbH
Priority date: 2018-09-18
Filing date: 2018-09-18
Publication date: 2020-03-19

Abstract

Es wird ein erfindungsgemäßes Verfahren (100) zur Auswertung eines Radarsignals angegeben, wobei das Verfahren (100) das Ermitteln (103) der Streuung (S) der zeitlichen Veränderung der Amplituden (F₁(j)) von spektralen Beiträgen zu dem Radarsignal und das Auswerten (104) des Radarsignals auf Grundlage der ermittelten Streuung (S) aufweist, und es wird ein erfindungsgemäßes System (10) mit einem Radarsensor (11) und einer Steuerungseinrichtung (14) angegeben, wobei die Steuerungseinrichtung (14) dazu eingerichtet ist, mittels des Radarsensors (11) trotz eines Störsignals aus einer Quelle (30) außerhalb des Systems (10) zu unterscheiden, ob eine Bewegung eines Objekts (P1, P2) in einem Erfassungsbereich (E) des Systems (10) stattgefunden hat oder nicht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Auswertung eines Radarsignals und ein System, welches das Verfahren nutzt.
Aus DE 10 2016 154 466 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Leuchteinrichtung bekannt, welche ein Leuchtmittel aufweist, welchem abhängig von einem Sensorsignal eines Radarsensors elektrische Energie zuführbar ist. Das Verfahren schließt das Abtasten des Sensorsignals und das Ausführen einer diskreten Fouriertransformation des Sensorsignals ein. Es ist angegeben, dass die Transformationsdaten mittels einer Statistikeinheit bearbeitet werden soll, um einen stationären Anteil der Transformationsdaten zu ermitteln.
US 2013/0 229 116 A1 offenbart ein System zur Steuerung einer Straßenbeleuchtungsanlage. Das System weist ein Radargerät auf, welches aus einem empfangenen Radarsignal ein Frequenzspektrum erzeugt, wobei für unterschiedlich aufeinanderfolgende Frequenzbänder unterschiedliche Schwellwerte gesetzt werden können, um die Empfindlichkeit des Systems in den unterschiedlichen Frequenzbändern zu beeinflussen.
DE 10 2012 103 177 A1 offenbart eine Außensensorvorrichtung mit zwei voneinander um einen vorbestimmten Abstand in einem gemeinsamen Gehäuse beabstandeten Paar von HF-Empfangsantennen.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Konzept zur Auswertung eines Radarsignals anzugeben.
Diese Aufgabe wird mit einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Auswertung eines Radarsignals gemäß Anspruch 1 sowie einem erfindungsgemäßen System gemäß Anspruch 11 gelöst.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zur Auswertung eines Radarsignals aus Signalspektren, welche aus einem Radarsignal ermittelt wurden, die Streuung der zeitlichen Veränderung der Amplituden von spektralen Beiträgen zu dem Radarsignal ermittelt. Z.B. kann der Wert der Standardabweichung der zeitlichen Veränderungen der Amplituden von spektralen Beiträgen zu dem Radarsignal ermittelt werden. Auf Grundlage der ermittelten Streuung wird das Radarsignal ausgewertet. Mit einem Bewegungsmelder, welcher basierend auf dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitet, kann beispielsweise unterschieden werden, ob eine Bewegung im Erfassungsbereich des Bewegungsmelders stattgefunden hat oder nicht, und dies trotz Störanteilen in dem Radarsignal, welche auf keine Bewegung eines Objekts zurückzuführen sind (z.B. eines Schaltnetzteils) oder welche auf eine nicht zu erfassende Bewegung eines Objektes zurückzuführen sind (z.B. eines Ventilators). Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann auch bei Störanteilen in dem Radarsignal ermittelt werden, ob eine Bewegung im Erfassungsbereich des Bewegungsmelders stattgefunden hat, wenn die Störquellen nicht vorbekannt waren, so dass keine Einrichtung des Bewegungsmelders auf die Störquelle in der Umgebung des Bewegungsmelders stattfinden konnte. Bei den Signalspektren kann es sich beispielsweise um Frequenzspektren handeln. Die Signalspektren können frequenz- und amplitudendiskret sein. Die Signalspektren können beispielsweise mittels Diskreter Fourier Transformation, insbesondere Fast Fourier Transformation, berechnet werden.
Das vorgeschlagene Verfahren bietet angewendet in einem System, welches beispielsweise ein Bewegungsmelder oder Detektor ist, eine zuverlässige Erkennung der Bewegung eines Objektes im Erfassungsbereich des Bewegungsmelders.
Das Verfahren kann mit einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale weitergebildet werden:
Zum Ermitteln der Streuung (des Ausmaßes der Streuung) der zeitlichen Veränderung der Amplituden von spektralen Beiträgen zu dem Radarsignal kann aus zwei oder mehr Signalspektren ein berechnetes Spektrum ermittelt werden, wobei aus dem berechneten Spektrum die Streuung der zeitlichen Veränderung der Amplituden von spektralen Beiträgen ermittelt wird.
