TWI669522B - 都普勒訊號處理裝置及訊號處理方法 - Google Patents

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Abstract

一種都普勒訊號處理裝置，包含頻率分析單元、干擾抑制單元、干擾估測單元、偵測單元及錯誤偵測單元。頻率分析單元根據至少一數位訊號產生頻域訊號向量。干擾抑制單元根據該頻域訊號向量及頻域干擾估測訊號向量執行抑制運算以產生干擾抑制頻域訊號向量，該干擾抑制頻域訊號向量中，干擾於頻域的能量係被抑制。該干擾估測單元根據該頻域訊號向量產生該頻域干擾估測訊號向量。該偵測單元根據該干擾抑制頻域訊號向量產生結果訊號。該錯誤偵測單元用以選擇性地提供錯誤偵測控制訊號至該干擾估測單元，以調整更新該頻域干擾估測訊號向量的速度。

Description

都普勒訊號處理裝置及訊號處理方法
一種都普勒訊號處理裝置，尤指一種用於移動偵測都普勒雷達，且可追蹤環境之干擾能量頻譜與抑制干擾能量(interference spectrum tracking and suppression)的都普勒訊號處理裝置。
當使用雷達裝置偵測物體時，常有環境干擾的問題。舉例來說，若使用雷達裝置執行生命跡象或人體的偵測時，常因環境干擾太大，而導致不正確的偵測結果。為了減少環境干擾的影響，實務上可使用訊號能量門檻計數器、或使用頻率能量偵測的方式，以判斷偵測的結果。然而，這些方法都不易針對干擾雜訊，提供高正確判斷率之人體偵測。
實施例提供一種都普勒訊號處理裝置，用以根據一無線接收訊號偵測一受測物體。該都普勒訊號處理裝置包含一頻率分析單元、一干擾抑制單元、一干擾估測單元、一偵測單元及一錯誤偵測單元。該頻率分析單元用以根據至少一數位訊號產生頻域訊號向量，其中該至少一數位訊號對應於該無線接收訊 號，包括該受測物體之移動資訊以及環境中一干擾造成之干擾資訊，且該頻域訊號向量包括一時間區段之一頻域與對應的能量值。該干擾抑制單元用以根據該頻域訊號向量及一頻域干擾估測訊號向量執行一抑制運算以產生一干擾抑制頻域訊號向量，其中該干擾抑制頻域訊號向量中，該干擾於頻域的能量係被抑制。該干擾估測單元用以根據該頻域訊號向量產生該頻域干擾估測訊號向量，其中該頻域干擾估測訊號向量對應於該干擾於頻域的能量分佈。該偵測單元，用以根據該干擾抑制訊號向量產生一結果訊號，其中該結果訊號係與該受測物體移動資訊有關。該錯誤偵測單元，用以選擇性地提供一錯誤偵測控制訊號至該干擾估測單元，以調整更新該頻域干擾估測訊號向量，其中是否提供該錯誤偵測控制訊號與該頻域干擾估測訊號向量是否包括該受測物體之移動都卜勒能量有關。
另一實施例提供一種都普勒訊號處理裝置，用以根據一無線接收訊號偵測一受測物體，該都普勒訊號處理裝置包含一頻率分析單元，一干擾扣除單元，一頻域偵測閾值單元，一干擾估測單元，一偵測單元及一錯誤偵測單元。該頻率分析單元，用以根據至少一數位訊號產生一頻域訊號向量，其中該至少一數位訊號對應於該無線接收訊號，包括該受測物體之移動資訊以及環境中一干擾造成之干擾訊號，且該頻域訊號向量包括一時間區段之一頻域與對應的能量值。該干擾扣除單元，用以根據該頻域訊號向量及一頻域干擾估測訊號向量執行頻譜扣除以產生一振幅值。該頻域偵測閾值單元，用以根據該頻域干擾估測訊號向量及一偵測閾值產生一頻域偵測閾值向量。該干擾估測單元，用以根據該頻域訊號向量產生該頻域干擾估測訊號向量，其中該頻域干擾估測訊號向量對應於該干擾於頻域的能量分佈。該偵測單元，用以根據該頻域訊號向量及該頻域偵測閾值向量產生一結果訊號，其中該結果訊號係與該受測物體之移動 資訊有關。該錯誤偵測單元，用以選擇性地提供一錯誤偵測控制訊號至該干擾估測單元，以調整更新該頻域干擾估測訊號向量的速度，其中是否提供該錯誤偵測控制訊號與該頻域干擾估測訊號向量是否包括該受測物體移動都卜勒能量有關。
另一實施例提供一種訊號處理方法，包含根據至少一數位訊號產生一頻域訊號向量，其中該至少一數位訊號包括一受測物體之移動資訊以及環境中一干擾造成之干擾訊號，且該頻域訊號向量係包括一時間區段之一頻域的能量值；根據該頻域訊號向量及一頻域干擾估測訊號向量執行一抑制運算以產生一干擾抑制頻域訊號向量，其中該干擾抑制頻域訊號向量中，該干擾於頻域的能量係被抑制；根據該頻域訊號向量產生一頻域干擾估測訊號向量，其中該頻域干擾估測訊號向量對應於該干擾於頻域的能量分佈；選擇性地提供一錯誤偵測控制訊號以調整更新該頻域干擾估測訊號向量的速度，其中是否提供該錯誤偵測控制訊號與該頻域干擾估測訊號向量是否包括該受測物體移動都卜勒能量有關；及根據該干擾抑制頻域訊號向量產生一結果訊號，其中該結果訊號係與該受測物體之移動資訊有關。
另一實施例提供一種訊號處理方法，包含根據至少一數位訊號產生一頻域訊號向量，其中該至少一數位訊號包括一受測物體之移動資訊以及環境中一干擾造成之干擾訊號，且該頻域訊號向量係包括一時間區段之一頻域的能量值；根據該頻域訊號向量及一頻域干擾估測訊號向量執行頻譜扣除以產生一振幅值；根據該頻域干擾估測訊號向量及一偵測閾值產生一頻域偵測閾值向量；根據該頻域訊號向量產生該頻域干擾估測訊號向量，其中該頻域干擾估測訊號向量對應於該干擾於頻域的能量分佈；選擇性地提供一錯誤偵測控 制訊號以調整更新該頻域干擾估測訊號向量的速度，其中是否提供該錯誤偵測控制訊號與該頻域干擾估測訊號向量是否包括該受測物體移動都卜勒能量有關；及根據該頻域訊號向量及該頻域偵測閾值向量產生一結果訊號，其中該結果訊號係與該受測物體之移動資訊有關。
