TW202009649A - 使用相干多觀點雷達處理之偵測使用者手勢之基於智慧型手機的雷達系統 - Google Patents

使用相干多觀點雷達處理之偵測使用者手勢之基於智慧型手機的雷達系統 Download PDF

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Abstract

本發明描述實施一基於智慧型手機的雷達系統之技術及設備，該雷達系統能夠使用相干多觀點雷達處理來偵測使用者手勢。不同方法使用一多觀點干涉儀或一多觀點波束成形器，以根據在時間、距離或都卜勒頻率上橫跨一或多個維度之一視窗而跨越兩個或更多個接收通道相干地平均化一分佈式目標之多個觀點。藉由相干地平均化該多個觀點，一雷達系統產生具有更高增益及更少雜訊之雷達資料。此使得該雷達系統能夠達成更高準確性且實施於多種不同裝置內。有了此等準確性，該雷達系統可支援多種不同應用，包括手勢辨識或存在偵測。

Description

使用相干多觀點雷達處理之偵測使用者手勢之基於智慧型手機的雷達系統
雷達係可偵測且追蹤目標之有用裝置。儘管雷達係在軍事及空中交通控制操作中使用之常用工具，但技術進步正使得有可能在商業裝置中整合雷達。在許多狀況下，雷達可替換大體積且昂貴的感測器，諸如相機，且在存在諸如低照明及霧天之不同環境條件的情況下或藉由移動或重疊目標來提供改良之效能。儘管使用雷達可能係有利的，但存在與在商業裝置中整合雷達相關聯之許多挑戰。
一個此問題涉及小型消費者裝置會強加於雷達之設計或操作的限制。舉例而言，為了滿足大小或佈局約束，可使用更少天線元件及各種天線元件間隔。其他約束可限制雷達信號之頻寬、傳輸功率、更新速率等等。因此，雷達之設計會降低信雜比效能，這樣會使得一些應用難以達到足夠的準確性。因而，會顯著地降低整合於消費者裝置內之雷達的有效操作及能力，此或限制雷達可支援之應用的類型或其內部可實施雷達之消費者裝置的類型。
本發明描述實施一基於智慧型手機的雷達系統之技術及設備，該雷達系統能夠使用相干多觀點雷達處理來偵測使用者手勢。該等所描述技術使得一雷達系統能夠使用相干多觀點雷達處理來偵測一分佈式目標。該雷達系統使用相干平均化以獲得該分佈式目標之雷達特徵的一統計估計。根據橫跨一或多個維度(例如，時間、距離或都卜勒頻率)之一視窗，跨越兩個或更多個接收通道相干地平均化多個觀點(例如，樣本或胞元)。不同方法包括一多觀點干涉儀或一多觀點波束成形器，其分別基於該相干平均化而執行干涉量測或波束成形操作以產生位置資料。使用相干平均化，平均化產生於一分佈式目標之多個相位中心的變化，此舉提高該位置資料之一信雜比。在一更高信雜比之情況下，該雷達系統可實現目標準確性以支援多種不同應用，包括手勢辨識或存在偵測，不論可能存在任何硬件限制。可調整該等相干多觀點雷達處理技術以支援具有不同運算能力或功率約束之多種裝置。
下文所描述之態樣包括一種包含一雷達系統及一基於雷達之應用程式的智慧型手機。該雷達系統包括一天線陣列、一收發器、一相干多觀點模組及一位置估計模組。該天線陣列包括至少兩個接收天線元件，該至少兩個接收天線元件經組態以接收由一目標反射的一雷達信號。該收發器包括分別耦接至該至少兩個接收天線元件之至少兩個接收通道。該收發器經組態以經由該至少兩個接收通道處理該經反射雷達信號，來產生與該至少兩個接收通道中之每一者相關聯的複雜雷達資料。該複雜雷達資料包含多個樣本。該相干多觀點模組經組態以使用一視窗來跨越該至少兩個接收通道相干地平均化該複雜雷達資料內之該多個樣本。基於該相干平均化，該相干多觀點模組經組態以產生位置資料。該位置估計模組經組態以基於該位置資料而判定與該手勢相關聯之位置。該基於雷達之應用程式經組態以基於由該位置估計模組判定之該位置而辨識由該目標執行之該手勢。
下文所描述之態樣亦包括一種電腦可讀儲存媒體，其包含回應於一處理器之執行而實施一相干多觀點模組及一位置估計模組之電腦可執行指令。該相干多觀點模組經組態以接受包含多個樣本之複雜雷達資料。該複雜雷達資料與至少兩個接收通道相關聯且基於由一目標反射之一雷達信號。該相干多觀點模組係經組態以使用一視窗來跨越該至少兩個接收通道相干地平均化該複雜雷達資料內之該多個樣本。基於該相干平均化，該相干多觀點模組經組態以產生位置資料。該位置估計模組經組態以基於該位置資料而判定該目標之一位置。
下文所描述之態樣亦包括一種使用相干多觀點雷達處理來偵測一分佈式目標的方法。該方法包括使用一天線陣列中之至少兩個接收天線元件來接收由一目標反射之一雷達信號。該方法亦包括使用至少兩個接收通道來處理該經反射雷達信號以產生與該至少兩個接收通道中之每一者相關聯的複雜雷達資料。該複雜雷達資料包含多個樣本。使用一視窗，該方法包括跨越該至少兩個接收通道相干地平均化該複雜雷達資料內之該多個樣本。該方法另外包括基於該相干平均化而產生位置資料。基於該位置資料，該方法包括判定該目標之一位置。
下文所描述之態樣亦包括一種系統，其具有用於基於一視窗而跨越至少兩個接收通道相干地平均化複雜雷達資料之多個樣本以產生位置資料的構件。
綜述
達成目標準確性對於許多雷達功能係重要的，包括執行手勢辨識、偵測小型目標、在距離處偵測目標、追蹤快速運動、區分多個目標等等。許多設計因素會影響可由雷達系統實現之準確度。舉例而言，藉由增大傳輸功率或使用經設計以減少雜訊之昂貴硬體，一些方法可提高接收到之信號的信雜比。其他雷達系統可利用更高之更新速率，產生寬頻寬雷達信號，使用額外天線元件，或具有最佳天線元件間距，其分別在時間及都卜勒頻率維度、距離維度或角維度上增強解析度。在更高信雜比效能或增強之解析度的情況下，可提高所實現準確性。除非由本文中之特定內容背景另外規定，否則提高之準確性指代提高之精化程度、提高之事實一致性、或提高之精化程度及提高之事實一致性兩者。
然而，在消費者裝置內整合雷達系統會使實施此等技術具有挑戰性。舉例而言，消費者裝置可能具有有限量之可用功率。因而，雷達系統或許不能夠增加傳輸功率或利用更高更新速率。在一些狀況下，消費者裝置之大小或佈局約束會限制天線元件之量或產生次佳天線元件間距，此會降低角解析度。其他硬體限制或頻率限制會使得雷達系統產生窄頻寬雷達信號而非寬頻寬雷達信號。在此等限制之情況下，對於一些雷達而言，達成目標準確性可能具有挑戰性。
對於偵測分佈式目標，此等目標準確性實現起來亦可具有挑戰性，該等分佈式目標具有非決定性雷達特徵。分佈式目標之實例類型包括人體部位(例如，手指、手、面部或附肢)或人體。自雷達之視角，分佈式目標具有多個相位中心(例如，散射點)，此使得分佈式目標之雷達特徵跨越不同觀測角變化。當觀測分佈式目標時，觀測角可歸因於分佈式目標或雷達之運動而改變。當觀測角改變時，雷達特徵之振幅或相位會變化，此增加使用適合於非分佈式目標(例如，具有決定性雷達特徵之目標)之雷達處理技術產生之位置資料中的錯誤或不判定性。
本文描述用於實施能夠使用相干多觀點雷達處理來偵測使用者手勢之基於智慧型手機之雷達系統的技術及裝置。所描述技術使得雷達系統能夠使用相干多觀點雷達處理來偵測分佈式目標。該雷達系統使用相干平均化以獲得分佈式目標之雷達特徵的統計估計。根據橫跨一或多個維度(例如，時間、距離或都卜勒頻率)之視窗，跨越兩個或更多個接收通道相干地平均化多個觀點(例如，樣本或胞元)。不同方法包括多觀點干涉儀或多觀點波束成形器，其分別基於相干平均化而執行干涉量測或波束成形操作以產生位置資料。使用相干平均化，平均化產生於分佈式目標之多個相位中心的變化，此舉改良位置資料之信雜比。在更高信雜比之情況下，該雷達系統可實現目標準確性以支援多種不同應用，包括手勢辨識或存在偵測，不論可能存在任何硬件限制。可調整相干多觀點雷達處理技術以支援具有不同運算能力或功率約束之多種裝置。本文現轉而參看實例環境、其後描述實例設備、實例方法及實例計算系統。實例環境