Das Ermitteln der Streuung der zeitlichen Veränderung der Amplituden von spektralen Beiträgen zu dem Radarsignal kann beispielsweise auf einem Vergleich der Amplituden bei wenigstens zwei Frequenzen in wenigstens zwei Signalspektren, ermittelt aus dem Radarsignal, beruhen. Beispielsweise liegt ein Signalspektrum und ein weiteres Signalspektrum, berechnet aus dem Radarsignal für unterschiedliche Zeiten, vor, wobei bei einer Frequenz die Amplitude aus dem ersten Signalspektrum mit der Amplitude bei derselben Frequenz aus dem weiteren Signalspektrum verglichen wird und wobei bei einer anderen Frequenz die Amplitude aus dem ersten Signalspektrum mit der Amplitude bei derselben anderen Frequenz aus dem weiteren Signalspektrum verglichen wird. Der Vergleich kann beispielsweise in dem Bilden einer Differenz auf Grundlage der Amplituden oder dem Bilden eines Verhältnisses beruhen.
Das Ermitteln der Streuung der zeitlichen Veränderung der Amplituden von spektralen Beiträgen zu dem Radarsignal kann beispielsweise auf einer Differenzenbildung oder einer Verhältnisbildung mit Amplituden zweier Signalspektren beruhen, wobei ein Maß für die Streuung der Differenzen oder der Verhältnisse ermittelt wird. Zum Ermitteln der Streuung der zeitlichen Veränderung der Amplituden von spektralen Beiträgen zu dem Radarsignal können beispielsweise bei wenigstens zwei Frequenzen der Signalspektren die Differenzen der Amplituden aus zwei Signalspektren ermittelt werden. Die Streuung der zeitlichen Veränderung kann auf Grundlage der Streuung der Differenzen oder deren Absolutwerten, z.B. um den Mittelwert der Differenzen, ermittelt werden. Alternativ oder zusätzlich kann bei wenigstens zwei Frequenzen der Signalspektren das Verhältnis der Amplituden aus den zwei Signalspektren ermittelt werden. Die Streuung der zeitlichen Veränderung kann auf Grundlage der Streuung der Verhältnisse, z.B. um den Mittelwert der Verhältnisse, ermittelt werden. Beispielsweise kann die Standardabweichung der Differenzen oder der Verhältnisse gebildet werden.
Um die Auswertung des Radarsignals besonders zuverlässig zu machen, fließt in die Auswertung des Radarsginals bevorzugt noch eine weitere Größe ein. Bevorzugt ist die weitere Größe die Verteilung der Werte der Amplituden eines Signalspektrums, ermittelt aus dem Radarsignal, bezüglich einer Schwellwertkurve. Die weitere Größe kann ein Maß für die Gleichförmigkeit sein, mit welcher das Signal auf die Frequenzen des Signalspektrums verteilt ist.
Die Schwellwertkurve wird durch mehrere diskrete Wertepaare, beispielsweise jeweils eine Amplitude bei einer Frequenz, bestimmt.
Die Schwellwertkurve kann beispielsweise auf Grundlage des arithmetischen Mittelwerts von Amplituden des Signalspektrums, insbesondere allen Amplituden des Signalspektrums, ermittelt sein.
Die Schwellwertkurve kann eine Gerade mit Steigung null sein, so dass für die Verteilung die Lage oder Höhe der Amplitude bei jeder Frequenz bezüglich desselben Schwellwerts ermittelt wird. Der konstante Schwellwert kann auf Grundlage des arithmetischen Mittelwertes der Amplituden des Signalspektrums ermittelt sein.
Beispielsweise kann zur Ermittlung der Verteilung ermittelt werden, bei wie vielen Frequenzen die Amplituden größer oder kleiner als der Wert der Schwellwertkurve bei den entsprechenden Frequenzen sind.
Zur Ermittlung der Verteilung der Werte kann ein Verhältnis gebildet werden. In das Verhältnis kann beispielsweise die Anzahl der Frequenzen einfließen, für welche der Wert der Amplitude größer oder gleich eines Schwellwerts, vorgegeben durch die Schwellwertkurve, ist. Zusätzlich kann in das Verhältnis die Anzahl der Frequenzen einfließen, für welche der Wert der Amplitude kleiner als ein Schwellwert ist.
Im Schritt des Auswertens wird auf Grundlage wenigstens der ermittelten Streuung ein Schluss aus dem Radarsignal gezogen. Bevorzugt schließt das Auswerten des Radarsignals bei einem System das Ermitteln ein, ob eine Bewegung im Erfassungsbereich des Systems stattgefunden hat oder ob im Erfassungsbereich des Systems keine Bewegung stattgefunden hat, wobei, wenn erfasst wurde, dass eine Bewegung stattgefunden hat, eine Leuchte betätigt werden kann, insbesondere eingeschaltet werden kann, und/oder wobei, wenn erfasst wurde, dass eine Bewegung stattgefunden hat, ein Alarm betätigt werden kann.
Die Auswertung des Radarsignals kann auf einer Berechnung einer Vergleichszahl, beispielsweise durch Produktbildung, beruhen. In die Berechnung der Vergleichszahl können ein ermittelter Wert des Maßes für die Verteilung bezüglich der Schwellwertkurve und ein ermittelter Wert des Maßes für die Streuung als Faktoren einfließen. Die Vergleichszahl kann mit einem vorgegebenen Schwellwert verglichen werden, um zu ermitteln, ob eine Bewegung in dem Erfassungsbereich des Systems stattgefunden hat, oder ob in dem Erfassungsbereich des Systems keine relevante Bewegung stattgefunden hat. Die Vergleichszahl kann beispielsweise durch Bildung des Produktes des ermittelten Wertes des Maßes für die Verteilung und des ermittelten Wertes des Maßes für die Streuung berechnet werden.