10‧‧‧訊號偵測裝置
OSC‧‧‧振盪器
ANtx、ANrx‧‧‧無線裝置
Atx、Arx‧‧‧放大裝置
St‧‧‧無線發射訊號
Sr‧‧‧無線接收訊號
fc、fc’‧‧‧載波訊號
1066‧‧‧處理單元
1071、1072‧‧‧混合器
1073‧‧‧相位調整單元
1074、1075‧‧‧類比轉數位轉換器
Sd、Sdata_I、Sdata_Q‧‧‧數位訊號
100‧‧‧都普勒訊號處理裝置
Shuman_presence、‧‧‧結果訊號
Sheartbeat rate info‧‧‧心跳資訊訊號
Obj‧‧‧受測物體
110‧‧‧頻率分析單元
120‧‧‧干擾抑制單元
130‧‧‧干擾估測單元
140‧‧‧偵測單元
150‧‧‧錯誤偵測單元
1210‧‧‧干擾扣除單元
1220‧‧‧頻域偵測閾值單元
T(n)‧‧‧頻域偵測閾值向量
X(n)‧‧‧頻域訊號向量
Y(n)‧‧‧干擾抑制頻域訊號向量
U(n)‧‧‧頻域干擾估測訊號向量
A(n)‧‧‧振幅值
R(n)‧‧‧濾波訊號向量
Ssystem startup‧‧‧啟動通知訊號
Snegative_amplitude_detected、‧‧‧錯誤偵側控制訊號
310‧‧‧絕對值單元
320‧‧‧濾波單元
330‧‧‧混合器
340‧‧‧加法器
350‧‧‧延遲單元
360、370‧‧‧多工器
α‧‧‧調整參數
αfast‧‧‧第一參數
αslow‧‧‧第二參數
Sslow_fast、Sfrozen‧‧‧選擇訊號
380‧‧‧控制單元
410至430‧‧‧狀態
510‧‧‧移動偵測單元
520‧‧‧開關單元
530‧‧‧生命跡象偵測單元
540‧‧‧或閘單元
Svital sign detection enable‧‧‧生命跡象偵測致能訊號
Smotion detected‧‧‧移動偵測訊號
Svital sign detected‧‧‧生命跡象偵測訊號
600、700‧‧‧訊號處理方法
610至650、710至760‧‧‧步驟
Pd‧‧‧都普勒成分
Pi‧‧‧干擾能量基線成分
第1圖是實施例中，訊號偵測裝置的示意圖
第2圖是實施例中，第1圖之都普勒訊號處理裝置的示意圖。
第3圖是另一實施例中，第1圖之都普勒訊號處理裝置的示意圖。
第4圖係實施例中，第2圖之干擾估測單元的示意圖。
第5圖為實施例中，第4圖之控制單元之有限狀態機的狀態圖。
第6圖為實施例中，第2圖之偵測單元的示意圖。
第7圖係實施例中，訊號處理方法的流程圖。
第8圖係實施例中，另一訊號處理方法的流程圖。
第9圖係實施例中，頻譜上的都普勒成分及干擾基線成分的示意圖。
第1圖是實施例中，訊號偵測裝置10的示意圖。訊號偵測裝置10可包含無線裝置ANtx及ANrx、放大裝置Atx及Arx，處理單元1066，振盪器OSC及都普勒訊號處理裝置100。訊號偵測裝置10可用以執行載波都普勒雷達偵測。其中，振盪器OSC可提供載波訊號fc，載波訊號fc實質上具有固定頻率。放大裝置Atx可輸出無線發射訊號St，由無線裝置ANtx發射。無線發射訊號St可根據載波訊號fc而產生，第1圖僅為示意圖，根據實施例，於振盪器OSC及放大裝置Atx 之間，可選擇性地設置用以根據載波訊號fc產生無線發射訊號St的產生器。若偵測到受測物體Obj(例如人體)，受測物體Obj反射無線發射訊號St，從而產生無線接收訊號Sr。無線裝置ANrx可接收無線接收訊號Sr，由放大裝置Arx放大後，輸入處理單元1066。處理單元1066可根據載波訊號fc及無線接收訊號Sr，產生至少一數位訊號Sd。根據實施例，無線裝置ANtx及ANrx可為天線，放大裝置Atx及Arx可為放大器。舉例而言，處理單元1066可包含混合器1071及1072、相位調整單元1073、及類比轉數位轉換器1074及1075。其中，混合器1071可混合載波訊號fc及無線接收訊號Sr，且將結果由類比轉數位轉換器1074轉為數位訊號。相位調整單元1073可將載波訊號fc的相位旋轉特定相位(如90度)，以產生調整後的載波訊號fc’。混合器1072可混合調整後的載波訊號fc’及無線接收訊號Sr，且將結果由類比轉數位轉換器1075轉為數位訊號。上述的至少一數位訊號Sd，可包含類比轉數位轉換器1074及1075輸出的訊號。第1圖之處理單元1066的架構，僅為舉例，用以說明原理，而非用以限制實際的電路結構，其他適宜的變化，例如合理地加入調整訊號之電路，或合理地更動混合器及類比轉數位轉換器的順序等，仍可應用實施例提供的解決方案，且屬於實施例的範圍。
第2圖是實施例中，第1圖之都普勒訊號處理裝置100的示意圖。都普勒訊號處理裝置100可用以根據無線接收訊號Sr偵測受測物體Obj，其架構與操作如下述。