圖1係實例環境之圖示，其中可實施使用能夠使用相干多觀點雷達處理來偵測使用者手勢之基於智慧型手機的雷達系統的技術及包括該雷達系統之設備。在所描繪環境100-1、100-2及100-3中，雷達系統102嵌入於智慧型手機104內。雷達系統102之一些實施例如在諸如智慧型手機104之智慧型手機的內容背景中應用而尤其有利，對於此存在一系列問題，諸如對低功率之需求、對處理效率之需求、天線元件之間距及佈局的限制、及其他問題，且該等實施例在需要精密手勢之雷達偵測之智慧型手機的特定內容背景中甚至進一步有利。儘管該等實施例在需要精密雷達偵測之手勢之智慧型手機的所描述內容背景中尤其有利，但應瞭解，本發明之特徵及優點之適用性不必如此受限，且涉及其他類型之電子裝置的其他實施例亦可處於本發明教示之範疇內。儘管智慧型手機104展示為智慧型手機，但智慧型手機104可實施為任何適合之計算或電子裝置，如關於圖3更詳細地描述。雷達系統102可經組態以追蹤使用者之無觸摸控制的手勢，偵測一或多個使用者之存在，針對特定應用而追蹤智慧型手機104周圍之一或多個使用者等等。
舉例而言，智慧型手機104之例示性總體橫向尺寸可係大致八公分乘大致十五公分。雷達系統102之例示性覆蓋區可能甚至更有限，諸如包括大致四公釐乘大致六公釐。雷達系統102之例示性功耗可係約幾毫瓦至數毫瓦(例如，大致兩個毫瓦與二十毫瓦之間)。雷達系統102之此有限覆蓋面積的要求會損害雷達手勢偵測之準確性及效能，可鑒於本文中之教示而一定程度上克服該等損害，需要此要求以適應此空間有限封裝(例如，相機、指紋感測器、顯示器等等)之智慧型手機104的許多其他合乎需要特徵以及功率及處理限制。
在環境100-1、100-2及100-3中，使用者作出橫越多個觀測角之不同手勢。一般來說，觀測角係關於雷達系統102「看見」目標(例如，使用者的手)所沿之視線的入射角。若目標之速度向量的定向被視為標識觀測角，則觀測角亦可被視為視界角。在環境100-1中，使用者藉由沿著水平維度在智慧型手機104上方移動手(例如，自智慧型手機104之左側移動至智慧型手機104之右側)來作出滾動手勢。當使用者的手臂圍繞肘部旋轉時，使用者在環境100-2中作出揮動手勢。在環境100-3中，使用者藉由沿著豎直維度在智慧型手機104上方移動手(例如，自智慧型手機104之底側移動至智慧型手機104之頂側)來作出推動手勢。亦可作出其他類型之手勢或運動。舉例而言，使用者可藉由朝向智慧型手機104移動手來作出伸手手勢。作為另一實例，可藉由翹曲手指以握持假想的門把手來作出把手轉動手勢。手指及手以順時針或逆時針方式旋轉以模仿轉動假想門把手之動作。可藉由將拇指與至少一個其他手指摩擦在一起來執行另一實例心軸扭轉手勢。此等實例手勢類型中之每一者可由雷達系統102偵測到。在偵測到此等手勢中之每一者之後，智慧型手機104可即刻執行動作，諸如顯示新內容，移動游標，啟動一或多個感測器，打開應用程式等等。以此方式，雷達系統102提供智慧型手機104之無觸摸控制。然而，因為手係分佈式目標，所以獲得準確量測以標識手勢對於一些雷達處理技術而言可能具有挑戰性。然而，使用相干多觀點雷達處理，雷達系統102可甚至在可能存在許多設計限制或硬體約束之情況下更佳地辨識手勢。關於圖2進一步描述分佈式目標之特性。
圖2-1說明不同觀測角下之實例分佈式目標。在此實例中，分佈式目標展示為圖1之環境100-1內之使用者的手202。因為手202係分佈式目標，所以其具有多個相位中心204，該等相位中心之數量及各別位置可在不同觀測角下變化。相位中心204將雷達信號之一部分反射(例如，將所傳輸雷達信號之一部分反射)朝向雷達系統102。歸因於相位中心204中之每一者處之手202的反射率特性差，雷達信號之經反射部分可具有不同相位或振幅。相位中心204與雷達系統102中之每一者之間亦會存在相對路徑長度差。此等差使得經反射部分相長地或相消地彼此干擾。此等經反射部分之所得疊加或組合產生由雷達系統102觀測到之經反射雷達信號214。
在第一時間，手202在第一觀測角206-1下朝向智慧型手機104之左側定位。如在圖2-1之左側上在208-1處所展示，手202在第一觀測角206-1下具有六個相位中心204。此等相位中心204反射雷達信號之部，分且具有如由向量圖212-1中之虛線向量表示的各別振幅及相位。此等經反射信號之所得疊加或組合產生經反射雷達信號214-1，該雷達信號具有由向量圖212-1中之實線向量表示的振幅及相位。
當使用者執行自左至右滾動手勢時，在手202定位於智慧型手機104上方之情況下，在另一時間發生第二觀測角206-2。在圖2-1之右側上在208-2處，手202在觀測角206-2下具有五個相位中心204。在此狀況下，相對於208-1處所展示之相位中心204，在手202上之不同位置處出現相位中心204。雷達信號之由相位中心204反射之經反射部分之間的相長或相消干涉產生經反射雷達信號214-2，該雷達信號展示於向量圖212-2中。經反射雷達信號214-2相比於經反射雷達信號214-1具有更大振幅及不同相位。以此方式，分佈式目標之如由經反射雷達信號214-1及214-2表示的特徵在不同觀測角206下變化。亦稱為斑點之此變化會使得一些雷達處理技術產生會降低雷達之準確性效能的有雜訊量測，如關於圖2-2進一步描述。
圖2-2說明圖2-1之觀測角206-1及206-2下之分佈式目標的實例複雜雷達資料216。為簡單起見，針對觀測角206-1及206-2展示之複雜雷達資料216與單個接收通道相關聯。複雜雷達資料216包含多個胞元218，其各自含有與圖2-2之經反射雷達信號214相關聯之樣本220 (例如，同相及正交資料)。胞元218可與不同間隔時間、距離或都卜勒相關聯。間隔之大小表示雷達系統102沿著對應維度之解析度。間隔之類型特徵化複雜雷達資料216之狀態空間。大體而言，各樣本220表示由雷達系統102針對給定狀態空間進行之單個「觀點」或觀測。在複雜雷達資料216內，以不同灰度級表示樣本220之振幅，更暗之灰度級相對於更亮灰度級表示更高振幅。在所描繪組態中，圖2-2之手202的一部分由梯形表示，且來自手202之反射影響至少兩個胞元218-1及218-2。
在圖2-2之左側上，單元218-1與218-2內之樣本220的振幅不同，胞元218-1相對於胞元218-2具有更大振幅(如由不同灰度級展示)。可能歸因於在胞元218-1與218-2內之經散射信號222之間發生的相長或相消干涉之差而產生此差。經散射信號222表示雷達信號之由相位中心204反射的不同部分。因為手202係分佈式目標，所以此等胞元218內之振幅可能針對不同觀測角而改變。舉例而言，在觀測角206-2下，胞元218-1相對於胞元218-2具有更小振幅。
一些決定性雷達處理技術基於具有最高振幅之胞元218而判定手202之位置。此等技術可對於諸如角反射器之非分佈式目標係準確的，該目標具有不會在不同觀測角下顯著地變化之單個相位中心204。為了進一步解釋產生於將決定性雷達處理技術應用於分佈式目標之挑戰，假定圖2-2中之手202在觀測角206-1及206-2兩者下離雷達系統102處於同一距離，且胞元218-1及218-2內之樣本220與涵蓋手202之不同距離間隔相關聯。使用決定性技術，在手202處於觀測角206-1下時相對於胞元218-1判定至手202之距離，此係因為胞元218-1具有複雜雷達資料216內之最高振幅。然而，當手202處於觀測角206-2下時，相對於胞元218-2判定距離。因為此等胞元218-1與218-2表示不同距離間隔，所以觀測到至手202之距離變化，此引起有雜訊位置量測、速度或距離變率量測、雷達橫截面量測等等。此波動或雜訊會進一步影響預測或追蹤技術。因此，對於使用決定性技術之雷達，準確地觀測小或快速目標，執行手勢辨識，存在偵測，或提供防撞可具有挑戰性。
