TWI760251B - 物體偵測系統及方法 - Google Patents

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Abstract

本發明公開一種物體偵測系統及方法。物體偵測系統包括發射器、接收器以及處理電路。處理電路經配置以：控制發射器以預定場型朝向主波束方向在不同時間幀發射多個偵測訊號；控制接收器接收多個反射訊號；計算對應的多個接收功率、多個距離及多個速度；對該些距離及該些速度執行一分群流程，以找出對應主目標的接收功率、距離及速度； 執行關聯流程以追蹤主目標在不同時間幀下的距離及接收功率；及計算主目標的功率變化趨勢及距離變化趨勢，並依據功率變化趨勢及距離變化趨勢之間的關係判斷是否會發生預警事件。

Description

物體偵測系統及方法
本發明涉及一種物體偵測系統及方法，特別是涉及一種用於判斷是否會發生預警事件的物體偵測系統及方法。
雷達系統具有用於控制波形的射頻(RF)模組、發射器(TX)及接收器(RX)。雷達系統發射的訊號將撞擊物體並反射到接收器，並處理接收到的訊號，以判定訊號所撞擊到並反射回去的物體的範圍及速度。
在現有的雷達系統中，需要至少2個如圖1所示的接收器天線來判斷方位角及仰角的其中之一，且需要至少3個天線來同時判斷方位角及仰角。
再者，雷達系統具有射頻(Radio Frequency,RF)前端電路，以控制發射器及接收器，而針對上述多個天線，每個天線都需要一個類比數位轉換器電路以將類比訊號轉換為數位訊號，以供後端處理電路進一步處理，因此，射頻前端電路的增加將增加系統的成本和複雜性。
此外，當上述雷達系統作為車用雷達系統來應用時，為了進一步推測物體的軌跡，必須使用較為複雜的雷達系統並搭配攝影機，因此其成本與複雜度較高。
本發明所要解決的技術問題在於，針對現有技術的不足提供一種用於判斷是否會發生預警事件的物體偵測系統及方法。
為了解決上述的技術問題，本發明所採用的其中一技術方案是提供一種物體偵測系統，其包括一發射器、一接收器以及一處理電路。處理電路連接於該發射器及該接收器，經配置以：控制該發射器以一預定場型朝向一主波束方向在不同時間幀發射多個偵測訊號，其中該主波束方向係對應於該發射器經波束成形產生的該預定場型中的一主波束；控制該接收器接收該些偵測訊號反射產生的多個反射訊號；依據該些反射訊號計算對應的多個接收功率、多個距離及多個速度；對該些距離及該些速度執行一分群流程，以找出對應至少一主目標的該些接收功率、該些距離及該些速度；執行一關聯流程以追蹤該至少一主目標在不同時間幀下的該些距離及該些接收功率；及計算該至少一主目標的一功率變化趨勢及一距離變化趨勢，並依據該功率變化趨勢及該距離變化趨勢之間的關係判斷是否會發生預警事件。其中，響應於該距離變化趨勢指示該至少一主目標正在靠近，且該功率變化趨勢指示對應該至少一主目標的該些接收功率正在增加，則判斷會與該至少一主目標發生預警事件。
為了解決上述的技術問題，本發明所採用的另外一技術方案是提供一種物體偵測方法，適用於一偵測系統，該偵測系統包括一發射器、一接收器及一處理電路，方法包括配置該處理電路以：控制該發射器以一預定場型朝向一主波束方向在不同時間幀發射多個偵測訊號，其中該主波束方向係對應於該發射器經波束成形產生的該預定場型中的一主波束；控制該接收器接收該些偵測訊號反射產生的多個反射訊號；依據該些反射訊號計算對應的多個接收功率、多個距離及多個速度；對該些距離及該些速度執行一分群 流程，以找出對應至少一主目標的該些接收功率、該些距離及該些速度；執行一關聯流程以追蹤該至少一主目標在不同時間幀下的該些距離及該些接收功率；及計算該至少一主目標的一功率變化趨勢及一距離變化趨勢，並依據該功率變化趨勢及該距離變化趨勢之間的關係判斷是否會發生預警事件。其中，響應於該距離變化趨勢指示該至少一主目標正在靠近，且該功率變化趨勢指示對應該至少一主目標的該些接收功率正在增加，則判斷會與該至少一主目標發生預警事件。