都普勒訊號處理裝置100可包含頻率分析單元元110、干擾抑制單元120、干擾估測單元130、偵測單元140及錯誤偵測單元150。
頻率分析單元110可用以根據至少一數位訊號Sd，產生頻域訊號向量 X(n)，頻率分析單元實施的方式，可以是採用快速傅立葉轉換(Fast Fourier Transform,FFT)來實現快速短時距傅立葉轉換(Short-Time Fourier Transform,STFT)，亦可以是多頻帶濾波器組(Multi-band filterbank)使用該至少一數位訊Sd號執行一多頻帶濾波器組之操作。
其中，數位訊號Sd可對應於無線接收訊號Sr，其承載的資訊可包括受測物體Obj之空間及移動資訊、及環境中一干擾造成之干擾資訊。頻域訊號向量X(n)可包括一段時間區段之頻域與對應的能量值，例如是一段時間區段之多頻(multi-frequency)頻域或多頻帶(multi-band)頻域與對應的能量值。
根據實施例，數位訊號Sd可如第2圖所示，包含數位訊號Sdata_I及數位訊號Sdata_Q的至少一者，其中數位訊號Sdata_I可為I路(in-phase)訊號，數位訊號Sdata_Q可為Q路(quadrature)訊號，因此數位訊號Sdata_I及數位訊號Sdata_Q可應用於IQ調變。
干擾抑制單元120可用以根據頻域訊號向量x(n)及頻域干擾估測訊號向量U(n)執行抑制運算以產生干擾抑制頻域訊號向量Y(n)。其中，干擾抑制頻域訊號向量Y(n)中，上述的環境干擾於頻域分佈的能量可被抑制。換言之，干擾抑制頻域訊號向量Y(n)中，特定頻段的干擾可被降低。頻域訊號向量x(n)、干擾抑制頻域訊號向量(Y(n))與頻域干擾估測訊號向量(U(n))中的向量實質上的定義例如是一組資料。
干擾估測單元130可用以根據頻域訊號向量X(n)追蹤環境中干擾造成之干擾能量頻譜並以產生頻域干擾估測訊號向量U(n)，其中，頻域干擾估測訊 號向量U(n)可對應於干擾於頻域的能量分佈。頻域干擾估測訊號向量U(n)可包括穩定狀態(steady state)的頻域干擾能量基線(interference energy baseline)成分，且干擾估測單元130可為頻域干擾能量基線估測單元。
偵測單元140可用以根據干擾抑制頻域訊號向量Y(n)及頻域偵測閾值向量T(n)產生結果訊號Shuman_presence。其中，第2圖的實施例之頻域偵測閾值向量T(n)可為預先設定，且實質上可固定不變動。結果訊號Shuman_presence可與受測物體Obj之移動資訊有關。舉例來說，此處所述的空間及移動資訊，可包含受測物體Obj與訊號偵測裝置10之間的距離、受測物體Obj的移動速度等。結果訊號Shuman_presence可用以判斷是否有偵測到人體。根據實施例，偵測單元140另可選擇性地提供心跳資訊訊號Sheartbeat_rate_info，從而根據都普勒反射的訊號，提供偵測到的生還者的心跳資訊。
錯誤偵測單元150可用以選擇性地提供錯誤偵測控制訊號Snegative_amplitude_detected至干擾估測單元130，以調整更新頻域干擾估測訊號向量U(n)的速度，其中，錯誤偵測控制訊號Snegative_amplitude_detected係指頻域干擾估測訊號向量U(n)是否誤包括受測物體Obj在頻域的都卜勒能量。換言之，頻域干擾估測訊號向量U(n)應只包括干擾於頻域的能量分佈，而與物體Obj移動所造成的移動都卜勒能量無關，然而，若頻域干擾估測訊號向量U(n)非預期地包含了物體Obj移動所造成的移動都卜勒能量，例如是因都普勒訊號處理裝置100由非啟動狀態轉換為啟動狀態而導致估測訊號U(n)誤包含了物體Obj的移動所造成的移動都卜勒能量，則錯誤偵測單元150可提供錯誤偵測控制訊號Snegative_amplitude_detected。調整更新干擾估測訊號向量U(n)的速度例如是較快速地更新、較慢速地更新、或不更新頻域干擾估測訊號向量U(n)。
根據實施例，干擾抑制單元120還可提供振幅值A(n)至錯誤偵測單元150，使錯誤偵測單元150據以觸發或解除錯誤偵測控制訊號Snegative_amplitude_detected。例如，當振幅值A(n)具超過有一定量的負值，可將錯誤偵測控制訊號Snegative_amplitude_detected的值設為1，反之，可設為0。上述僅為舉例，實際的訊號設定可依技術需求，予以設計。
若用於偵測人體，例如搜尋生存者，則都普勒訊號處理裝置100可為人體存在感應系統。
根據第2圖所示的頻域訊號向量X(n)及頻域干擾估測訊號U(n)，可列出以下算式。
A(n)=｜X(n)｜-α．U(n) ......(eq-1)；B(n)=(｜X(n)｜/(1+β．U(n)))．exp(j．∠ X(n)) ......(eq-2)；Y(n)=A(n)．exp(j．∠ X(n)) ......(eq-3)；或Y(n)=B(n)．exp(j．∠ X(n)) ......(eq-4)；其中，算式eq-1及eq-3可用於一實施例，且算式eq-2及eq-4可用於另一實施例。