Es wird außerdem ein erfindungsgemäßes System angegeben, welches einen Radarsensor und eine Steuerungseinrichtung zur Auswertung eines von dem Radarsensors empfangenen Radarsignals aufweist. Die Steuerungseinrichtung ist dazu eingerichtet, trotz eines Störsignals aus einer Quelle außerhalb des Systems in dem empfangenen Radarsignal zu unterscheiden, ob eine Bewegung eines Objekts, z.B. einer Person, in einem Erfassungsbereich des Systems stattgefunden hat oder nicht. Das Störsignal kann beispielsweise in das empfangene Radarsignal eingebracht sein, da der Radarsensor das Radarsignal zusammen mit dem Störsignal empfangen hat, und/oder da das Störsignal zwischen Radarsensor und der Steuerungseinheit oder in die Steuerungseinheit in den Weg des empfangenen Radarsignals und damit in das Radarsignal eingebracht, z.B. eingekoppelt, wurde.
Das erfindungsgemäße System kann durch ein oder mehrere hierin beschrieben Merkmale weitergebildet werden:
Die Steuerungseinrichtung kann beispielsweise zum Ausführen der Ausführungsformen des hierin beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet sein.
Die Steuerungseinrichtung kann mit einer Vorrichtung zur Lichtabgabe, welche dazu eingerichtet ist, derart gesteuert zu werden, dass die Vorrichtung Licht abgibt, gekoppelt sein, um die Vorrichtung basierend auf dem Ergebnis der Auswertung des Radarsignals zu steuern.
Weitere Merkmale, Ausführungsformen und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie des erfindungsgemäßen Systems ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie nachfolgender Beschreibung und den Figuren.
Es zeigen:

1 - ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Systems,
2 - das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Systems in einer Umgebung,
3 - ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
4 - ein Beispiel für das Ermitteln eines Maßes für die Verteilung der Werte von Amplituden eines beispielhaften Signalspektrums gemäß der Erfindung,
5 - ein Beispiel eines zeitlichen Ablaufes zur Erfassung eines Radarsignals.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Systems 10 ist in 1 schematisch veranschaulicht, wobei das es sich bei System 10 in dem dargestellten Ausführungsbeispiel um eine Leuchte 10 mit integriertem Radarsensor 11 handelt. Die Merkmale, welche nachfolgend beschrieben werden, können jedoch auch alleine oder in beliebiger Kombination in anderen Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Systems verwendet werden.
Das beispielhafte System 10 weist ein aktiven Radarsensor 11 mit einem Sender 12 zum Aussenden elektromagnetischer Wellen als Primärsignal 20, beispielsweise bei einer Frequenz von 24 GHz, und einem Empfänger 13 zum Empfangen eines Radarsignals als Sekundärsignal 21 auf. In dem erfindungsgemäßen Verfahren, welches beispielhaft im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel des Systems 10 gemäß 1 beschrieben wird, kann beispielsweise ein Primärsignal ausgesendet werden, so dass dies von einem sich möglicherweise in dem Erfassungsbereich bewegenden Objekt P1, P2 reflektiert wird (s. 2), welches Primärsignal eine konstante Frequenz aufweist. Der Radarsensor 11 kann insbesondere basierend auf unmoduliertem Dauerstrichradar arbeiten. Alternativ kann der Radarsender 12 ein frequenzmoduliertes Primärsignal aussenden. Der Radarsensor 11 kann folglich alternativ beispielsweise auf moduliertem Dauerstrichradar beruhen. Das System 10 weist zudem eine Steuerungseinrichtung 14 auf, welche zum Steuern des Senders 12 zur Abgabe des Primärsignals 20 mit dem Sender 12 gekoppelt ist und welche zum Verarbeiten des von dem Empfänger 13 empfangenen Radarsignals 21 mit dem Empfänger 13 gekoppelt ist.
Mit der Steuerungseinrichtung 14 ist vorzugsweise wenigstens eine Vorrichtung 15 gekoppelt, wobei eine Funktion der Vorrichtung mittels der Steuerungseinrichtung auf Grundlage eines von dem Empfänger empfangenen Radarsignals aktivierbar oder deaktivierbar ist. Die Vorrichtung kann, wie in dem dargestellten Ausführungsbeispiel, beispielsweise eine Vorrichtung zur Lichtabgabe mit einer Treibereinheit für die Leuchtelemente 17 der Vorrichtung 15 sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Vorrichtung 15 ein Mittel zur Alarmabgabe, insbesondere zur akustischen Alarmabgabe, sein und eine Treibereinheit 16 für das Mittel zur Alarmabgabe aufweisen. Bei der Funktion kann es sich folglich beispielsweise um eine Lichtabgabe oder um eine Alarmabgabe handeln. Zum Aktivieren oder Deaktivieren der Funktion auf Grundlage des empfangenen Radarsignals ist die Steuerungseinrichtung dazu eingerichtet, das empfangene Radarsignal auszuwerten. Die Steuerungseinrichtung 14 und der Sender 12 sowie der Empfänger 13 bilden folglich einen radarbasierten Bewegungsmelder oder Bewegungsdetektor.