本發明的其中一有益效果在於，本發明所提供的物體偵測系統及物體偵測方法，將允許推測物體的軌跡，而無需額外修改硬體，並且適用於不需要非常高精度地知道物體相對於發射器的角度的情況，以及適用多目標物體的情況。
本發明無需非常精確地判斷物體的角度，而可通過計算反射訊號的距離、物體與接收器之間的距離及接收到的功率等資訊，來判斷距離變化趨勢及功率變化趨勢的關係。當僅需要猜測物體是否形成障礙時，由於需要的天線數量較少，使得對應的射頻前端電路及類比數位轉換器的數量也較少，因此，本發明的物體偵測系統及物體偵測方法在成本及複雜性上均優於現有的系統。
為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與圖式，然而所提供的圖式僅用於提供參考與說明，並非用來對本發明加以限制。
1:物體偵測系統
10:發射器
12:接收器
14:處理電路
100:第一射頻前端電路
120:第二射頻前端電路
122:類比數位轉換器
140:偵測流程
142:分群流程
144:關聯流程
146:障礙偵測流程
C0:載具
C1、C2:群集
D1:主波束方向
D2、D3:方向
MB:主波束
O1、O2:主目標
Rx:接收天線
Tx:發射天線
圖1為根據本發明實施例繪示的物體偵測系統的功能方塊圖。
圖2為根據本發明實施例繪示的偵測流程的流程圖。
圖3為根據本發明實施例繪示的分群流程的流程圖。
圖4為根據本發明實施例繪示的關聯流程的流程圖。
圖5為根據本發明實施例繪示的障礙偵測流程的流程圖。
圖6為根據本發明實施例繪示的發射偵測訊號的示意圖。
圖7為依據本發明實施例繪示的分群流程及關聯流程的另一流程圖。
圖8為利用本發明實施例的分群流程對多個次目標進行分群的示意圖。
圖9A至圖9C分別為在主目標接近設置有發射器的載具但在發射器的主波束內，且不在撞擊路徑上的主目標，在不同時間幀下的距離、平均接收功率及通過線性迴歸(Linear regression)估計距離對功率的斜率變化曲線。
圖9D為通過皮爾森積動差相關係數估計距離對功率的相關性的示意圖。
圖10為根據本發明的實施例繪示，主目標為接近載具的過頂物體的偵測示意圖。
圖11為根據本發明的實施例繪示，主目標接近載具且在撞擊路線上的偵測示意圖。
圖12A至圖12C分別為在主目標接近設置有發射器的載具但在發射器的主波束內，且在撞擊路徑上的主目標，在不同時間幀下的距離、平均接收功率及通過線性迴歸估計距離對功率的斜率變化曲線。
圖12D為通過皮爾森積動差相關係數估計距離對功率的相關性的示意圖。
以下是通過特定的具體實施例來說明本發明所公開有關“物體偵測系統及方法”的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的優點與效果。本發明可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不背離本發明的構思下進行各種修改與變更。另外，本發明的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，事先聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本發明的保護範圍。另外，本文中所使用的術語“或”，應視實際情況可能包括相關聯的列出項目中的任一個或者多個的組合。
圖1為根據本發明實施例繪示的物體偵測系統的功能方塊圖。參閱圖1所示，本發明實施例提供一種物體偵測系統1，其包括發射器10、接收器12以及處理電路14。
發射器10可包括發射天線Tx及第一射頻(Radio Frequency,RF)前端電路100，接收器12可包括接收天線Rx、第二射頻前端電路120及類比數位轉換器122。
第一射頻前端電路100及第二射頻前端電路120分別用於控制發射器10及接收器12，可以整合在單個或多個晶片中。此外，類比數位轉換器122可電性連接於第二射頻前端電路120及處理電路14之間，以將類比訊號轉換為數位訊號，以供處理電路14進一步處理。