根據實施例，可執行頻譜扣除(spectrum subtraction)，如算式eq-1所示，得到振幅值A(n)，再如算式eq-3，求得干擾抑制頻域訊號向量Y(n)。此實 施例中，如算式eq-1，可取得頻域訊號向量X(n)之絕對值｜X(n)｜，求得頻域干擾估測訊號向量U(n)及調整參數α的乘積α．U(n)，求得絕對值｜X(n)｜及乘積α．U(n)之差值，而得到振幅值A(n)。再如算式eq-3，將頻域訊號向量X(n)之角度值代入歐拉公式，可得exp(j．∠ X(n))，且振幅值A(n)乘以exp(j．∠ X(n))，可求得干擾抑制頻域訊號向量Y(n)。
根據另一實施例，可執行頻譜加權(spectrum weighting)，如算式eq-2所示，得到加權值B(n)，再如算式eq-4，求得干擾抑制頻域訊號向量Y(n)。此實施例中，如算式eq-2，可取得頻域訊號向量X(n)之絕對值｜X(n)｜，求得頻域干擾估測訊號向量U(n)及調整參數β的乘積β．U(n)，將常數(例如1)加上乘積β．U(n)，求得調整參數(1+β．U(n))，將絕對值｜X(n)｜除以調整參數(1+β．U(n))，以求得商值｜X(n)｜/(1+β．U(n))。將頻域訊號向量X(n)之角度值代入歐拉公式，可得exp(j．∠ X(n))。將商值｜X(n)｜/(1+β．U(n))乘以exp(j．∠ X(n))，可得加權值B(n)。再如算式eq-4，將加權值B(n)乘以exp(j．∠ X(n))，可得該干擾抑制頻域訊號向量Y(n)。
其中，α及β可為適宜的調整參數，j表示虛數單位，∠可表示角度值。
上述的頻域訊號向量X(n)、干擾抑制頻域訊號向量Y(n)及頻域干擾估測訊號向量U(n)可為對應於頻域的訊號向量，其中變數n可為時間索引(time index)，對應於時間軸上的離散區間。
根據實施例，上述的干擾例如可由固定轉速的風扇或是運作在固定電壓頻率的電器所產生，因此干擾於頻域的能量分佈實質上為固定。結果訊號 Shuman_presence可用以判斷是否偵測到受測物體Obj，因此，若所執行的偵測係人體偵測，也就是說，受測物體Obj為人體，則結果訊號Shuman_presence可用以判斷是否偵測到人體存在。此種應用中，結果訊號Shuman_presence可為人體存在的訊號，舉例來說，此種偵測可在火災或地震的區域內執行。根據實施例，干擾抑制單元120可根據頻域訊號向量X(n)及頻域干擾估測訊號向量U(n)產生振幅值A(n)，當振幅值A(n)具超過有一定量的負值時，錯誤偵測單元150可提供錯誤偵測控制訊號Snegative_amplitude_detected至干擾估測單元130，以調整更新干擾估測訊號向量U(n)的速度。其中，振幅值A(n)可對應於頻域訊號向量X(n)之絕對值｜X(n)｜，減去頻域干擾估測訊號向量U(n)與調整參數α的乘積之差值，也就是可表示為A(n)=｜X(n)｜-α‧U(n)。因此，錯誤偵測單元150可為負振幅偵測(negative amplitude detection)單元。
根據實施例，頻率分析單元110可執行濾波器組(filter bank)的功能，或執行短時距傅立葉轉換(short time Fourier transform，STFT)，以產生頻域訊號向量X(n)。
根據實施例，干擾估測單元130除了根據頻域訊號向量X(n)，還可根據結果訊號Shuman_presence，以產生頻域干擾估測訊號向量U(n)。
根據實施例，偵測單元140可執行逐頻格偵測(bin-by-bin detection)及/或逐頻帶偵測(band-by-band detection)，對應於每頻格及每頻帶的偵測門檻值，可正比於頻域干擾估測訊號向量U(n)的絕對值｜U(n)｜。
第3圖是另一實施例中，第1圖之都普勒訊號處理裝置100的示意圖。 如第3圖所示，都普勒訊號處理裝置100可包含頻率分析單元110、干擾估測單元130、偵測單元140、干擾扣除單元1210、錯誤偵測單元150及頻域偵測閾值單元1220。
其中，干擾扣除單元1210可執行頻譜扣除(spectrum subtraction)，如算式eq-1所示，產生振幅值A(n)。
頻域偵測閾值單元1220可提供偵測單元140在不同頻格(frequency bin)或不同頻帶(frequency band)的偵測閾值(threshold)，偵測單元140將依照頻域訊號向量X(n)，執行逐頻格偵測(bin-by-bin detection)或逐頻帶偵測(band-by-band detection)，若頻域訊號向量X(n)在頻格/頻帶的能量超過此頻格/此頻帶的偵測閾值，此頻率將判定為具有物體移動的都卜勒能量，進而可設定Shuman_presence為1。
頻域偵測閾值向量T(n)可由下列算式決定：T(n)=γ．U(n) ..........(eq-5)；其中，γ可為適宜的調整參數。
第4圖係實施例中，第2圖之干擾估測單元130的示意圖。干擾估測單元130可包含絕對值單元310、濾波單元320、混合器330及加法器340。