相比之下，本文中所描述之技術分析目標之多個「觀點」以減少雜訊及提高量測準確性(例如，位置、速度、距離變率、雷達橫截面等等)。在此內容背景中，術語「觀點」指代可與特定時間間隔、距離間隔或都卜勒頻率相關聯的複雜樣本(例如，複雜雷達資料216之胞元218內的樣本)。使用視窗，所描述技術跨越多個接收通道相干地平均化複雜雷達資料216內之多個胞元218，諸如胞元218-1及218-2。因為分佈式目標之不同樣本220具有一些類似性或以某一方式彼此相關，所以使用相干平均化會增加增益且減弱與分佈式目標相關聯之雷達資料的雜訊。更高增益使得雷達資料(例如，位置資料)相比於在未使用相干平均化之情況下產生之其他雷達資料具有更高信雜比。因而，雷達系統102可達成更高準確性，且補償使得雷達系統102能夠實施於智慧型手機104內之任何設計或硬體限制。關於圖3進一步描述實例計算裝置。
圖3說明雷達系統102作為之智慧型手機104部分。雷達系統102可替代地實施任何適合之計算裝置或電子裝置於內，諸如桌上型電腦104-1、平板電腦104-2、膝上型電腦104-3、電話104-4、計算手錶104-5、計算眼鏡104-6、遊戲系統104-7、微波104-8及車輛104-9。亦可使用其他裝置，諸如電視、遙控飛機、軌跡板、繪圖板、迷你筆記型電腦、電子閱讀器、家用自動化及控制系統及其他家用電氣設備。應注意，裝置可係可佩戴式、非可佩戴式但行動或相對固定的(例如，桌上型及電氣設備)。雷達系統102可用作單獨雷達系統，或與許多不同計算裝置或周邊裝置一起使用或嵌入於該等裝置內，諸如用於控制家用電氣設備及系統之控制面板中、用於汽車中以控制內部功能(例如，體積、巡航控制或甚至驅動汽車)、或用作至膝上型電腦之附接件以控制膝上型電腦上之計算應用程式。
智慧型手機104包括一或多個電腦處理器302及電腦可讀媒體304，該媒體包括記憶體媒體及儲存媒體。實施為電腦可讀媒體304上之電腦可讀指令的應用程式及/或作業系統(未展示)可由電腦處理器302執行以提供本文中所描述之功能性中的一些。電腦可讀媒體304亦包括基於雷達之應用程式306，其使用由雷達系統102產生之雷達資料以執行功能，諸如基於手勢之控制、存在偵測、或用於自動駕駛之防撞。
智慧型手機104亦可包括用於經由有線、無線或光學網路傳達資料之網路介面308。舉例而言，網路介面308可經由區域網路(LAN)、無線區域網路(WLAN)、個人區域網路(PAN)、有線區域網路(WAN)、企業內部網路、網際網路、同級間網路、點對點網路、網狀網路等傳達資料。智慧型手機104亦可包括顯示器(未展示)。
雷達系統102包括通信介面310以向遠程裝置傳輸雷達資料，但當雷達系統102整合於智慧型手機104內時，無需使用此通信介面。大體而言，由通信介面310提供之雷達資料呈可由基於雷達之應用程式306使用的格式。
雷達系統102亦包括至少一個天線陣列312及至少一個收發器314以傳輸及接收雷達信號。天線陣列312包括至少一個傳輸天線元件(未展示)及至少兩個接收天線元件(如圖4中所展示)。在一些狀況下，天線陣列312可包括多個傳輸天線元件以實施多入多出(MIMO)雷達，該MIMO雷達能夠在給定時間傳輸多個相異波形(例如，每個傳輸天線元件傳輸不同波形)。使用多個波形可提高雷達系統102之量測準確性。接收天線元件可針對包括三個或更多個接收天線元件之實施方案而以一維形狀(例如，線)或二維形狀定位。一維形狀使得雷達系統102能夠量測一個角維度(例如，方位角或仰角)，而二維形狀使得能夠量測兩個角維度(例如，方位角及仰角兩者)。關於圖4進一步描述天線陣列312內之接收天線元件的實例二維配置。
圖4說明雷達系統102內之接收天線元件402的實例二維配置。舉例而言，若天線陣列312包括至少四個接收天線元件402，則接收天線元件402可以如圖4之中間中所描繪之矩形配置404-1配置。替代地，若天線陣列312包括至少三個接收天線元件402，則可使用三角形配置404-2或L形配置404-3。歸因於智慧型手機104之大小或佈局約束，接收天線元件402之間的元件間距或接收天線元件402之量可能對於雷達系統102將進行監視之角不理想。在不同實施方案中，元件間距可小於、大於或等於雷達信號之中心波長的一半。
使用天線陣列312，雷達系統102可形成受操控或未受操控、寬或窄、或經整形(例如，經整形為半球、立方體、扇形、錐或圓柱)之波束。作為實例，一或多個傳輸天線元件(未展示)可具有未受操控全向輻射場型，或可以能夠產生寬波束，諸如寬傳輸波束406。此等技術中之任一者使得雷達系統102能夠照明大空間體積。為達成目標角準確性及角解析度，接收天線元件402可用以產生數千個窄且受操控波束(例如，2000個波束、4000個波束或6000個波束)，諸如窄接收波束408。以此方式，雷達系統102可有效率地監視外部環境。
返回至圖3，收發器314包括用於經由天線陣列312傳輸且接收雷達信號之電路系統及邏輯。收發器314之組件可包括用於調節雷達信號之放大器、混頻器、開關、類比至數位轉換器、濾波器等等。收發器314亦可包括用以執行諸如調變或解調之同相/正交(I/Q)操作的邏輯。多種調變可用以產生雷達信號，包括線性頻率調變、三角形頻率調變、步進頻率調變或相位調變。收發器314可經組態以支援連續波或脈衝雷達操作。
收發器314可使用以產生雷達信號之頻譜(例如，頻率範圍)可涵蓋1與400吉兆赫(GHz)之間、4與100 GHz之間或57 GHz與63 GHz之間的頻率。在一些狀況下，頻譜可劃分成具有類似或不同頻寬之多個子頻譜。實例頻寬可係約500兆赫茲(MHz)、一吉兆赫(GHz)、二吉兆赫等等。舉例而言，不同子頻譜可包括大致57 GHz與59 GHz、59 GHz與61 GHz或61 GHz與63 GHz之間的頻率。儘管上文所描述之實例子頻率相連，但其他子頻譜可以不相連。為達成相干性，具有相同頻寬之多個子頻譜(相連或不相連)可由收發器314使用以產生多個雷達信號，同時傳輸或在時間上分離該等雷達信號。在一些情形下，多個相連子頻譜可用以傳輸單個雷達信號，藉此使得該雷達信號能夠具有寬頻寬。
雷達系統102亦可包括一或多個系統處理器316及系統媒體318 (例如，一或多個電腦可讀儲存媒體)。儘管系統處理器316展示為與圖3中之收發器314分離，但系統處理器316可在一些實施方案中實施於收發器314內。系統處理器316執行儲存於系統媒體318內之電腦可讀指令。由系統處理器316執行之實例數位操作可包括快速傅立葉變換(FFT)、濾波、調變或解調、信號產生等等。
系統媒體318包括相干多觀點模組320及位置估計模組322。相干多觀點模組320可至少部分地實施相干多觀點雷達處理來偵測分佈式目標。相干多觀點模組320產生位置資料，該位置資料可由位置估計模組322處理以判定分佈式目標之位置。位置估計模組322可使用信號處理技術或機器學習以分析位置資料。關於圖5進一步描述相干多觀點模組320。