在本發明的實施例中，圖1所示的物體偵測系統1可以在僅有單一具有窄波束天線場型的接收器的前提下運作，從而減少了對射頻前端和類比數位轉換器的需求。其中，窄波束可由天線場型的波束寬度來定義，例如，在主波束方向(亦即，最大輻射方向)的兩側，輻射功率下降3dB的兩個方向的 夾角小於60度可視為窄波束，並且此窄波束特性將在以下實施例中用以偵測物體。
進一步，處理電路14可例如為是微控制器(microcontroller)、微處理器(microprocessor)、數位訊號處理器(digital signal processor，DSP)，處理電路14連接於發射器10及接收器12。
在本發明的實施例中，處理電路14可用於執行偵測流程140、分群流程142、關聯流程144及障礙偵測流程146。大致上來說，偵測流程140主要用於傳送偵測訊號，接收並處理反射的偵測訊號，分群流程142則是基於相似程度將處理的結果進行分群，關聯流程144則是用於將分群的結果進行比較後取出可能的主目標，而障礙偵測流程146是用於分析是否可能與主目標發生預警事件。
以下將一併參考圖2至圖5來說明本發明的物體偵測方法，其適用於圖1的物體偵測系統1，但本發明不限於此。圖2為根據本發明實施例繪示的偵測流程的流程圖，圖3為根據本發明實施例繪示的分群流程的流程圖，圖4為根據本發明實施例繪示的關聯流程的流程圖，圖5為根據本發明實施例繪示的障礙偵測流程的流程圖。
如圖2所示，偵測流程140包括配置處理電路14以執行以下步驟：
步驟S20：控制發射器10以預定場型朝向主波束方向在不同時間幀發射多個偵測訊號。此處，不同時間幀可例如為以一預定週期為循環發射多個偵測訊號，或是基於可變的週期來發射偵測訊號。
其中，可參考圖6所示，其為根據本發明實施例繪示的發射偵測訊號的示意圖。如圖所示，發射器10可設置在載具C0上，而主波束方向D1係對應於發射器10經波束成形產生的預定場型中的主波束MB，且前述的窄波束特性指的是由主波束MB的波束寬度來定義，例如，在主波束方向(亦即，最大 輻射方向)D1的兩側，輻射功率下降3dB的兩個方向D2及D3之間的夾角小於60度。
步驟S21：控制接收器12接收該些偵測訊號反射產生的多個反射訊號。
步驟S22：依據該些反射訊號計算對應的多個接收功率、多個距離及多個速度。相比既有技術需要多根天線且需要偵測角度，在本發明的實施例中，由於系統架構簡易，偵測流程140並不測量反射訊號的入射角度，而僅計算反射訊號對應的接收功率、距離及速度。
進一步，如圖3所示，分群流程142包括配置處理電路14以執行以下步驟：
步驟S30：對該些距離及該些速度執行分群流程，以找出對應至少一主目標的該些接收功率、該些距離及該些速度。
詳細而言，當多個偵測訊號反射時返回的多個反射訊號將被接收器12接收後，經處理後會產生多個次目標的對應資訊，因此，需要對該些次目標的資訊進行分組以找出對應主目標的資訊。
因此，分群流程包括進一步包括下列步驟：
步驟S31：針對每個時間幀，基於該些速度及該些距離的相似程度，將該些次目標進行分群，以找出主目標對應的一組次目標。
步驟S32：針對每個時間幀，將該些次目標進行平均，以作為主目標的接收功率。
因此，上述分群流程142將基於相似的距離及速度形成一或多個偵測組，且當每個偵測組可視為對應於一個主目標，而對應此主目標的接收功率將進行平均並儲存。此外，由於針對每個時間幀進行分群，因此若主目標在不同的時間幀具有不同的距離，進而得知主目標是否相對於接收器12(或 設置有接收器的載具)移動。
進一步，如圖4所示，關聯流程144包括配置處理電路14以執行以下步驟：
步驟S40：執行關聯流程144以追蹤主目標在不同時間幀下的距離、接收功率及速度。
詳細而言，關聯流程144將在一當前時間幀追蹤新的一組次目標，並與前一時間幀內所偵測的次目標組進行比較。關聯流程144可根據距離及速度，將當前時間幀內的該組次目標與前一時間幀內最有可能的次目標組配對。換言之，關聯流程144主要用於追蹤主目標的歷程，以使雷達系統能夠根據接收的距離、速度、角度及接收的功率來追蹤主目標。