Die Leuchte 10 gemäß in 1 dargestelltem Ausführungsbeispiel weist einen Träger 18a auf, auf welchem der Sender 12 und der Empfänger 13 in einer Senderempfängereinheit, die Steuerungseinrichtung 14, die Treibereinheit 16 und Leuchtelemente 17, hier LEDs, angeordnet sind. Die Leuchte 10 weist einen Deckel 18b auf, welcher zusammen mit dem Träger 10 die auf dem Träger 18a gehaltenen Elemente 11 bis 17 umgibt und mit dem Träger 18a zusammen somit ein Gehäuse 19 bildet. Der Radarsensor ist vorzugsweise dazu eingerichtet, das Primärsignal 20 durch die Gehäusewand, insbesondere den Deckel 18b hindurch nach Außen abzugeben und das Sekundärsignal 21 durch die Gehäusewand, insbesondere den Deckel 18b, hindurch von außerhalb des Gehäuses 19 zu empfangen.
Die von dem Sender 12 ausgesendeten elektromagnetischen Wellen können teilweise an einem Objekt im Erfassungsbereich des Systems 10 reflektiert werden. Dabei kommt es zu einer geschwindigkeitsabhängigen Frequenzverschiebung zwischen dem von dem Sender 12 ausgesendeten Signal sowie dem reflektierten Signal auf Grund des Dopplereffektes. Der Erfassungsbereich des Systems 10 ist der Bereich, in dem eine Anwesenheit oder Bewegung eines Objekts, insbesondere einer Person, mittels des Systems 10 festgestellt werden kann. Bei dem Objekt kann es sich beispielsweise um eine Person handeln, welche im Erfassungsbereich des Systems eine Bewegung ausführt oder den Erfassungsbereich des Systems betritt. Das Radarsignal, welches der Empfänger 13 empfängt, kann einen Teil des reflektierten ausgesendeten Signals enthalten.
Das Radarsignal, welches von der Steuerungseinrichtung 14, zum Auswerten erhalten wird, kann Störeinträge enthalten, welche beispielsweise von elektrischen Leitungen oder Verbrauchern stammen können und welche Störeinträge mit der Netzfrequenz und/oder Vielfachen der Netzfrequenz oder anderen Frequenzen verursachen können. Zusätzlich oder alternativ können eingetragene Störungen beispielsweise ihre Ursache in Schaltnetzteilen haben. Eine andere Art von Störquellen sind Objekte, welche im Erfassungsbereich eine periodische Bewegung ausführen, z.B. fortwährend rotierende Objekte im Erfassungbereich, wie beispielsweise Ventilatoren.
2 zeigt das System 10 gemäß 1 in einer Umgebung, beispielsweise in einem Raum eines Gebäudes 25 oder über einem Bereich in welchem es Bewegungen von sich gehend fortbewegenden Personen P1, P2 detektieren soll. Die Person P1 bewegt sich beispielsweise von dem Ort A1 zu dem Ort A2. Die Person P2 bewegt sich von dem Ort C1 zu dem Ort C2. Das System 10, insbesondere der Sender 12 und der Empfänger 13, können wie in 2 veranschaulicht beispielsweise an der Wand oder der Decke 26 des Raumes 25 befestigt sein. In 2 ist auch eine externe Störquelle 30 dargestellt, wobei unter einer externen Störquelle 30 eine Quelle verstanden wird, welche sich außerhalb des Gehäuses der Leuchte 10 befindet oder welche eine Leuchten- bzw. System-fremdes System oder Einheit ist, also nicht zu der Leuchte 10, bzw. zu dem erfindungsgemäßen System 10, gehört. Die Störquelle 30 kann beispielsweise das Stromnetz mit seiner Netzfrequenz von 50 Hz, schaltende Elektronik, wie etwa ein Schaltnetzteil, oder ein sich kontinuierlich mit gleichbleibender (Winkel-)Geschwindigkeit bewegendes Teil eines Objekts sein, beispielsweise der Rotor eines Ventilators. Solche Bewegungen sowie die Störeinträge anderer Störquellen, insbesondere solche, die bei einer oder mehreren festen Frequenzen auftreten, sollen von der Steuerungseinrichtung 14 ignoriert werden, wenn diese das Radarsignal auf eine Bewegung eines Objektes P1, P2 in dem Erfassungsbereich E des Systems 10 hin auswertet, um trotz Störung auf Grund der Auswertung zu unterscheiden, ob sich ein Objekt P1, P2, wie beispielsweise eine Person, in dem Erfassungsbereich E bewegt hat oder nicht. In 2 ist beispielhaft die Bewegung zweier Personen P1, P2 im Erfassungsbereich E des Radarsensors 11 veranschaulicht.
Das System 10, insbesondere die Steuerungseinrichtung, ist zu diesem Zweck bevorzugt dazu eingerichtet das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen. Ein Ausführungsbeispiel 100 eines erfindungsgemäßen Verfahrens ist anhand eines Ablaufdiagramms in 3 veranschaulicht.