圖5說明實例相干多觀點模組320，其用於實施能夠使用相干多觀點雷達處理來偵測使用者手勢之基於智慧型手機的雷達系統。相干多觀點模組320可包括多觀點干涉儀502、多觀點波束成形器504或視窗選擇模組506。相干多觀點模組320接受複雜雷達資料216，該複雜雷達資料由收發器314內之兩個或更多個接收通道(例如，N個通道)提供或自由該等接收通道產生之資料導出。接收通道分別耦接至圖4之接收天線元件402。在一些狀況下，接收通道可與類似或不同子頻譜相關聯，或經組態以處理類似或不同類型之傳輸波形。複雜雷達資料216之維度510-1及510-2取決於所提供複雜雷達資料216之類型(例如，複雜雷達資料216之狀態空間)，且可表示時間、距離及/或都卜勒頻率。在下文關於圖6進一步描述不同類型之複雜雷達資料216。
視窗選擇模組506判定視窗508，該視窗標識將跨越兩個或更多個接收通道相干地平均化哪些相關胞元218 (例如，或相關樣本220)。視窗508之大小(例如，所選樣本220的量)直接影響所產生位置資料之信雜比、解析度及相干性。儘管視窗508在圖5中展示為矩形，但其可替代地包含不規則形狀或多個形狀以選擇沿著至少一個維度510相連(例如，鄰近)或非相連之胞元218。在512處展示實例不規則形狀視窗508。
通常存在與位置資料之信雜比、解析度及相干性相關聯的取捨。儘管更大視窗508可提高穩定性或跨越不同觀測角206之位置資料的信雜比，但更大視窗508降低沿著至少一個維度510之位置資料的解析度。在一些狀況下，可調整雷達系統102之操作以抵擋降低之解析度。舉例而言，可提高更新速率以增大時間或都卜勒維度510中之解析度。然而，若視窗508變得過大(例如，大於目標之大小)，則當視窗508內之一些胞元218或樣本220可能不與所關注目標相關聯(例如，可能對應於外部環境內之其他目標或雜波)時，相干性及信雜比效能會可能會降低。
視窗選擇模組506可評估此等取捨以判定針對相干平均化而使用之適當視窗508。在一些狀況下，視窗選擇模組506可反覆地調整視窗508，直至達成信雜比、相干性與解析度之間的適當平衡為止。視窗選擇模組506亦可存取儲存於電腦可讀媒體304或系統媒體318中之資料以進行此判定。若基於雷達之應用程式306發指令給雷達系統102以偵測特定類型之目標，諸如手202，則視窗選擇模組506可基於手202之實體大小或形狀及雷達系統102之已知解析度而界定視窗508。考慮若圖2之手202係大致18公分且複雜雷達資料216內之胞元218的解析度係大致5公分，則視窗選擇模組506可將視窗508設定為包括四個或更少個胞元218。在一些狀況下，視窗選擇模組506亦可判定視窗508之加權函數或為視窗508內之相關胞元218指派不同加權。以此方式，視窗選擇模組506標識視窗508內之一或多個所關注區，該等所關注區可用以針對不同類型之複雜目標達成目標效能。大體而言，視窗選擇模組506以此方式界定視窗508以便最佳化信雜比效能、解析度及相干性或以達成所要準確性效能。多觀點干涉儀502或多觀點波束成形器504使用視窗508以處理複雜雷達資料216。大體而言，由多觀點干涉儀502或多觀點波束成形器504執行之操作跨越至少兩個接收通道相干地平均化視窗508內之樣本。多觀點干涉儀502或多觀點波束成形器504基於此相干平均化而產生位置資料。關於圖6-1、6-2及圖7至圖10進一步描述相干多觀點模組320。
圖6-1說明實例流程序列600，其用於實施能夠使用相干多觀點雷達處理來偵測使用者手勢之基於智慧型手機的雷達系統。系統處理器316接受由收發器314之多個接收鏈提供的原始資料602。原始資料602表示來自接收天線元件402中之每一者的數位回應，該等接收天線元件用以接收圖2-1之經反射雷達信號214-1或214-2。接收天線元件402及產生原始資料602之接收通道的量由變數N 表示，該變數係大於一之正整數。原始資料602含有跨越時間段且用於與經反射雷達信號214相關聯之不同波數(WN)的複雜數位資訊，如由與N個通道中之一者相關聯的原始資料602-1展示。
可以硬體或軟體實施之快速傅立葉變換(FFT)模組604在各時間間隔內對原始資料602執行一維FFT操作以自波數域轉換成距離域。FFT模組604之所得輸出包含經預處理資料606。經預處理資料606包括跨越該時間段且用於不同距離間隔之複雜數位資訊，如由經預處理資料606-1展示，該經預處理資料與N個通道中之一者相關聯。在一些實施方案中，可以硬體或軟體實施之都卜勒濾波器模組608在各距離間隔內對經預處理資料606執行一維FFT操作，以自時域轉換成都卜勒頻域。都卜勒濾波器模組608之所得輸出包含距離-都卜勒資料610。距離-都卜勒資料610包括不同都卜勒頻率間隔及距離間隔之複雜數位資訊，如由距離-都卜勒資料610-1展示，該距離-都卜勒資料與N個通道中之一者相關聯。
經預處理資料606及距離-都卜勒資料610表示不同類型之複雜雷達資料216，該等複雜雷達資料中之任一者可被提供給相干多觀點模組320。使用距離-都卜勒資料610而非經預處理資料606可進一步提高位置資料之信雜比。若提供經預處理資料606，則複雜雷達資料216之維度510-1及510-2對應於距離及時間。在此狀況下，複雜雷達資料216之狀態空間使得多個「觀點」與不同距離間隔或時間間隔關聯。替代地，若提供距離-都卜勒資料610，則複雜雷達資料216之維度510-1及510-2對應於距離及都卜勒頻率。在此狀況下，複雜雷達資料216之狀態空間使得多個「觀點」與不同距離間隔或都卜勒頻率相關聯。儘管未展示，但其他實施方案可將原始資料602用作複雜雷達資料216，此使得多個「觀點」與不同波數或時間間隔相關聯。相干多觀點模組320使用複雜雷達資料216來執行相干多觀點雷達處理且產生位置資料612，該位置資料被提供給位置估計模組322。基於位置資料612，位置估計模組322判定反射雷達信號之一或多個分佈式目標的位置。儘管未展示，但可將提供至位置估計模組322由產生之位置資訊其他模組，諸如追蹤模組、量化模組或機器學習模組。關於圖6-2進一步描述相干多觀點雷達處理程序。
圖6-2說明由相干多觀點模組320執行之實例流程序列614，該流程序列用於實施能夠使用相干多觀點雷達處理來偵測使用者手勢之基於智慧型手機的雷達系統。在圖6-2中，位置資料612展示為包含多個胞元，該等胞元各自含有複雜樣本(例如，同相及正交資料)。在616處，相干多觀點模組320產生位置資料612中之左上胞元的資料(如由金剛石填充圖案標識)。為了產生此資料，相干多觀點模組320圍繞複雜雷達資料216內之第一組胞元218定位視窗508。跨越N個通道提取此等胞元，且將其作為輸入提供給相干平均化操作618。相干平均化操作618可包含由多觀點干涉儀502執行之複雜相干操作或由多觀點波束成形器504執行之波束成形操作。相干平均化操作618之所得輸出產生位置資料612中之所標識胞元的資料。
在620處，以上步驟序列用以產生位置資料612內之另一胞元的資料。然而，視窗508移動至複雜雷達資料216內之不同位置，如所展示。因而，遍及複雜雷達資料216之多個樣本子集執行一系列相干平均化操作618。以此方式，相干多觀點模組320該視窗508來相干地平均化複雜雷達資料216內之多個樣本220，且基於相干平均化而產生位置資料612。取決於相干多觀點模組320之實施方案，可依序或並行地執行該系列相干平均化操作618。儘管位置資料612之相關胞元大小歸因於相干平均化操作618而相對於複雜雷達資料216之胞元大小減小，但相干平均化操作618可用以實現約一度或更小之角解析度。分別關於圖7及圖8進一步描述多觀點干涉儀502及多觀點波束成形器504之操作。