絕對值單元310可用以根據頻域訊號向量X(n)，產生頻域訊號向量 X(n)之絕對值｜X(n)｜。濾波單元320可用以根據絕對值｜X(n)｜，產生對應之濾波訊號向量R(n)。濾波單元320可為中值濾波(median filter)單元，其中，頻域訊號向量X(n)的第k個元素為第k個頻格(bin)或頻帶(band)可標記為Xk(n)，濾波訊號向量R(n)的第k個頻格(bin)或頻帶(band)可標記為Rk(n)，其中n係時間索引(time index)。當濾波單元320的中值濾波窗格(median filter window)的尺寸為M，則Rk(n)可表示為Rk(n){Xk(n),Xk(n-1),...,Xk(n-M+1)}的中間值(median-value)。
混合器330可用以根據頻域干擾估測訊號向量U(n)及調整參數α，以產生該頻域干擾估測訊號向量U(n)及調整參數α之乘積α．U(n)。加法器340可用以根據濾波訊號向量R(n)及乘積α．U(n)，以產生乘積α．U(n)及濾波訊號向量R(n)之總和值，即α．U(n)+R(n)。其中，總和值α．U(n)+R(n)可用以更新頻域干擾估測訊號向量U(n)。
根據實施例，如第4圖所示，干擾估測單元130可選擇性地另包含延遲單元350。延遲單元350可用以將乘積α．U(n)及濾波訊號向量R(n)之總和值延遲預定時間後輸出，從而更新頻域干擾估測訊號向量U(n)。
根據實施例，干擾估測單元130可選擇性地另包含多工器360，多工器360可設置於加法器340及延遲單元350之間，用以根據選擇訊號Sfrozen，決定輸出總和值以更新頻域干擾估測訊號向量U(n)，或輸出原先的頻域干擾估測訊號向量U(n)。
根據實施例，干擾估測單元130可選擇性地另包含多工器370。多工器370可設置於乘法器330的輸入端，用以根據選擇訊號Sslow_fast，選擇輸出第一參數αfast或輸出第二參數αslow至乘法器330，從而根據第一參數αfast或第二參數αslow更新調整參數α。其中，第一參數αfast可大於第二參數αslow，且第一參數αfast及第二參數αslow可皆大於零、且小於一。
舉例而言，若第2圖的結果訊號Shuman_presence實質上無變化，在偵測到人體後，仍繼續偵測到人體，則選擇訊號Sfrozen可例如為1，使頻域干擾估測訊號向量U(n)不被更新。舉例來說，設定選擇訊號Sfrozen而不更新頻域干擾估測訊號向量U(n)，可稱為凍結操作。因此，選擇訊號Sfrozen可稱為凍結(frozen)訊號。
根據實施例，除了頻域訊號向量X(n)，干擾估測單元130還可根據啟動通知訊號Ssystem_startup產生頻域干擾估測訊號向量U(n)。啟動通知訊號Ssystem_startup可對應於都普勒訊號處理裝置100之啟動。根據實施例，干擾估測單元130可另包含控制單元380，用以根據結果訊號Shuman_presence的變化產生選擇訊號Sfrozen，及根據振幅值A(n)的變化產生選擇訊號Sslow_fast。換言之，控制單元380可決定選擇訊號Sfrozen與Sslow_fast的值。
關於選擇第一參數αfast或第二參數αslow以更新調整參數α之操作，可如下述。
當振幅值A(n)的具超過有一定量的負值，錯誤偵測單元150可觸發錯誤偵測控制訊號Snegative_amplitude_detected，例如將錯誤偵測控制訊號Snegative_amplitude_detected的值由0變1，以使控制單元380輸出選擇訊號Sslow_fast，從而使 多工器370輸出第一參數αfast。在第4圖之示例中，此情況下，選擇訊號Sslow_fast的值可為0，使用值較大的第一參數αfast更新調整參數α，從而加速更新。
當振幅值A(n)的未具超過有一定量的負值，例如上述的A(n)為正值，錯誤偵測單元150可解除錯誤偵測控制訊號Snegative_amplitude_detected，例如將錯誤偵測控制訊號Snegative_amplitude_detected的值由0變1，以使控制單元380輸出選擇訊號Sslow_fast，從而使多工器370之輸出第二參數αslow。在第4圖之示例中，此情況下，選擇訊號Sslow_fast的值可為1，使用值較小的第二參數αslow更新調整參數α，從而降低更新的速度。
第5圖為實施例中，第4圖之控制單元380之有限狀態機(finite state machine)的狀態圖。狀態410可為閒置(idle)狀態，對應於都普勒訊號處理裝置100閒置的情況。當都普勒訊號處理裝置100的系統啟動，可發送啟動通知訊號Ssystem_startup。隨著接收到受測物體Obj的資訊，可得到頻域干擾估測訊號向量U(n)的初始值，即Uinitial，並進入狀態415。狀態415可視為資訊取得(acquisition)狀態。其中，Uinitial可為多個振幅值的平均值，例如可表示為Uinitial=AVG{R(0),R(1),...,R(Nacq-1)}。其中，AVG{}可為求取平均的函數，R(n)可為第n時點的濾波訊號向量，0n<Nacq，變數Nacq可為大於0的正整數，且可根據工程需求設定。