因此，關聯流程144可進一步包括下列步驟：
步驟S41：將不同時間幀下經過分組的該些次目標進行比較。
步驟S42：基於速度及距離將第二時間幀及第一時間幀中所分的組進行配對。
步驟S43：追蹤主目標分別於第一時間幀及第二時間幀中對應的該些次目標。
基於上述說明，可在分群流程142及關聯流程144中加入判斷基準，可進一步參考圖7，圖7為依據本發明實施例繪示的分群流程142及關聯流程144的另一流程圖。
如圖7所示，分群流程142及關聯流程144可包括下列步驟：
步驟S700：初始化距離門檻值及速度門檻值，並開始為所有次目標(例如，由1至N)設定分群參數。
步驟S701：設定計數值i=1。
步驟S702：設定計數值j=i+1。
步驟S703：判斷第i個次目標的距離與第j個次目標的距離之間的絕對差值是否小於距離門檻值。
響應於第i個次目標的距離與第j個次目標的距離之間的絕對差值小於距離門檻值，進入步驟S704：判斷第i個次目標的速度與第j個次目標的速度之間的絕對差值是否小於速度門檻值。
響應於第i個次目標的速度與第j個次目標的速度之間的絕對差值小於速度門檻值，進入步驟S705：將第i個次目標與第j個次目標分為同一組。
步驟S706：設定計數值j=j+1。
響應於在步驟S703中，第i個次目標的距離與第j個次目標的距離之間的絕對差值不小於距離門檻值，以及響應於在步驟S704中，第i個次目標的速度與第j個次目標的速度之間的絕對差值不小於速度門檻值，進入步驟S706。
步驟S707：判斷j是否大於N。
響應於j不大於N，回到步驟S702。響應於j大於N，進入步驟S708：設定計數值i=i+1。
步驟S709：判斷i是否大於N。
響應於i不大於N，回到步驟S701。
響應於i大於N，代表分群流程結束，進入步驟S710。需要說明的，分群流程後的組則對應於先前步驟提到的主目標。
詳細而言，在上述步驟中，由於雷達的距離解析度有限，對相同的物體可能會接收到多個反射訊號，換言之，這些反射訊號對應於多個次目標，但可能來自同一主目標。換言之，通過設定距離門檻值，如果不同次目標之間的距離(即使來自不同的物體)小於距離門檻值，則將兩者分為同一組，亦即，將兩個次目標視為來自同一主目標。
另一方面，即便是在多目標存在的狀況，亦可通過分群流程142及關聯流程144分辨多個主目標，進而在後續的障礙偵測流程146中判斷是否會與任何偵測到的主目標發生預警事件。
上述流程解釋了檢測到的不同次目標如何根據距離及速度形成一個群集，如果不同的次目標具有匹配的距離及速度，則可視為來自相同的主目標。
可進一步參考圖8，其為利用本發明實施例的分群流程對多個次目標進行分群的示意圖。如圖8所示，圖中顯示兩個物體以及檢測到的多個次目標。其中，”+”代表從第一個物體檢測到的次目標，”*”代表從第二個物體檢測到的次目標。這兩個物體之間的區別在於速度。從時間1到時間2，可以見到，第一個物體移動的比第二個物體更遠。
而通過執行步驟S700至S709，可將所有檢測到的次目標進行距離與速度的比較，而後形成不同的群集。
例如，由於該等次目標”+”具有類似的距離及速度，因此將被分在同一個群集C1中，而由於該等次目標”*”具有類似的距離及速度，因此將被分在同一個群集C2中。在本實施例中，僅需距離及速度資訊即可完成上述分群流程，角度資訊則非必須的。
然而，為了進一步追蹤已經偵測到的主目標，亦即，通過關聯流程追蹤分群結果，需進一步執行以下步驟。
步驟S710：針對所有的次目標，將相同群集的關聯功率值Power設定為該群集中的功率最大值。
舉例而言，假設從一個物體檢測到3個次目標，分別具有距離r1、r2、r3、功率p1、p2、p3及速度v1、v2、v3，其中，距離大小關係為r1>r2>r3，功率大小關係為p2>p1>p3。