Das beispielsgemäße erfindungsgemäße Verfahren 100 beinhaltet das Bestimmen 101 eines Spektrums eines zeitlichen Abschnitts 1 eines Radarsignals (Messfenster 1), welcher zu einem Zeitpunkt t₁ gehört (s. auch 5). Der Abschnitt 1 des Radarsignals kann beispielsweise durch Aufnahme des von dem Empfänger 13 empfangenen Signals beginnend im Zeitpunkt t₁ für ein Intervall Δt erhalten werden (Schritt 101a). Das Radarsignal weist potentiell einen Signalanteil aufgrund eines sich im Erfassungsbereich E des Radarsensors 11 bewegenden Objekts, insbesondere Lebewesens, auf. Um das Spektrum des Abschnitts 1 zu bestimmen, kann das System 10 dazu eingerichtet sein, das empfangene Signal zunächst zu verstärken, die Frequenz des Signals herabzusetzen und/oder das Signal zu filtern (Schritt 101b), beispielsweise wie dies bei Überlagerungsempfängern erfolgt. Das Herabsetzen der Frequenz des Radarsignals erfolgt beispielsweise durch Mischen des gegebenenfalls verstärkten Radarsignals mit einem Signal eines lokalen Oszillators, wie dies bei Überlagerungsempfängern üblich ist.
Das Spektrum F₁ (s. 4) des Abschnitts 1 des Radarsignals kann bestimmt werden, indem das Radarsignal, z.B. das verstärkte, gemischte und gefilterte Radarsignal, digitalisiert (Schritt 101c) und aus dem digitalisierten Signal eine Diskrete Fourier Transformation, insbesondere Fast Fourier Transformation, berechnet wird (Schritt 101d). Das Radarsignal kann digitalisiert werden, indem es mit Hilfe einer Digitalisierungseinrichtung für analoge Signale (z.B. Analog-Digital-Konverter) abgetastet wird (z.B. mit einer Samplingfrequenz von 640 Hz für 200 ms), um eine zeit- und amplitudendiskrete Radarsignalabtastung mit beispielsweise 128 diskreten Werten (Samples) zu erhalten. Mittels Fouriertransformation wird daraus eine diskrete Anzahl von Amplituden F₁(j) erhalten, wobei j eine Frequenz ist. Ein beispielhaftes frequenz- und amplitudendiskretes Spektrum F₁ (j=0, 1, ...) ist in dem Diagramm in 4 veranschaulicht. Auf der Abszisse ist die Frequenz in Einheiten von 5 Hz angegeben.
Nun wird beispielsgemäß ein Wert eines Maßes für die Verteilung der Werte der Amplituden des Spektrums F₁ bezüglich einer Schwellwertkurve 51 ermittelt (Schritt 102). Die Schwellwertkurve 51 in dem Ausführungsbeispiel ist in dem Diagramm in 4 eingezeichnet. Die Schwellwertkurve 51 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel eine konstante Funktion mit einer Amplitude, die dem arithmetischen Mittel aller Amplituden in dem Spektrum F₁ des Abschnitts 1 des Radarsignals entspricht. Es kann eine andere Schwellwertkurve bestimmt werden, welche ebenso auf dem arithmetischen Mittel basieren kann, oder nach anderen Kriterien bestimmt ist. Für die Ermittlung des Wertes des Maßes wird die Anzahl der diskreten Frequenzen bestimmt, für welche die Amplituden größer oder gleich dem Wert der Schwellwertkurve 51, hier dem Mittelwert, sind. Wie ersichtlich, ist dies in dem Spektrum für sieben Frequenzen der Fall. Insgesamt enthält das Spektrum 64 Frequenzen, so dass 57 diskrete Frequenzen eine Amplitude kleiner als der Mittelwert aufweisen. Als Maß für die Verteilung der Amplituden wird nun das Verhältnis K der Anzahl an Frequenzen mit Amplitude größer oder gleich dem Mittelwert zu der Anzahl an Frequenzen mit Amplitude kleiner als der Mittelwert berechnet, folglich $K = \frac{7}{57} .$
Alternativ zu einem festen Schwellwert für jede Frequenz (einer konstanten Funktion 51 mit Steigung Null) können für unterschiedliche Frequenzen unterschiedliche Schwellwerte vorgegeben werden. Dies entspricht einer nicht-konstanten Kurve, welche eine Funktion der Frequenz ist. Damit können Beiträge unterschiedlicher Frequenzen für die Auswertung unterschiedlich stark gewichtet werden.
Die Berücksichtigung der Verteilung der Amplituden bezüglich einer Schwellwertkurve 51 bzw. bezüglich wenigstens eines Schwellwertes beruht auf der Überlegung, dass sich Beitrage zu dem Radarsignal auf Grund von Störungen eher bei wenigen Frequenzen im Spektrum konzentrieren, während Beiträge zum Radarsignal, welche auf einer sich im Erfassungsbereich bewegenden Objekt, wie einem Lebewesen, insbesondere einer Person P1, sich eher auf mehrere Frequenzen oder ein Frequenzband verteilen.