狀態415後，可進入狀態420，狀態420可為慢速更新狀態。若以第2圖及第4圖為例，狀態420中，錯誤偵測控制訊號Snegative_amplitude_detected可為失能位準，選擇訊號Sslow_fast可控制多工器370，從而使用第二參數αslow更新調整參數α，從而可較慢速地更新頻域干擾估測訊號向量U(n)。
若偵測到A(n)具超過有一定量的負值，錯誤偵測控制訊號Snegative_amplitude_detected可被拉至致能位準，故可從狀態420進入狀態425，狀態425可為快速更新狀態。狀態425中，選擇訊號Sslow_fast可控制多工器370，從而使用第一參數αfast更新調整參數α，從而可較快速地更新頻域干擾估測訊號向量U(n)。
在狀態420中，當錯誤偵測控制訊號Snegative_amplitude_detected被拉至致能位準，可進入狀態425。在狀態425中，當錯誤偵測控制訊號Snegative_amplitude_detected仍為致能位準，可保持於狀態425，當錯誤偵測控制訊號Snegative_amplitude_detected被拉至失能位準(其可表示為錯誤偵測控制訊號)，可進入狀態420。
在狀態420中，當結果訊號Shuman_presence被拉至致能位準，可對應於偵測到受測物體Obj(例如偵測到人體的生命跡象)的情況，此時可進入狀態430。狀態430可為凍結狀態。在狀態430中，若經一段後續時段，結果訊號Shuman_presence仍保持在致能位準，亦即對應於偵測到受測物體Obj的狀態，則可保持於狀態430。若在狀態430中，結果訊號Shuman_presence被拉至失能位準，則可對應於停止偵測到受測物體Obj，可再進入狀態420。結果訊號Shuman_presence於失能位準，可表示為結果訊號。
第6圖為實施例中，第2圖之偵測單元140的示意圖。偵測單元140可包含移動偵測單元510、開關單元520、生命跡象偵測單元530及或閘單元540。
移動偵測單元510用以根據干擾抑制頻域訊號向量Y(n)產生移動偵測訊號Smotion_detected，其中移動偵測訊號Smotion_detected對應於偵測到受測物體Obj之 移動。
開關單元520用以當移動偵測訊號Smotion_detected對應於未偵測到受測物體Obj之移動的情況時，輸出干擾抑制頻域訊號向量Y(n)。為了執行此操作，於第6圖的示例中，偵測單元140還包含反相器588，耦接於移動偵測單元510的輸出端及開關單元520的控制端之間。反相器588可將移動偵測訊號Smotion_detected反相，而產生生命跡象偵測致能訊號Svital_sign_detection_enable，從而在偵測到受測物體Obj之移動時不導通開關單元520，且在偵測不到受測物體Obj之移動時導通開關單元520。然而，第6圖僅為舉例，用以描述操作的原理，藉著使用不同樣態的開關單元520，也可能不須使用反相器588。
生命跡象偵測單元530可用以當移動偵測訊號Smotion_detected係對應於未偵測到受測物體Obj之移動時，透過開關單元520接收干擾抑制頻域訊號向量Y(n)，及用以根據干擾抑制頻域訊號向量Y(n)輸出生命跡象偵測訊號Svital_sign_detected。其中，生命跡象偵測訊號Svital_sign_detected可對應於生命跡象，例如心跳、呼吸等。生命跡象偵測單元530可選擇性地提供心跳資訊訊號Sheartbeat_rate_info。
或閘單元540可用以根據移動偵測訊號Smotion_detected及生命跡象偵測訊號Svital_sign_detected輸出結果訊號Shuman_presence。其中，當偵測到受測物體Obj之移動、或生命跡象，結果訊號Shuman_presence之位準即可對應於偵測到受測物體Obj的狀況。也就是說，以搜索生存者的應用為例，只要偵測到人體移動，或生命跡象的至少一者，即可判斷偵測到人體。
上文提及的訊號值為0、或訊號值為1，僅為舉例，其係用以說明實施例的操作。根據實施例，也允許訊號被觸發時的訊號值為0，被解除時的訊號值為1，其係根據電路之設計而決定。諸如此類的合理變化，仍屬實施例的範圍。第1圖至第6圖所述的各功能單元及電路，不一定限於如圖所示。圖式僅為舉例，其他合理的調整，例如將複數個功能單元結合，或合理地調整功能單元之順序，仍屬實施例的範圍。
第7圖係實施例中，訊號處理方法600的流程圖。如第2圖及第7圖所示，訊號處理方法600可包含以下步驟：步驟610：根據至少一數位訊號產生一頻域訊號向量，其中該至少一數位訊號包括一受測物體之移動資訊以及環境中一干擾造成之干擾訊號，且該頻域訊號向量係包括一時間區段之一頻域的能量值；步驟620：根據該頻域訊號向量及一頻域干擾估測訊號向量執行一抑制運算以產生一干擾抑制頻域訊號向量，其中該干擾抑制頻域訊號向量中，該干擾於頻域的能量係被抑制；步驟630：根據該頻域訊號向量產生一頻域干擾估測訊號向量，其中該頻域干擾估測訊號向量對應於該干擾於頻域的能量分佈；步驟640：選擇性地提供一錯誤偵測控制訊號以調整更新該頻域干擾估測訊號向量的速度，其中是否提供該錯誤偵測控制訊號與該頻域干擾估測訊號向量是否包括該受測物體移動都卜勒能量有關；及步驟650：根據該干擾抑制頻域訊號向量產生一結果訊號，其中該結果訊號係與該受測物體之移動資訊有關。