而步驟S710的目的是將此3個次目標中的最大功率來代表此群集，換言之，將此群集的關聯功率值ASS_Power設定為最大的功率p2，其原因在於最大功率通常代表該次目標具有比較高的準確性。
步驟S711：針對所有的次目標，將相同群集的關聯距離值ASS_Range設定為該群集中的距離最小值。例如，將此群集的關聯距離值ASS_Range設定為最短的距離r1，而最短距離可在判斷是否會發生預警事件時，確保偵測到是目標物體離偵測點的最近距離。
步驟S712：針對所有的次目標，將相同群集的關聯速度值ASS_Velocity設定為該群集中的所有次目標的速度的平均。例如，將此群集的關聯速度值ASS_Velocity設定為速度(v1+v2+v3)/3。
步驟S713：基於前一時間幀獲得的群集的關聯距離值及關聯速度值，以用於追蹤群集的關聯關係式估計出當前時間幀的預測距離。
亦即，關聯關係式可由下式(1)表示：RangePredicted=RangePrevious+ASS_Velocity *Timecycle...式(1)；其中，RangePredicted為當前時間幀的預測距離，RangePrevious為前一時間幀的距離，Timecycle為時間幀的長度，ASS_Velocity為前一時間幀的平均速度值。
步驟S714：若當前時間幀的預測距離及前一時間幀的關聯速度值與當前時間幀所獲得的任何群集的關聯距離值及關聯速度值相符，則通過處理電路將相符的該群集的資訊更新為關聯距離值、關聯功率值及關聯速度值。其中，所謂更新是通過處理電路14將前一時間幀已經判斷相符或已經關聯中的群集的資訊(例如前一時間幀的關聯距離值、關聯功率值及關聯速度值)更新為當前時間幀下判斷相符的群集的(當前時間幀下的)關聯距離值、關聯功率值及關聯速度值。
詳細而言，可參考圖8，在時間1，計算了群集的功率、距離及速度，並執行上述步驟S710、S711及S712，以形成了時間1下定義出的次目標”+”形成的群集C1以及次目標”*”形成的群集C2。
並且，執行步驟S713之後，可計算出用於估計群集C1及群集C2的預測距離及速度。
到了時間2時，類似的，計算群集的功率、距離及速度，通過上述步驟S710、S711及S712，以形成了時間2下定義出的次目標”+”形成的群集C1以及次目標”*”形成的群集C2。
接著，在時間1估計的預測距離及速度可用於與時間2偵測到的每個群集的距離(關聯距離值Ass_Range)及速度(關聯速度值Ass_Velocity)進行比較，若相符則根據相應的群集獲得新的距離、速度及功率。
請復參考圖5，關聯流程144之後，本發明的物體偵測方法進入障礙偵測流程146。如圖5所示，障礙偵測流程146包括配置處理電路14以執行下列步驟：
步驟S50：計算主目標的功率變化趨勢及距離變化趨勢。
步驟S51：依據功率變化趨勢及距離變化趨勢之間的關係判斷是否會發生預警事件。
響應於距離變化趨勢指示主目標正在靠近，且功率變化趨勢指示對應主目標的該些接收功率正在增加，則進入步驟S52：判斷會與主目標發生預警事件。
響應於該距離變化趨勢指示主目標正在靠近，且功率變化趨勢指示對應主目標的接收功率正在減少，則進入步驟S53：判斷不會發生預警事件。
此外，響應於距離變化趨勢指示主目標正在遠離，則進入步驟S53：判斷不會發生預警事件。
詳細而言，在步驟S50中，可配置處理電路14以通過線性迴歸(Linear regression)、邏輯迴歸(Logistic regression)、套索迴歸(Lasso regression)或分類演算法來計算該功率變化趨勢及該距離變化趨勢之間的關係。
以線性迴歸來舉例，線性迴歸是一種對因變量之間的關係進行建模的技術，該建模技術可用於判斷主目標的接收功率及距離之間的關係。
線性方程可以表示為y(功率)=ax(距離)+b...式(1)；對於y=ax+b，如果給定的觀測值為{(x1，y1)，(x2，y2)，...，(xN，yN)}。當在本實施例中採用線性迴歸時，xn和yn是在雷達的視野內偵測到並進行追蹤的第n個時間幀內，所追蹤到主目標的距離及平均接收功率。