圖7說明實例多觀點干涉儀502，其用於實施能夠使用相干多觀點雷達處理來偵測使用者手勢之基於智慧型手機的雷達系統。在所描繪組態中，複雜雷達資料216包含複雜雷達資料216-1、216-2…216-N，該等複雜雷達資料分別與不同接收通道相關聯。多觀點干涉儀502使用與接收通道中之兩者相關聯之複雜雷達資料216來執行複雜相干操作以產生位置資料612。在702-1處，舉例而言，多觀點干涉儀502使用複雜雷達資料216-1及216-2來執行複雜相干操作以產生位置資料612-1。位置資料612-1包含強度資料704-1及相位資料706-1。強度資料704-1表示視窗508內之相干的量且根據方程式1而加以計算：
Figure 02_image001
方程式1 其中Sn 包含針對特定通道n 基於視窗508而被提供至多觀點干涉儀502之樣本220的矩陣，E{}表示期望值估計，且「*」表示複共軛。強度資料704可由位置估計模組322使用以判定位置資料612之品質。根據方程式2而計算相位資料706-1：
Figure 02_image003
方程式2 如方程式1及2中所展示，矩陣S1 與S2 一起相乘，此有效地跨越兩個接收通道相干地平均化樣本220。相位資料706-1表示分佈式目標之角位置。藉由是相位資料706-1乘以預定因數，位置估計模組322可判定目標之角位置。而非跨越兩個接收通道對與單個單元218相關聯之樣本220執行複雜相干操作，跨越如由視窗508判定之兩個接收通道，多觀點干涉儀502相干地平均化與多於一個胞元218相關聯之樣本220。此減少相位資料706中之雜訊，且使得位置估計模組322能夠判定分佈式目標之準確位置。
可自位置資料612-1判定之角資料的類型取決於哪些接收天線元件402產生複雜雷達資料216-1及216-2。若複雜雷達資料216-1及216-2對應於圖4之矩形配置404-1內的頂部兩個接收天線元件402，則相位資料706-1與水平維度相關聯，且可判定分佈式目標之方位角。替代地，若複雜雷達資料216-1及216-2對應於矩形配置404-1內之左邊兩個接收天線元件402，則相位資料706-1與豎直維度相關聯且可判定仰角。為判定方位角及仰角兩者，多觀點干涉儀502可分析多對複雜雷達資料216-1、216-2…216-N，如圖7中所展示。在702-2處，舉例而言，多觀點干涉儀502處理複雜雷達資料216-1及216-N以產生位置資料612-2。類似地，在702-3處，多觀點干涉儀502使用複雜雷達資料216-2及216-N以產生位置資料612-3。
在一些狀況下，在位置資料612內可能存在冗餘，此係因為多對複雜雷達資料216-1、216-2…216-N由多觀點干涉儀502處理。舉例而言，與頂部兩個接收天線元件402或底部兩個接收天線元件402相關聯之位置資料612可獨立地用以判定至目標之方位角。然而，對於一些天線圖案或角，與此等對接收天線元件402相關聯之複雜雷達資料216可能不冗餘。若天線圖案諸如對於用於一些極端角不理想，則與此等對接收天線元件402中之一者相關聯的複雜雷達資料216可產生具有相對較高信雜比之相位資料706。因此，位置估計模組322可包括用以選擇具有最高信雜比之相位資料706的邏輯以估計目標之位置。儘管多觀點干涉儀502不如多觀點波束成形器504複雜且可執行更少運算，但多觀點波束成形器504可替代地用以跨越複雜雷達資料216之多於兩個通道執行相干平均化，如關圖8於所描述。
圖8說明實例多觀點波束成形器504，其用於實施能夠使用相干多觀點雷達處理來偵測使用者手勢之基於智慧型手機的雷達系統。多觀點波束成形器504可使用線性或非線性波束成形技術，該等技術使用非參數演算法或參數演算法。由多觀點波束成形器504執行之波束成形演算法的實例類型包括傅立葉波束成形演算法、最小變異數無失真回應(MVDR)波束成形演算法(例如，凱普(Capon))、多信號分類(MUSIC)波束成形演算法、經由旋轉不變技術估計信號參數(ESPRIT)、基於壓縮感測之波束成形演算法等等。
多觀點波束成形器504基於與接收通道中之兩者或更多者相關聯之複雜雷達資料216而產生位置資料612。為了產生位置資料612，多觀點波束成形器504基於由視窗508標識之樣本220的矩陣而產生共變數矩陣。以此方式，跨越如由視窗508判定之兩個接收通道，多觀點波束成形器504相干地平均化與多於一個胞元218相關聯之樣本220。在一些狀況下，多觀點波束成形器504可執行共變數矩陣去雜操作。共變數矩陣去雜操作對共變數矩陣執行本徵分解操作以產生共變數矩陣之本徵值。移除與雜訊相關聯之特徵值，其可係最弱特徵值，且基於剩餘本徵值而重建經去雜共變數矩陣。
共變數矩陣或經去雜共變數矩陣用作至由多觀點波束成形器504執行之波束成形演算法的輸入。波束成形演算法產生位置資料612，且包含空間回應資料802。空間回應資料802含有一組方位角、仰角及距離之複雜數位資訊。該組方位角及仰角表示不同轉向角或波束由多觀點波束成形器504形成的視場。藉由分析複雜雷達資料216之兩個或更多個通道，多觀點波束成形器504可產生相對於多觀點干涉儀502具有更高信雜比之位置資料612，藉此提高位置資料612之準確性。
在一些實施方案中，多觀點波束成形器504可接受經預處理資料606作為複雜雷達資料216。在此狀況下，可將由多觀點波束成形器504產生之位置資料612提供給圖6之都卜勒濾波器模組608以產生距離-都卜勒資料610。都卜勒濾波器模組608之所得輸出包含多個虛擬通道之距離及都卜勒資訊，其表示多觀點波束成形器504分析之不同波束。虛擬通道之量係基於波束之量。藉由將操作限於幾個波束，可減小由多觀點波束成形器504及都卜勒濾波器模組608執行之運算的量，以實現多種不同智慧型手機104中之相干多觀點雷達處理，如關於圖9進一步描述。
圖9說明相干多觀點模組320之實例套件，該等模組可用以實施能夠使用多種計算裝置之相干多觀點雷達處理來偵測使用者手勢的雷達系統。圖3中所展示之實例計算裝置可根據可用功率、運算能力、可用記憶體、基於雷達之應用的類型(例如，手勢感測、存在偵測、防撞或近接偵測)及實體大小而變化，前述各者會影響雷達系統102之設計。在圖9中，圖形902說明計算手錶104-5、圖1之智慧型手機104、圖3之膝上型電腦104-3及圖3之遊戲系統104-7之可用功率與運算能力之間的差，該智慧型手機展示為智慧型手機。在此實例中，計算手錶104-5展示為相比於遊戲系統104-7具有更少運算能力及可用功率。
相干多觀點模組320之套件展示為包括相干多觀點模組320-1、320-2、320-3及320-4，該等相干多觀點模組經設計以在各別裝置104-5、104、104-3及104-7之約束或能力內操作。舉例而言，低功率、非運算密集性相干多觀點模組320-1可實施於計算手錶104-5內。為了降低功耗且減小運算量，相干多觀點模組320-1可利用多觀點干涉儀502以執行相干多觀點雷達處理。在其他狀況下，可將複雜雷達資料216之子集提供至相干多觀點模組320以減小運算量。舉例而言，可基於目標之經估計距離或都卜勒而將距離-都卜勒資料610之子集提供至相干多觀點模組320。因而，執行更少運算以產生位置資料612。若在相干多觀點模組320-1內使用多觀點波束成形器504，則多觀點波束成形器504可經組態以分析更少波束或針對更少角位置提供位置資料612。在一些狀況下，波束掃描策略可用以遞增地判定目標間準確性位準之角位置，如關於圖10進一步描述。
相比之下，高功率、運算密集性相干多觀點模組320-4可實施於遊戲系統104-7內，此使得使用者能夠針對視訊遊戲執行複雜控制手勢。在此狀況下，相干多觀點模組320-4可使用多觀點波束成形器504以處理較大數量個通道或波束。多觀點波束成形器504亦可用以分析在同一距離下在相同時間存在之多個目標的位置資料612。