各步驟的細節操作可見於上述第2圖與第4圖至第6圖的敘述，故不重 述。
第8圖係實施例中，訊號處理方法700的流程圖。如第3圖及第8圖所示，訊號處理方法700可包含以下步驟：步驟710：根據至少一數位訊號產生一頻域訊號向量，其中該至少一數位訊號包括一受測物體之移動資訊以及環境中一干擾造成之干擾訊號，且該頻域訊號向量係包括一時間區段之一頻域的能量值；步驟720：根據該頻域訊號向量及一頻域干擾估測訊號向量執行頻譜扣除以產生一振幅值；步驟730：根據該頻域干擾估測訊號向量及一偵測閾值產生一頻域偵測閾值向量；步驟740：根據該頻域訊號向量產生該頻域干擾估測訊號向量，其中該頻域干擾估測訊號向量對應於該干擾於頻域的能量分佈；步驟750：選擇性地提供一錯誤偵測控制訊號以調整更新該頻域干擾估測訊號向量的速度，其中是否提供該錯誤偵測控制訊號與該頻域干擾估測訊號向量是否包括該受測物體移動都卜勒能量有關；及步驟760：根據該頻域訊號向量及該頻域偵測閾值向量產生一結果訊號，其中該結果訊號係與該受測物體之移動資訊有關。
各步驟的細節操作可見於上述第3圖至第6圖的敘述，故不重述。
第9圖係實施例中，頻譜上的都普勒成分及干擾基線成分的示意圖。如第9圖所示，頻譜成分Pd可為對應於受測物體Obj之移動資訊的都普勒成分(Doppler component)，其中，頻率係關於速度的資訊，成分的強度大小與雷達 截面積(radar cross-section，RCS)有關。頻譜成分Pi可為對應於頻域干擾能量基線(interference energy baseline)成分。經使用上述的裝置及方法，可降低干擾成分的影響，從而改善偵測效果。
經使用實施例提供的裝置及方法，可動態地根據所接收的訊號，更新偵測的結果，故可達到追蹤控制的效果。此外，可透過干擾抑制運算，移除環境中對應於特定頻段的干擾能量，因此，對於提高偵測的正確率，實有助益。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

Claims (20)

  1. 一種都普勒訊號處理裝置，用以根據一無線接收訊號偵測一受測物體，該都普勒訊號處理裝置包含：一頻率分析單元，用以根據至少一數位訊號產生一頻域訊號向量，其中該至少一數位訊號對應於該無線接收訊號，包括該受測物體之移動資訊以及環境中一干擾造成之干擾訊號，且該頻域訊號向量包括一時間區段之一頻域與對應的能量值；一干擾抑制單元，用以根據該頻域訊號向量及一頻域干擾估測訊號向量執行一抑制運算以產生一干擾抑制頻域訊號向量，其中該干擾抑制頻域訊號向量中，該干擾於頻域的能量係被抑制；一干擾估測單元，用以根據該頻域訊號向量產生該頻域干擾估測訊號向量，其中該頻域干擾估測訊號向量對應於該干擾於頻域的能量分佈；一偵測單元，用以根據該干擾抑制頻域訊號向量產生一結果訊號，其中該結果訊號係與該受測物體之移動資訊有關；及一錯誤偵測單元，用以選擇性地提供一錯誤偵測控制訊號至該干擾估測單元，以調整更新該頻域干擾估測訊號向量的速度，其中是否提供該錯誤偵測控制訊號與該頻域干擾估測訊號向量是否包括該受測物體移動都卜勒能量有關。
  2. 如請求項1所述的裝置，其中該干擾抑制單元另用以根據該頻域訊號向量及該頻域干擾估測訊號向量產生一振幅值。
  3. 一種都普勒訊號處理裝置，用以根據一無線接收訊號偵測一受測物體，該都普勒訊號處理裝置包含：一頻率分析單元，用以根據至少一數位訊號產生一頻域訊號向量，其中該至少一數位訊號對應於該無線接收訊號，包括該受測物體之移動資訊以及環境中一干擾造成之干擾訊號，且該頻域訊號向量包括一時間區段之一頻域與對應的能量值；一干擾扣除單元，用以根據該頻域訊號向量及一頻域干擾估測訊號向量執行頻譜扣除以產生一振幅值；一頻域偵測閾值單元，用以根據該頻域干擾估測訊號向量及一偵測閾值產生一頻域偵測閾值向量；一干擾估測單元，用以根據該頻域訊號向量產生該頻域干擾估測訊號向量，其中該頻域干擾估測訊號向量對應於該干擾於頻域的能量分佈；一偵測單元，用以根據該頻域訊號向量及該頻域偵測閾值向量產生一結果訊號，其中該結果訊號係與該受測物體之移動資訊有關；及一錯誤偵測單元，用以選擇性地提供一錯誤偵測控制訊號至該干擾估測單元，以調整更新該頻域干擾估測訊號向量的速度，其中是否提供該錯誤偵測控制訊號與該頻域干擾估測訊號向量是否包括該受測物體移動都卜勒能量有關。
  4. 如請求項1或3所述的裝置，其中該干擾能量頻率分佈實質上為固定。
  5. 如請求項1或3所述的裝置，其中該結果訊號係用以判斷是否偵測到該受測物體。
  6. 如請求項2或3所述的裝置，其中當該振幅值具超過一定量的負值時，該錯誤偵測單元提供該錯誤偵測控制訊號至該干擾估測單元，以調整更新該頻域干擾估測訊號向量的速度；其中該振幅值係對應於該頻域訊號向量之一絕對值，減去該干擾估測訊號與一調整參數的乘積之差值。