Um einen Wert eines Maßes für die Streuung der zeitlichen Veränderung der Amplitude von spektralen Beiträgen zu dem Radarsignal zu ermitteln (Schritte 103), wird zusätzlich zu dem ermittelten Signalspektrum F₁ des Abschnitts 1 des Radarsignals noch für mindestens einen weiteren zeitlichen Abschnitt 1-1 (zeitlich vor dem Abschnitt 1) oder 1+1 (zeitlich nach dem Abschnitt 1) des Radarsignals ein Signalspektrum F_1-1 bzw. F₁₊₁ des Radarsignals ermittelt. Der Abschnitt 1-1 oder 1+1 entspricht beispielsweise dem im Zeitintervall Δt beginnend im Zeitpunkt t_1-1 oder t₁₊₁ aufgenommenen Radarsignal. Bevorzugt ist die Länge des Zeitintervalls 1 gleich der Länge des Zeitintervalls 1-1 oder 1+1. Der Abschnitt 1-1 bzw. 1+1 weist vorzugsweise keinen zeitlichen Überlapp mit dem Abschnitt 1 auf. 5 zeigt beispielhaft ein Ablaufschema zur Ermittlung von Abschnitten 1 des Radarsignals. Die dargestellte Kurve soll das analoge Ausgangssignal des Empfängers 13 veranschaulichen. Die Breite der Messfenster (Δt) beträgt beispielsgemäß 200 ms. Es werden also Abschnitte 1-1, 1, 1+1, 1+2, ... des Radarsignals mit einer Längen von beispielsweise jeweils 200 ms bestimmt. Zwischen den Abschnitten kann ein Abstand (Verzögerungsfenster 1-1, 1, 1+1, 1+2, ...) von jeweils beispielsweise 133 ms vorgesehen sein.
Aus den ermittelten Signalspektren F_1-1 , F₁ , F₁₊₁ , F₁₊₂ , der Abschnitte 1-1, 1, 1+1, 1+2 kann die zeitliche Veränderung der Amplitude eines Beitrags zu dem Radarsignal bei einer bestimmten Frequenz j ermittelt werden. Dazu wird beispielsweise die Differenz zwischen der Amplitude F_1-1(j) bei der bestimmten Frequenz j in einem Signalspektrum F_1-1 , welches zu einem Abschnitt 1-1 gehört, und der Amplitude bei derselben Frequenz j in einem Signalspektrum F₁ eines weiteren Abschnitts 1 bestimmt (Schritt 103a), welcher beginnend mit einem anderen Zeitpunkt aufgenommen wurde. Es kann der Absolutwert der Differenz gebildet werden. Es ist auch möglich die Differenz zwischen der Amplitude bei der bestimmten Frequenz aus den Signalspektren von Abschnitten zu ermitteln, für welche das Verhältnis der Amplituden bezüglich der Schwellwertkurve nicht ermittelt wurde, also z.B. für die Abschnitte 1+2 und 1+1. Als Maß für die zeitliche Änderung kann alternativ beispielsweise auch ein Verhältnis basierend auf der Amplitude F_1-1(j) des Signalspektrums F_1-1 bei einer Frequenz j und der Amplitude F₁(j) des weiteren Signalspektrums F₁ bei derselben Frequenz j ermittelt werden.
Um die Streuung S der zeitlichen Änderung spektraler Beiträge zu dem Radarsignal zu bestimmen, wird noch für mindestens eine weitere Frequenz i die Differenz zwischen, oder beispielsweise das Verhältnis, der Amplitude F_1-1(i) bei der Frequenz i in dem Signalspektrum F_1-1 und der Amplitude F₁(i) bei der Frequenz i in dem weiteren Signalspekrum F₁ bestimmt (Schritt 103a). Es kann der Absolutwert der Differenz bestimmt werden. Aus den wenigstens zwei Differenzen, bzw. deren Absolutwerten, kann der Wert eines Maßes für die Streuung S der Differenzen bzw. derer Absolutwerte bestimmt werden (Schritt 103b), beispielsweise die Standardabweichung, die Varianz oder die mittlere quadratische Abweichung vom Mittelwert der Differenzen bzw. deren Absolutwerte.
Es kann insbesondere die Veränderung in der Amplitude des Radarsignals für mehr als zwei Frequenzen ermittelt werden, um ein Veränderungsspektrum zu erhalten. Insbesondere kann die Veränderung für jede Frequenz der Spektren F_1-1 , F₁ ermittelt werden. Beispielsweise wird ein Spektrum Abs(F₁-F_1-1) der Absolutwerte der Amplitudendifferenzen ermittelt (Schritt 103a) und daraus der Wert eines Maßes für die Streuung S der Absolutwerte bestimmt (Schritt 103b), beispielsweise die mittlere quadratische Abweichung, die Standardabweichung oder die Varianz. Durch frequenzabhängige Wichtung von Beiträgen der Differenzen bzw. absoluten Differenzen der Amplituden können unterschiedliche Frequenzen unterschiedlich gewichtet werden. Beispielsweise kann die Quadratwurzel aus einer gewichteten mittleren quadratischen Abweichung vom Mittelwert als Maß für die Streuung S berechnet werden.
Es können noch weitere Differenzspektren aus aufeinander folgenden Abschnitten des Radarsignals ermittelt werden. Aus den Differenzspektren kann je ein Wert eines Maßes für die Streuung S der zeitlichen Veränderung der Amplituden bestimmt werden, um ein arithmetisches Mittel der ermittelten Streuungen S zu bestimmen (Schritt 103c). Die Vorschrift zur Bestimmung des Maßes der Streuung S ist für jedes ermittelte Differenzspektrum vorzugsweise gleich, beispielsweise gewichtete oder ungewichtete mittlere quadratische Abweichung vom Mittelwert, Standardabweichung, Varianz, oder dgl..