圖10說明波束掃描之實例流程序列1000，其用以實施能夠使用相干多觀點雷達處理來偵測使用者手勢之基於智慧型手機的雷達系統，時間在下游方向上流動。此波束掃描技術可由多觀點波束成形器504使用以降低運算複雜度。因而，多觀點波束成形器504可實施於運算能力較弱之裝置內，諸如圖9中所展示之智慧型手機104或計算手錶104-5。
為了判定手202之角位置，多觀點波束成形器504使用諸如左波束及右波束之數個波束來產生位置資料612。位置估計模組322判定目標定位於哪一角胞元或波束中。基於此判定，多觀點波束成形器504另外產生少數波束以產生經更新位置資料612。因為多觀點波束成形器504及位置估計模組322以遞歸方式執行此等操作，所以雷達系統102之角解析度及準確性提高。
在1002處，相干多觀點波束成形器504使用兩個波束(例如，左波束及右波束)以分別產生角1004-2與1002-3之間及角1004-3與1004-1之間的角間隔之位置資料612。在此實例中，左波束之波束寬與右波束之波束寬展示為相等，使得角1004-3處於角1004-1與1004-2之間的中點處。在其他實施方案中，波束寬可不相等使得角1004-3更接近角1004-1或角1004-2。此可使得波束掃描技術能夠使用關於目標之先驗知識或預測性資訊來更快地在目標之準確角位置上「歸零校正」。位置估計模組322在1002處判定手202在左波束內。
在1006處，相干多觀點波束成形器504另外產生相對於1002處使用之波束具有更窄波束寬的少數波束。在此狀況下，左波束涵蓋角1004-2與1004-4之間的角，而右波束涵蓋角1004-4與1004-3之間的角。在此狀況下，位置估計模組322判定手202在左波束內。
類似於1006，相干多觀點波束成形器504基於1006處之判定而使用另一組波束以產生位置資料612。在此狀況下，左波束涵蓋角1004-2與1004-5之間的角，且右波束涵蓋角1004-5與1004-4之間的角。此時，位置估計模組322判定手202在右波束內。
在1008處，波束掃描程序可如上文所描述而繼續，左波束涵蓋角1004-5與1004-6之間的角，而右波束涵蓋角1004-6與1004-4之間的角。然而，若已達成目標角解析度，則位置估計模組322可判定手202之角處於角1004-6 (例如，角1004-5與1004-4之間的中點)處。
儘管在1002、1006、1006及1008處使用兩個波束(例如，左波束及右波束)，但多於兩個波束(例如，三個波束、四個波束或五個波束)可與此波束掃描方法一起使用。儘管較大數量個波束增大所執行運算之量，但可更快地到達目標準確性位準或角解析度。可基於智慧型手機104或雷達系統102之運算能力而判定波束之數量，如在圖9中所描述。實例方法
圖11描繪實例方法1100，其用於執行能夠使用相干多觀點雷達處理來偵測使用者手勢之基於智慧型手機之雷達系統的操作。方法1100展示為所執行操作(或動作)集，而非一定限於在本文中展示操作之次序或組合。另外，可重複、組合、重組或鏈接操作中之一或多者中的任一者以提供額外及/或替代性方法之寬陣列。在以下論述之部分中，可參考圖1之環境100及圖4或圖5中詳述之實體，僅參考前述各者作為實例。技術不限於由在一個裝置上操作之一個實體或多個實體執行。
在1102處，使用天線陣列中之至少兩個接收天線元件來接收由目標反射之雷達信號。舉例而言，天線陣列312中之圖4的接收天線元件402例如接收經反射雷達信號214。在一些狀況下，目標可包含包括多個相位中心204之分佈式目標，諸如圖2-1之手202。
在1104處，使用至少兩個接收通道來處理經反射雷達信號以產生與至少兩個接收通道相關聯之複雜雷達資料。複雜雷達資料包含多個樣本。舉例而言，圖3之收發器314包括分別處理經反射雷達信號214以產生複雜雷達資料216-1、216-2…216-N的兩個或更多個接收通道。圖7及圖8中展示之複雜雷達資料216-1、216-2…216-N與不同接收通道相關聯，且可包含圖6-1之經預處理資料606或距離-都卜勒資料610。複雜雷達資料216包含多個樣本220，如圖2-2、圖5及圖6-2中所展示。
在1106處，使用視窗來跨越至少兩個接收通道相干地平均化複雜雷達資料內之多個樣本。舉例而言，相干多觀點模組320使用視窗508來跨越至少兩個接收通道相干地平均化複雜雷達資料216之多個樣本220，如圖6-2中所展示。為了相干地平均化多個樣本220，相干多觀點模組320運用視窗508執行一系列相干平均化操作618，從而選擇複雜雷達資料216內之樣本220的不同子集。視窗508可具有規則或不規則形狀，且跨越多個接收通道標識樣本220或胞元218之相對子集。可使用多觀點干涉儀502或多觀點波束成形器504來平均化多個樣本220，該多觀點干涉儀及該多觀點波束成形器分別執行如圖7中所描述之複雜相干操作或如圖8中所描述之波束成形操作。
在1108處，基於相干平均化而產生位置資料。舉例而言，多觀點干涉儀502或多觀點波束成形器可產生位置資料612，如圖6-2中所展示。
在1110處，基於位置資料而判定目標之位置。舉例而言，位置估計模組322基於位置資料612而判定手202之位置。藉由使用相干平均化來提高位置資料612之信雜比，此使得雷達系統102能夠達成目標準確性，而不論會限制傳輸功率、解析度或信號頻寬之硬體或設計約束。在一些狀況下，雷達系統102可基於用於執行運算之可用功率或可用資源而在使用多觀點干涉儀502或多觀點波束成形器之間動態地切換。儘管關於分佈式目標所描述，但相干多觀點雷達處理亦可用以偵測其他類型的目標，包括非分佈式目標。實例計算系統
圖12說明實例計算系統1200之各組件，其可實施為如參考先前圖3所描述之任何類型的用戶端、服務器及/或計算裝置以實施相干多觀點雷達處理。
計算系統1200包括通信裝置1202，該通信裝置實現裝置資料1204 (例如，接收到之資料、正接收之資料、經排程用於廣播之資料、資料之資料封包)之有線及/或無線通信。裝置資料1204或其他裝置內容可包括裝置之組態設定、儲存於裝置上之媒體內容、及/或與裝置之使用者相關聯的資訊。儲存於計算系統1200上之媒體內容可包括任何類型之音訊、視訊及/或影像資料。計算系統1200包括一或多個資料輸入1206，可經由該等資料輸入接收任何類型之資料、媒體內容及/或輸入，諸如人類話語、基於雷達之應用程式306、使用者可選輸入(顯式或隱式)、訊息、音樂、電視媒體內容、記錄視訊內容、及自任何內容及/或資料源接收到之任何其他類型之音訊、視訊及/或影像資料。
計算系統1200亦包括通信介面1208，該通信介面可實施為串聯及/或並行介面、無線介面、任何類型之網路介面、數據機及任何其他類型之通信介面中的任何一或多者。通信介面1208提供計算系統1200與通信網路之間的連接及/或通信鏈路，其他電子、計算及通信裝置藉由該通信網路與計算系統1200傳達資料。
計算系統1200包括一或多個處理器1210 (例如，微處理器、控制器等中之任一者)，該等處理器處理各種電腦可執行指令以控制計算系統1200之操作及啟用用於雷達角模糊解析之技術或可在其中實施雷達角模糊解析之技術。替代地或另外，可藉由硬體、韌體或固定邏輯電路系統中之任一者或組合實施計算系統1200，該硬體、韌體或固定邏輯電路系統結合通常在1212處標識之處理及控制電路實施。儘管未展示，但計算系統1200可包括耦接裝置內之各種組件的系統匯流排或資料傳送系統。系統匯流排可包括不同匯流排結構中之任一者或組合，諸如記憶體匯流排或記憶體控制器、外圍匯流排、通用串列匯流排、及/或利用多種總線架構中之任一者的處理器或局部匯流排。