  7. 如請求項1或3所述的裝置，其中該頻率分析單元係使用該至少一數位訊號執行一短時距傅立葉轉換以產生該頻域訊號向量，該頻率分析單元包含一多頻帶濾波器組，且該頻域訊號向量係為一多頻帶訊號向量。
  8. 如請求項1或3所述的裝置，其中該干擾估測單元另根據至少該頻域訊號向量及該結果訊號產生該頻域干擾估測訊號向量。
  9. 如請求項2或3所述的裝置，其中該干擾估測單元另包含：一絕對值單元，用以根據該頻域訊號向量，以產生該頻域訊號向量之一絕對值；一濾波單元，用以根據該絕對值，以產生對應於該絕對值之一濾波訊號向量；一混合器，用以根據該頻域干擾估測訊號向量及一調整參數，以產生該頻域干擾估測訊號向量及該調整參數之一乘積；一加法器，用以根據該濾波訊號向量及該乘積，以產生該乘積及該濾波訊號向量之一總和值，其中該總和值係用以更新該頻域干擾估測訊號向量。
  10. 如請求項9所述的裝置，其中該干擾估測單元另包含：一延遲單元，用以將該總和值延遲一預定時間後輸出以更新該頻域干擾估測訊號向量。
  11. 如請求項9所述的裝置，其中該干擾估測單元另包含：一第一多工器，用以根據一第一選擇訊號輸出該總和值或該頻域干擾估測訊號向量；及一延遲單元，用以將該第一多工器之輸出延遲一預定時間後輸出以更新該頻域干擾估測訊號向量。
  12. 如請求項11所述的裝置，其中該干擾估測單元另包含：一第二多工器，用以根據一第二選擇訊號輸出一第一參數或一第二參數以更新該調整參數；其中該第一參數大於該第二參數，且該第一參數及該第二參數皆係大於零且小於一。
  13. 如請求項12所述的裝置，其中該干擾估測單元另根據該頻域訊號向量、該結果訊號及一啟動通知訊號產生該頻域干擾估測訊號向量，該啟動通知訊號對應於該訊號處理裝置之啟動。
  14. 如請求項13所述的裝置，其中該干擾估測單元另包含一控制單元，該控制單元用以根據至少該結果訊號的變化產生該第一選擇訊號；及用以根據該振幅值的變化產生該第二選擇訊號。
  15. 如請求項14所述的裝置，其中當該振幅值具超過有一定量的負值時，該錯誤偵測單元觸發該錯誤偵測控制訊號，以使該控制單元輸出該第二選擇訊號，從而使該第二多工器輸出該第一參數。
  16. 如請求項14所述的裝置，其中當該振幅值未具超過有一定量的負值時，該錯誤偵測單元解除該錯誤偵測控制訊號，以使該控制單元輸出該第二選擇訊號，從而使該第二多工器輸出該第二參數。
  17. 如請求項1或3所述的裝置，其中該偵測單元包含：一移動偵測單元，用以根據該干擾抑制頻域訊號向量產生一移動偵測訊號，其中該移動偵測訊號對應於該受測物體之移動；一開關單元用以當該移動偵測訊號對應於未偵測到該受測物體之移動時，輸出該干擾抑制頻域訊號向量；一生命跡象偵測單元，用以當該移動偵測訊號對應於未偵測到該受測物體之移動時，接收該干擾抑制頻域訊號向量，及用以根據該干擾抑制頻域訊號向量輸出一生命跡象偵測訊號，其中該生命跡象偵測訊號對應該受測物體之於一生命跡象；及一或閘單元，用以根據該移動偵測訊號及該生命跡象偵測訊號輸出該結果訊號；其中當偵測到該受測物體之移動或該生命跡象，該結果訊號對應於偵測到該受測物體。
  18. 一種訊號處理方法，包含：根據至少一數位訊號產生一頻域訊號向量，其中該至少一數位訊號包括一受測物體之移動資訊以及環境中一干擾造成之干擾訊號，且該頻域訊號向量係包括一時間區段之一頻域的能量值；根據該頻域訊號向量及一頻域干擾估測訊號向量執行一抑制運算以產生一干擾抑制頻域訊號向量，其中該干擾抑制頻域訊號向量中，該干擾於頻域的能量係被抑制；根據該頻域訊號向量產生一頻域干擾估測訊號向量，其中該頻域干擾估測訊號向量對應於該干擾於頻域的能量分佈；選擇性地提供一錯誤偵測控制訊號以調整更新該頻域干擾估測訊號向量的速度，其中是否提供該錯誤偵測控制訊號與該頻域干擾估測訊號向量是否包括該受測物體移動都卜勒能量有關；及根據該干擾抑制頻域訊號向量產生一結果訊號，其中該結果訊號係與該受測物體之移動資訊有關。
  19. 如請求項18所述之方法，其中另用以根據該頻域訊號及該頻域干擾估測訊號產生一振幅值。
  20. 一種訊號處理方法，包含：根據至少一數位訊號產生一頻域訊號向量，其中該至少一數位訊號包括一受測物體之移動資訊以及環境中一干擾造成之干擾訊號，且該頻域訊號向量係包括一時間區段之一頻域的能量值；根據該頻域訊號向量及一頻域干擾估測訊號向量執行頻譜扣除以產生一振幅值；根據該頻域干擾估測訊號向量及一偵測閾值產生一頻域偵測閾值向量；根據該頻域訊號向量產生該頻域干擾估測訊號向量，其中該頻域干擾估測訊號向量對應於該干擾於頻域的能量分佈；選擇性地提供一錯誤偵測控制訊號以調整更新該頻域干擾估測訊號向量的速度，其中是否提供該錯誤偵測控制訊號與該頻域干擾估測訊號向量是否包括該受測物體移動都卜勒能量有關；及根據該頻域訊號向量及該頻域偵測閾值向量產生一結果訊號，其中該結果訊號係與該受測物體之移動資訊有關。
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