每個觀察值及其線性預測的誤差為：{(y1-(ax1+b)),(y2-(ax2+b)),…,(yN-(axN+b))}。
預測誤差E的平方均值可以寫為：
Figure 110122838-A0305-02-0016-1
Figure 110122838-A0305-02-0016-2
 相對於a的E(a,b)最小化將產生下式(4)：
Figure 110122838-A0305-02-0016-3
Figure 110122838-A0305-02-0016-4
Figure 110122838-A0305-02-0016-5
Figure 110122838-A0305-02-0016-6
 相對於b的E(a,b)最小化將產生以下方程式。
Figure 110122838-A0305-02-0016-7
Figure 110122838-A0305-02-0016-8
Figure 110122838-A0305-02-0016-9
Figure 110122838-A0305-02-0017-10
 通過求解式(7)、(11)，可以找到a及b的值：
Figure 110122838-A0305-02-0017-11
Figure 110122838-A0305-02-0017-12
 式(12)和(13)也可以寫成：
Figure 110122838-A0305-02-0017-13
Figure 110122838-A0305-02-0017-14
 式(12)和(13)顯示了一次性的從N個時間幀內收集的距離及功率測量斜率及截距的方式。可以使用式(14)和(15)逐時間幀完成此操作，例如，每個時間幀獲取新的距離及功率資訊，並計算斜率及截距。
其中，在每個時間幀中計算斜率，而非在結束時才計算。如果斜率a為正值，則該主目標將不會與設置有發射器10的載具發生碰撞，並且不會發出警報。而如果斜率a為負，則將發出警報。
請進一步參考圖9A至圖9C及圖10，圖9A至圖9C分別為在主目標接近設置有發射器10的載具但在發射器10的主波束內，且不在撞擊路徑上的主目標，在不同時間幀下的距離、平均接收功率及通過線性迴歸估計距離對功率的斜率變化曲線。圖10為根據本發明的實施例繪示，主目標O1為接近載具C0的過頂物體的偵測示意圖。
在圖10的情況下，如圖9A所示，主目標的距離隨時間變化而遞減，然而，如圖9B所示，主目標的平均接收功率同樣隨時間變化而遞減，進一步以線性迴歸進行估計，可知斜率為正，因此，此斜率顯示距離及功率具有相同變化趨勢，然而，功率變化趨勢指示對應主目標的接收功率正在減少，代表該主目標正遠離發射器10的主波束，因此不會發生預警事件。
此外，除了使用線性迴歸來估計功率變化趨勢與距離變化趨勢之間的關係以外，亦可使用皮爾森積動差相關係數(Pearson correlation coefficient)來估計此關係。
在本發明的實施例中，可將皮爾森相關係數r方程式改寫如下式(16)所示：
Figure 110122838-A0305-02-0018-15
 上述式(16)用於判斷變量之間的關係。前述的線性迴歸通過取得斜率來判斷變量之間的關係，與之不同的，相關性rxy將解釋變量是如何相對的，還可以解釋判斷主目標所需的變量是直接相關還是反向相關。
相關係數的範圍是-1至1。其中，當相關係數的值為1，表示線性方程式完美地描述了兩個變量X和Y之間的關係，所有數據點都位於Y隨X的增加而增加的一條直線上。當相關係數的值為-1，則表示所有數據點都位於Y隨X的增加而減小的另一條直線上。當相關係數的值為為0，表示變量之間沒有線性關係。
以下將針對圖10的實施例，使用Pearson的相關係數來判斷距離變化趨勢及功率變化趨勢之間的關係。
請參考圖9D，其為通過皮爾森積動差相關係數估計距離對功率的相關性的示意圖。其中，圖9D估計得到的皮爾森相關係數rxy(其中橫軸x為距離，縱軸y為功率)為0.8792，換言之，不在碰撞路徑中的物體將具有正相關值，且此正相關代表距離及功率具有相同變化趨勢，此結論與圖9C是相同的。