Die Berücksichtigung der Streuung S der zeitlichen Veränderung der Amplituden der Frequenzanteile im Radarsignal beruht auf der Überlegung, dass Beiträge zum Radarsignal, welche auf externen Störquellen beruhen, welche Signale bei festen Frequenzen mit konstanter Amplitude abgeben, zu einer eher geringen Streuung S des Ausmaßes der zeitlichen Veränderung der Amplituden der verschiedenen Frequenzanteile führen, während Beiträge auf Grund von sich im Erfassungsbereich mit einer Geschwindigkeit bewegenden Personen, auf welche das System empfindlich ist, zu einer eher großen Streuung S des Ausmaßes der zeitlichen Veränderung der Amplituden der verschiedenen Frequenzanteile führen.
Auf Grundlage des oder der ermittelten Werte des Maßes für die Streuung S der zeitlichen Veränderung, wird sodann das Radarsignal daraufhin ausgewertet (Schritt 104), ob eine relevante Bewegung, beispielsweise einer Person P1, P2, in dem Erfassungsbereich E des Systems 10 stattgefunden hat und sich diese als Signal in der Abtastung des Radarsignals niedergeschlagen hat.
Dazu wird beispielsweise der Wert für das Maß der Streuung S der zeitlichen Veränderung oder ein arithmetischer Mittelwert der ermittelten Werte der Streuung der Amplitudendifferenzen, insbesondere deren Absolutwerte, für die mehreren ermittelten Differenzspektren mit dem Faktor K multipliziert (Schritt 104a), der in Schritt 102 bestimmt wurde. Das daraus erhaltene Produkt wird mit einem Schwellwert verglichen (Schritt 104b). Beispielsgemäß wird ermittelt, ob das Produkt größer ist als ein Schwellwert, wobei, wenn das Produkt größer ist als ein Schwellwert oder gleich, dies als eine relevante Bewegung eines Objekts P1, P2 im Erfassungsbereich E des Systems 10 erkannt wird und wobei, wenn das Produkt kleiner ist als ein Schwellwert, als Auswerteergebnis erhalten wird, dass keine relevante Bewegung eines Objekts P1, P2 in dem Erfassungsbereich E des Systems 10 erkannt wurde. Alternativ kann beispielsweise sowohl der (Mittel-)wert des Maßes für die Streuung S der zeitlichen Veränderung, ermittelt in den Schritten 103, als auch der Faktors K, ermittelt in Schritt 102, mit je mindestens einem Schwellwert verglichen werden, um aus den Vergleichen des Wertes des Maßes für die Streuung S mit dem Schwellwert und des Wertes des Verhältnisses K mit dem Schwellwert, zu bestimmen, ob eine relevante Bewegung stattgefunden hat oder nicht. Das System kann unterscheiden, ob eine relevante Bewegung im Erfassungsbereich stattgefunden hat oder nicht, auch wenn in dem empfangenen Radarsignal große Störanteile von externen Störquellen vorhanden sind, deren Frequenz und Amplitude nicht vorbekannt ist.
Es wird ein erfindungsgemäßes Verfahren 100 zur Auswertung eines Radarsignals angegeben, wobei das Verfahren 100 das Ermitteln 103 der Streuung S der zeitlichen Veränderung der Amplituden F₁(j),... von spektralen Beiträgen zu dem Radarsignal und das Auswerten 104 des Radarsignals auf Grundlage der ermittelten Streuung S aufweist, und es wird ein erfindungsgemäßes System 10 mit einem Radarsensor 11 und einer Steuerungseinrichtung 14 angegeben, wobei die Steuerungseinrichtung 14 dazu eingerichtet ist, mittels des Radarsensors 11 trotz eines Störsignals aus einer Quelle 30 außerhalb des Systems 10 zu unterscheiden, ob eine Bewegung eines Objekts P1, P2 in einem Erfassungsbereich E des Systems 10 stattgefunden hat oder nicht.
Bezugszeichenliste

10: System/Leuchte
11: Radarsensor
12: Sender
13: Empfänger
14: Steuerungseinrichtung
15: Vorrichtung zur Lichtabgabe
16: Treibereinheit
17: Leuchtelement
18a: Träger
18b: Deckel
19: Gehäuse
20: Primärsignal
21: Sekundärsignal/Radarsignal
25: Raum
26: Decke
30: externe Störquelle
51: Schwellwertkurve
100: Verfahren
101: Bestimmen 101 eines Spektrums eines zeitlichen Abschnitts 1 eines Radarsignals
101a: Empfangen eines Radarsignals
101b: Filtern, Herabsetzen der Frequenz und Verstärken des empfangenen Radarsignals
101c: Digitalisieren des Radarsignals
101d: Anwenden der diskreten Fouriertransformation auf das Radarsignal
102: Ermitteln eines Maßes für die Verteilung der Werte der Amplituden des Spektrums bezüglich einer Schwellwertkurve
103: Ermitteln eines Maßes für die zeitliche Veränderung von Amplituden
103a: Bestimmen eines Spektrums der Absolutwerte der Amplitudendifferenzen
103b: Ermitteln eines Wertes eines Maßes für die Streuung der Absolutwerte
103c: Bilden eines Mittelwertes von ermittelten Streuungen
104: Auswerten des Radarsignals
104a: Berechnen eines Wertes auf Grundlage der Ermittelten Verteilung und der ermittelten Streuung
104b: Vergleichen des Wertes berechnet in Schritt 104a mit einem Schwellwert
K: Maß für die Verteilung von Amplituden bezüglich einer Schwellwertkurve
S: Maß für die Streuung
1-1, 1, 1+1, 1+2: Abschnitte
F₁: Spektrum des Abschnitts 1 des Radarsignals
F₁(j): Amplitude des Spektrums F₁ bei der Frequenz j
E: Erfassungsbereich
P1, P2: Personen
A1, A2: Orte
C1, C2: Orte

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102016154466 A1 [0002]
US 2013/0229116 A1 [0003]
DE 102012103177 A1 [0004]

Claims

Verfahren (100) zur Auswertung eines Radarsignals, wobei das Verfahren (100) aufweist: - Ermitteln (103) der Streuung (S) der zeitlichen Veränderung der Amplituden (F₁(j)) von spektralen Beiträgen zu dem Radarsignal, - Auswerten (104) des Radarsignals auf Grundlage der ermittelten Streuung (S).