計算系統1200亦包括電腦可讀媒體1214，諸如實現持久性及/或非暫時性資料儲存(即，相比於純信號傳輸)之一或多個記憶體裝置，該等記憶體裝置之實例包括隨機存取記憶體(RAM)、非易失性儲存器(例如，唯讀記憶體(ROM)、快閃記憶體、EPROM、EEPROM等中之任何一或多者)及磁盤儲存裝置。磁盤儲存裝置可實施為任何類型之磁性或光學儲存裝置，諸如硬碟驅動機、可記錄及/或可重寫緊密光碟(compact disc，CD)、任何類型之數位多功能光碟(digital versatile disc，DVD)等。計算系統1200亦可包括大量儲存媒體裝置(儲存媒體) 1216。
電腦可讀媒體1214提供用以儲存裝置資料1204之資料儲存機構，以及各種裝置應用1218及與計算系統1200之操作態樣相關的任何其他類型的資訊及/或資料。舉例而言，作業系統1220可運用電腦可讀媒體1214維持為電腦應用程式且在處理器1210上加以執行。裝置應用1218可包括裝置管理器，諸如任何形式之控制應用程式、軟體應用程式、信號處理及控制模組、特定裝置本地之程式碼、用於特定裝置之硬體抽象層等等。
裝置應用1218亦包括用以實施相干多觀點雷達處理之任何系統組件、引擎或管理器。在此實例中，裝置應用1218包括相干多觀點模組320及位置估計模組322。結論
儘管，但已以特定針對於特徵及/或方法之語言中描述使用相干多觀點雷達處理之技術及包括相干多觀點雷達處理之設備，但應理解，隨附申請專利範圍之主題不必限於特定特徵或所描述方法。實際上，將特定特徵及方法揭示為使用相干多觀點雷達處理來偵測分佈式目標之實例實施方案。
100-1‧‧‧環境 100-2‧‧‧環境 100-3‧‧‧環境 102‧‧‧雷達系統 104‧‧‧智慧型手機 104-1‧‧‧桌上型電腦 104-2‧‧‧平板電腦 104-3‧‧‧膝上型電腦 104-4‧‧‧電話 104-5‧‧‧計算手錶 104-6‧‧‧計算眼鏡 104-7‧‧‧遊戲系統 104-8‧‧‧微波 104-9‧‧‧車輛 202‧‧‧手 204‧‧‧相位中心 206-1‧‧‧第一觀測角 206-2‧‧‧第二觀測角 212-1‧‧‧向量圖 212-2‧‧‧向量圖 214-1‧‧‧經反射雷達信號 214-2‧‧‧經反射雷達信號 216‧‧‧複雜雷達資料 216-1‧‧‧複雜雷達資料 216-2‧‧‧複雜雷達資料 216-N‧‧‧複雜雷達資料 218‧‧‧胞元 218-1‧‧‧胞元 218-2‧‧‧胞元 220‧‧‧樣本 222‧‧‧經散射信號 302‧‧‧電腦處理器 304‧‧‧電腦可讀媒體 306‧‧‧基於雷達之應用程式 308‧‧‧網路介面 310‧‧‧通信介面 312‧‧‧天線陣列 314‧‧‧收發器 316‧‧‧系統處理器 318‧‧‧系統媒體 320‧‧‧相干多觀點模組 320-1‧‧‧相干多觀點模組 320-2‧‧‧相干多觀點模組 320-3‧‧‧相干多觀點模組 320-4‧‧‧相干多觀點模組 322‧‧‧位置估計模組 402‧‧‧接收天線元件 404-1‧‧‧矩形配置 404-2‧‧‧三角形配置 404-3‧‧‧L形配置 406‧‧‧寬傳輸波束 408‧‧‧窄接收波束 502‧‧‧多觀點干涉儀 504‧‧‧多觀點波束成形器 506‧‧‧視窗選擇模組 508‧‧‧視窗 510-1‧‧‧維度 510-2‧‧‧維度 600‧‧‧流程序列 602‧‧‧原始資料 602-1‧‧‧原始資料 604‧‧‧快速傅立葉變換(FFT)模組 606‧‧‧經預處理資料 606-1‧‧‧經預處理資料 608‧‧‧都卜勒濾波器模組 610‧‧‧距離-都卜勒資料 610-1‧‧‧距離-都卜勒資料 612‧‧‧位置資料 612-1‧‧‧位置資料 612-2‧‧‧位置資料 612-3‧‧‧位置資料 614‧‧‧流程序列 618‧‧‧相干平均化操作 704-1‧‧‧強度資料 704-2‧‧‧強度資料 704-3‧‧‧強度資料 706-1‧‧‧相位資料 706-2‧‧‧相位資料 706-3‧‧‧相位資料 802‧‧‧空間回應資料 902‧‧‧圖形 1000‧‧‧流程序列 1004-1‧‧‧角 1004-2‧‧‧角 1004-3‧‧‧角 1004-4‧‧‧角 1004-5‧‧‧角 1004-6‧‧‧角 1100‧‧‧方法 1200‧‧‧計算系統 1202‧‧‧通信裝置 1204‧‧‧裝置資料 1206‧‧‧資料輸入 1208‧‧‧通信介面 1210‧‧‧處理器 1212‧‧‧處理及控制電路 1214‧‧‧電腦可讀媒體 1216‧‧‧大量儲存媒體裝置 1218‧‧‧裝置應用 1220‧‧‧作業系統
參考以下圖式描述實施能夠使用相干多觀點雷達處理來偵測使用者手勢之基於智慧型手機之雷達系統的技術及設備。貫穿圖式使用相同數字指代相似特徵及組件： 圖1說明實例環境，可在其中實施能夠使用相干多觀點雷達處理來偵測使用者手勢之基於智慧型手機的雷達系統。 圖2-1說明不同觀測角下之實例分佈式目標。 圖2-2說明不同觀測角下之分佈式目標的實例複雜雷達資料。 圖3說明實例雷達系統作為智慧型手機之部分。 圖4說明雷達系統內之接收天線元件的實例二維配置。 圖5說明實例相干多觀點模組，其用於實施能夠使用相干多觀點雷達處理來偵測使用者手勢之基於智慧型手機的雷達系統。 圖6-1說明實例流程序列，其用於實施能夠使用相干多觀點雷達處理來偵測使用者手勢之基於智慧型手機的雷達系統。 圖6-2說明由相干多觀點模組執行之實例流程序列，該流程序列用於實施能夠使用相干多觀點雷達處理來偵測使用者手勢之基於智慧型手機的雷達系統。 圖7說明實例多觀點干涉儀，其用於實施能夠使用相干多觀點雷達處理來偵測使用者手勢之基於智慧型手機的雷達系統。 圖8說明實例多觀點波束成形器，其用於實施能夠使用相干多觀點雷達處理來偵測使用者手勢之基於智慧型手機的雷達系統。 圖9說明相干多觀點模組之實例套件，該等模組可用以實施能夠使用多種計算裝置之相干多觀點雷達處理來偵測使用者手勢的雷達系統。 圖10說明波束掃描之實例流程序列，其用以實施能夠使用相干多觀點雷達處理來偵測使用者手勢之基於智慧型手機的雷達系統。 圖11說明實例方法，其用於執行能夠使用相干多觀點雷達處理來偵測使用者手勢之基於智慧型手機之雷達系統的操作。 圖12說明實例計算系統，其實施能夠使用相干多觀點雷達處理來偵測使用者手勢之基於智慧型手機的雷達系統，或可在其中可實施使得能夠使用該雷達系統的技術。
100-1‧‧‧環境
100-2‧‧‧環境
100-3‧‧‧環境
102‧‧‧雷達系統
104‧‧‧智慧型手機

Claims (20)

  1. 一種智慧型手機，其包含： 一雷達系統，該雷達系統包括： 一天線陣列，其包括至少兩個接收天線元件，該至少兩個接收天線元件經組態以接收由執行一手勢之一目標反射的一雷達信號； 一收發器，其包括分別耦接至該至少兩個接收天線元件之至少兩個接收通道，該收發器經組態以經由該至少兩個接收通道處理該經反射雷達信號，來產生與該至少兩個接收通道中之每一者相關聯的複雜雷達資料，該複雜雷達資料包含多個樣本；及 一相干多觀點模組，其經組態以： 使用一視窗來跨越該至少兩個接收通道相干地平均化該複雜雷達資料內之該多個樣本；及 基於該相干平均化而產生位置資料； 一位置估計模組，其經組態以基於該位置資料而判定與該手勢相關聯之位置；及 一基於雷達之應用程式，其經組態以基於由該位置估計模組判定之該位置而辨識由該目標執行之該手勢。
  2. 如請求項1之智慧型手機，其中： 該目標包含具有多個相位中心之一分佈式目標； 該經反射雷達信號包含該雷達信號之由該多個相位中心反射之多個部分的一疊加；且 該相干多觀點模組經組態以產生該位置資料，該位置資料相對於在無相干平均化之情況下產生之其他位置資料具有一更高信雜比。