請進一步參考圖11、圖12A至圖12C。圖11為根據本發明的實施例繪示，主目標O2接近載具且在撞擊路線上的偵測示意圖，圖12A至圖12C分別為圖11所示，在主目標接近設置有發射器10的載具C0但在發射器10的主波 束MB內，且在撞擊路徑上的主目標O2，在不同時間幀下的距離、平均接收功率及通過線性迴歸估計距離對功率的斜率變化曲線。
在圖11的情況下，如圖12A所示，主目標的距離隨時間變化而遞減，且如圖12B所示，主目標的平均接收功率隨時間變化而遞增，進一步以線性迴歸進行估計，可知斜率為負，因此，此斜率顯示距離及功率具有不同變化趨勢，而由於距離遞減且功率遞增，因此代表該主目標正沿著發射器10的主波束方向接近載具C0，因此判定會發生預警事件。
類似的，請參考圖12D，其為通過皮爾森積動差相關係數估計距離對功率的相關性的示意圖。其中，圖12D估計得到的皮爾森相關係數rxy(其中橫軸x為距離，縱軸y為功率)為-0.83194，換言之，在碰撞路徑中的物體將具有負相關值，且此負相關代表距離及功率具有不同變化趨勢，此結論與圖11C是相同的。
[實施例的有益效果]
本發明的其中一有益效果在於，本發明所提供的物體偵測系統及物體偵測方法，將允許推測物體的軌跡，而無需額外修改硬體，並且適用於不需要非常高精度地知道物體相對於發射器的角度的情況，以及適用多目標物體的情況。
本發明無需非常精確地判斷物體的角度，而可通過計算反射訊號的距離、物體與接收器之間的距離及接收到的功率等資訊，來判斷距離變化趨勢及功率變化趨勢的關係。當僅需要猜測物體是否形成障礙時，由於需要的天線數量較少，使得對應的射頻前端電路及類比數位轉換器的數量也較少，因此，本發明的物體偵測系統及物體偵測方法在成本及複雜性上均優於現有的系統。
以上所公開的內容僅為本發明的優選可行實施例，並非因此侷 限本發明的申請專利範圍，所以凡是運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的申請專利範圍內。
1:物體偵測系統
10:發射器
12:接收器
14:處理電路
100:第一射頻前端電路
120:第二射頻前端電路
122:類比數位轉換器
140:偵測流程
142:分群流程
144:關聯流程
146:障礙偵測流程
Rx:接收天線
Tx:發射天線

Claims (18)

  1. 一種物體偵測系統，其包括：一發射器；一接收器；以及一處理電路，連接於該發射器及該接收器，經配置以：控制該發射器以一預定場型朝向一主波束方向在不同時間幀發射多個偵測訊號，其中該主波束方向係對應於該發射器經波束成形產生的該預定場型中的一主波束；控制該接收器接收該些偵測訊號反射產生的多個反射訊號；依據該些反射訊號計算對應的多個接收功率、多個距離及多個速度；對該些距離及該些速度執行一分群流程，以找出對應至少一主目標的該些接收功率、該些距離及該些速度；執行一關聯流程以追蹤該至少一主目標在不同時間幀下的該些距離及該些接收功率；及計算該至少一主目標的一功率變化趨勢及一距離變化趨勢，並依據該功率變化趨勢及該距離變化趨勢之間的關係判斷是否會發生一預警事件，其中，響應於該距離變化趨勢指示該至少一主目標正在靠近，且該功率變化趨勢指示對應該至少一主目標的該些接收功率正在增加，則判斷會與該至少一主目標發生該預警事件。
  2. 如請求項1所述的偵測系統，其中該發射器包括一第一射頻前端電路，該接收器包括一第二射頻前端電路及一類比數位轉換器。
  3. 如請求項1所述的偵測系統，其中該處理電路更經配置以通 過線性迴歸(Linear regression)、邏輯迴歸(Logistic regression)、套索迴歸(Lasso regression)或分類演算法來計算該功率變化趨勢及該距離變化趨勢之間的關係。