Verfahren (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Ermitteln (103) der Streuung (S) der zeitlichen Veränderung der Amplituden (F_1-1 (j), F₁(j), F_1-1(i), F₁(i)) von spektralen Beiträgen zu dem Radarsignal auf einem Vergleich der Amplituden (F_1-1(j), F₁(j), F_1-1(i), F₁(i)) bei wenigstens zwei Frequenzen (j,i) in wenigstens zwei Signalspektren (F_1-1, F₁), ermittelt aus dem Radarsignal, beruht.
Verfahren (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, aufweisend: Ermitteln (102) der Verteilung (K) der Werte der Amplituden (F₁(j), F₁(i)) eines Signalspektrums (F₁), ermittelt aus dem Radarsignal, bezüglich einer Schwellwertkurve (51) und Auswerten des Radarsignals auf Grundlage der ermittelten Streuung (S) und der ermittelten Verteilung (K).
Verfahren (100) nach Anspruch 3, wobei die Verteilung (K) der Amplituden (F₁(j), F₁(i)) des Signalspektrums (F₁) bezüglich einer Schwellwertkurve (51) ermittelt wird, welche auf dem arithmetischen Mittelwert der Amplituden (F₁(j), F₁(i)) des Signalspektrums (F₁) basiert.
Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 3 bis 4, wobei die Ermittlung der Verteilung (K) auf einer Ermittlung beruht, bei wie vielen Frequenzen die Amplitude größer als die Werte der Schwellwertkurve bei den entsprechenden Frequenzen ist oder gleich groß und/oder bei wie vielen Frequenzen die Amplitude kleiner als die Werte der Schwellwertkurve bei den entsprechenden Frequenzen ist.
Verfahren (100) nach Anspruch 5, wobei zur Ermittlung der Verteilung das Verhältnis (K) der Anzahl der Frequenzen, für welche die Amplitude größer oder gleich dem Wert der Schwellwertkurve (51) bei den entsprechenden Frequenzen ist, und der Anzahl der Frequenzen, für welche die Amplitude kleiner als der Wert der Schwellwertkurve bei den entsprechenden Frequenzen ist, ermittelt wird.
Verfahren (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche 3 bis 6, wobei die Amplitude der Schwellwertkurve (51) unabhängig von der Frequenz ist.
Verfahren (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Verfahren mit einem System (10) zum Erfassen von Bewegungen verwendet wird, wobei das Auswerten (104) des Radarsignals einschließt: Ermitteln, ob eine Bewegung im Erfassungsbereich (E) des Systems (10) stattgefunden hat oder ob im Erfassungsbereich (E) des Systems (10) keine Bewegung stattgefunden hat.
Verfahren (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, welches bei einem System (10) angewendet wird, wobei auf Grundlage der ermittelten Verteilung und der ermittelten Streuung (S) eine Vergleichszahl berechnet wird, wobei die Vergleichszahl mit einem vorgegebenen Schwellwert verglichen wird, um zu Ermitteln, ob eine Bewegung in dem Erfassungsbereich (E) des Systems (10) stattgefunden hat oder ob keine Bewegung in dem Erfassungsbereich (E) des Systems (10) stattgefunden hat.
Verfahren (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, welches das Steuern einer Leuchte (10) und/oder das Steuern einer Alarmabgabe auf Grund der Auswertung des Radarsignals aufweist.
System (10) mit einem Radarsensor (11) und einer Steuerungseinrichtung (14), wobei die Steuerungseinrichtung (14) dazu eingerichtet ist, mittels des Radarsensors (11) trotz eines Störsignals aus einer Quelle (30) außerhalb des Systems (10) zu unterscheiden, ob eine Bewegung eines Objekts (P1, P2) in einem Erfassungsbereich (E) des Systems (10) stattgefunden hat oder nicht.
System (10) nach Anspruch 11, wobei die Steuerungseinrichtung (14) zum Ausführen eines Verfahrens (100) gemäß eines der Ansprüche 1 bis 10 eingerichtet ist.
System (10) nach Anspruch 11 oder 12, wobei die Steuerungseinrichtung (14) mit einer Vorrichtung zur Lichtabgabe (15) gekoppelt ist, um die Vorrichtung zur Lichtabgabe (15) basierend auf der Auswertung des Radarsignals zu steuern.