  3. 如請求項1之智慧型手機，其中： 該相干多觀點模組包括經組態以執行以下操作之一多觀點干涉儀： 接受與該至少兩個接收通道之兩個接收通道相關聯的該複雜雷達資料；及 基於該視窗而執行一複雜相干操作以相干地平均化該多個樣本且產生該位置資料，該位置資料包括相位資料；且 該位置估計模組經組態以基於該相位資料而判定與該手勢相關聯之一維角位置。
  4. 如請求項3之智慧型手機，其中： 該兩個接收通道耦接至該至少兩個接收天線元件之兩個接收天線元件，該兩個接收天線元件沿著一第一軸線定位；且 該多觀點干涉儀經組態以： 接受與該至少兩個接收通道中之另外兩個接收通道相關聯的該複雜雷達資料，該另外兩個接收通道耦接至該至少兩個接收天線元件中之另外兩個接收天線元件，該另外兩個接收天線元件沿著垂直於該第一軸線之一第二軸線定位；及 執行另一複雜相干操作以相干地平均化其他多個樣本且基於該其他多個樣本之該相干平均化而產生額外相位資料；且 該位置估計模組經組態以基於該相位資料及該額外相位資料而判定與該手勢相關聯之一二維角位置。
  5. 如請求項1之智慧型手機，其中： 該相干多觀點模組包括經組態以執行以下操作之一多觀點波束成形器： 接受與該至少兩個接收通道中之兩個或更多個接收通道相關聯的該複雜雷達資料； 產生共變數矩陣以基於該視窗而跨越該兩個或更多個接收通道相干地平均化該多個樣本；及 使用該等共變數矩陣來執行一波束成形操作以產生空間回應資料；且 該位置估計模組經組態以基於該空間回應資料而判定與該手勢相關聯之角位置。
  6. 如請求項5之智慧型手機，其中該多觀點波束成形器經組態以使用以下各者中之至少一者來執行該波束成形操作： 一傅立葉波束成形演算法； 一最小變異數無失真回應(MVDR)波束成形演算法或一凱普(Capon)波束成形演算法； 一多信號分類(MUSIC)演算法； 經由旋轉不變技術估計信號參數(ESPRIT)之演算法；或 一基於壓縮感測之波束成形演算法。
  7. 如請求項1之智慧型手機，其中： 該收發器包括： 一快速傅立葉變換(FFT)模組，其經組態以產生對應於該至少兩個接收通道中之每一者且與一距離維度及一時間維度相關聯的經預處理資料；及 一都卜勒濾波器模組，其經組態以基於該經預處理資料而產生對應於該至少兩個接收通道中之每一者的距離-都卜勒資料，該距離-都卜勒資料與該距離維度及一都卜勒頻率維度相關聯；且 該相干多觀點模組經組態以接受該經預處理資料或該距離-都卜勒資料作為該複雜雷達資料。
  8. 如請求項1之智慧型手機，其中該相干多觀點模組包含一視窗選擇模組，該視窗選擇模組經組態以判定該視窗使得該視窗選擇沿著該複雜雷達資料之至少一個維度相連之一組相關樣本。
  9. 如請求項8之智慧型手機，其中該相干多觀點模組經組態以基於一預定目標類型之一實體大小及該雷達系統之一解析度而判定該視窗。
  10. 一種電腦可讀儲存媒體，其包含回應於一處理器之執行而實施以下各者之電腦可執行指令： 一相干多觀點模組，其經組態以： 接受包含多個樣本之複雜雷達資料，該複雜雷達資料與至少兩個接收通道相關聯且基於由一目標反射之一雷達信號； 使用一視窗來跨越該至少兩個接收通道相干地平均化該複雜雷達資料內之該多個樣本；及 基於該相干平均化而產生位置資料；及 一位置估計模組，其經組態以基於該位置資料而判定該目標之一位置。
  11. 如請求項10之電腦可讀儲存媒體，其中： 該相干多觀點模組包括經組態以執行以下操作之一多觀點干涉儀： 接受與該至少兩個接收通道之兩個接收通道相關聯的該複雜雷達資料；及 基於該視窗而執行一複雜相干操作以基於該相干平均化而產生該位置資料，該位置資料包括相位資料；且 該位置估計模組經組態以基於該相位資料而判定該目標之一一維角位置。
  12. 如請求項11之電腦可讀儲存媒體，其中： 該多觀點干涉儀經組態以： 接受與該至少兩個接收通道中之另外兩個接收通道相關聯的該複雜雷達資料； 使用該視窗來跨越該另外兩個接收通道相干地平均化該複雜雷達資料內之其他多個樣本；及 執行另一複雜相干操作以基於該其他多個樣本之該相干平均化而產生額外相位資料；且 該位置估計模組經組態以基於該相位資料及該額外相位資料而判定該目標之一二維角位置。
  13. 如請求項10之電腦可讀儲存媒體，其中： 該相干多觀點模組包括經組態以執行以下操作之一多觀點波束成形器： 接受與該至少兩個接收通道中之兩個或更多個接收通道相關聯的該複雜雷達資料； 產生共變數矩陣以基於該視窗而跨越該兩個或更多個接收通道相干地平均化該多個樣本；及 使用該等共變數矩陣來執行一波束成形操作以產生空間回應資料；且 該位置估計模組經組態以基於該空間回應資料而判定該目標之一角位置。
  14. 如請求項13之電腦可讀儲存媒體，其中該多觀點波束成形器經組態以使用以下各者中之至少一者來執行該波束成形操作： 一傅立葉波束成形演算法； 一最小變異數無失真回應(MVDR)波束成形演算法或一Capon波束成形演算法； 一多信號分類(MUSIC)演算法； 一經由旋轉不變技術估計信號參數(ESPRIT)之演算法；或 一基於壓縮感測之波束成形演算法。
  15. 如請求項10之電腦可讀儲存媒體，其進一步包含： 一快速傅立葉變換(FFT)模組，其經組態以產生對應於該至少兩個接收通道中之每一者且與一距離維度及一時間維度相關聯的經預處理資料；及 一都卜勒濾波器模組，其經組態以基於該經預處理資料而產生對應於該至少兩個接收通道中之每一者的距離-都卜勒資料，該距離-都卜勒資料與該距離維度及一都卜勒頻率維度相關聯， 其中該相干多觀點模組經組態以接受該經預處理資料或該距離-都卜勒資料作為該複雜雷達資料。
  16. 如請求項15之電腦可讀儲存媒體，其中該相干多觀點模組經組態以： 接受該距離-都卜勒資料作為該複雜雷達資料； 選擇該距離-都卜勒資料之一部分； 使用該視窗來跨越該至少兩個接收通道相干地平均化該距離-都卜勒資料之該所選部分內的該多個樣本；及 在該距離-都卜勒資料之該所選部分內基於該多個樣本之該相干平均化而產生該位置資料。
  17. 如請求項10之電腦可讀儲存媒體，其中該相干多觀點模組包含一視窗選擇模組，該視窗選擇模組經組態以判定該視窗使得該視窗選擇沿著該複雜雷達資料之至少一個維度非相連之一組相關樣本。
  18. 一種方法，其包含： 使用一天線陣列中之至少兩個接收天線元件來接收由一目標反射之一雷達信號； 使用至少兩個接收通道來處理該經反射雷達信號以產生與該至少兩個接收通道中之每一者相關聯的複雜雷達資料，該複雜雷達資料包含多個樣本； 使用一視窗來跨越該至少兩個接收通道相干地平均化該複雜雷達資料內之該多個樣本； 基於該相干平均化而產生位置資料；及 基於該位置資料而判定該目標之一位置。
  19. 如請求項18之方法，其中該相干平均化及該產生該位置資料包含： 對與該至少兩個接收通道中之兩個接收通道相關聯之該複雜雷達資料執行一干涉量測操作；或 對與該至少兩個接收通道中之兩個或更多個接收通道相關聯之該複雜雷達資料執行一波束成形操作。
  20. 如請求項19之方法，其中： 該相干平均化及該產生該位置資料包含基於該相干平均化而執行該干涉量測操作；且 該方法進一步包含： 使用該天線陣列中之該至少兩個接收天線元件來接收由該目標反射之另一雷達信號； 使用該至少兩個接收通道來處理該另一經反射雷達信號以產生與該至少兩個接收通道中之每一者相關聯的另一複雜雷達資料，該另一複雜雷達資料包含其他多個樣本； 對該另一複雜雷達資料執行該波束成形操作以相干地平均化該其他多個樣本及產生其他位置資料；及 基於該其他位置資料而判定該目標之另一位置。
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