  4. 如請求項1所述的偵測系統，其中該些反射訊號對應於多個次目標，該分群流程包括：針對每個時間幀，基於該些速度及該些距離的相似程度，將該些次目標進行分群，以找出該至少一主目標對應的該些次目標的至少一群集；針對每個時間幀，將該些次目標進行平均，以作為該至少一主目標的該接收功率。
  5. 如請求項4所述的偵測系統，其中該關聯流程包括：將不同時間幀下經過分群的該些次目標進行比較；基於該些速度及該些距離將一第二時間幀及一第一時間幀中所分的該至少一群集進行配對；以及追蹤該至少一主目標分別於該第一時間幀及該第二時間幀中對應的該些次目標。
  6. 如請求項4所述的偵測系統，其中該至少一主目標的該功率變化趨勢是根據不同時間幀下的追蹤的該些次目標對應的該些接收功率進行平均產生的多個平均功率計算的。
  7. 如請求項5所述的偵測系統，其中該關聯流程包括：針對該些次目標，取得該至少一群集在該第一時間幀的一第一關聯功率值、一第一關聯距離值及一第一關聯速度值；基於該第一時間幀獲得的該至少一群集中的該第一關聯距離值及該第一關聯速度值，以一關聯關係式估計出該至少一群集於該第二時間幀的一預測距離；針對該些次目標，取得該至少一群集在該第二時間幀的一第二關聯功率值、一第二關聯距離值及一第二關聯速度值；以 及判斷該預測距離及該第一關聯速度值是否與該第二關聯距離值及該第二關聯速度值相符，若是，該處理電路將相符的該至少一群集的資訊更新為該第二關聯距離值、該第二關聯功率值及該第二關聯速度值。
  8. 如請求項7所述的偵測系統，其中取得該至少一群集的該第一關聯功率值、該第一關聯距離值及該第一關聯速度值的步驟包括：將該至少一群集的該第一關聯功率值設定為該至少一群集中的該些次目標在該第一時間幀的功率最大值；針對該些次目標，將該至少一群集的該第一關聯距離值設定為該至少一群集中的該些次目標中在該第一時間幀的距離最小值；以及針對該些次目標，將該至少一群集的一第一關聯速度值設定為該至少一群集中的該些次目標在該第一時間幀的速度的平均值。
  9. 如請求項1所述的偵測系統，其中，響應於該距離變化趨勢指示該至少一主目標正在靠近，且該功率變化趨勢指示對應該至少一主目標的該些接收功率正在減少，則判斷不會發生該預警事件；以及響應於該距離變化趨勢指示該至少一主目標正在遠離，則判斷不會發生該預警事件。
  10. 一種物體偵測方法，適用於一偵測系統，該偵測系統包括一發射器、一接收器及一處理電路，方法包括配置該處理電路以：控制該發射器以一預定場型朝向一主波束方向在不同時間幀發射多個偵測訊號，其中該主波束方向係對應於該發射器 經波束成形產生的該預定場型中的一主波束；控制該接收器接收該些偵測訊號反射產生的多個反射訊號；依據該些反射訊號計算對應的多個接收功率、多個距離及多個速度；對該些距離及該些速度執行一分群流程，以找出對應至少一主目標的該些接收功率、該些距離及該些速度；執行一關聯流程以追蹤該至少一主目標在不同時間幀下的該些距離及該些接收功率；及計算該至少一主目標的一功率變化趨勢及一距離變化趨勢，並依據該功率變化趨勢及該距離變化趨勢之間的關係判斷是否會發生一預警事件，其中，響應於該距離變化趨勢指示該至少一主目標正在靠近，且該功率變化趨勢指示對應該至少一主目標的該些接收功率正在增加，則判斷會與該至少一主目標發生該預警事件。
  11. 如請求項10所述的偵測方法，其中該發射器包括一第一射頻前端電路，該接收器包括一第二射頻前端電路及一類比數位轉換器。
  12. 如請求項10所述的偵測方法，其中該處理電路更經配置以通過線性迴歸、邏輯迴歸、套索迴歸(Lasso regression)或分類演算法來計算該功率變化趨勢及該位移變化趨勢之間的關係。
  13. 如請求項10所述的偵測方法，其中該些反射訊號對應於多個次目標，該分群流程包括：針對每個時間幀，基於該些速度及該些距離的相似程度，將該些次目標進行分群，以找出該至少一主目標對應的該些次目標的至少一群集； 針對每個時間幀，將該些次目標進行平均，以作為該至少一主目標的該接收功率。
  14. 如請求項13所述的偵測方法，其中該關聯流程包括：將不同時間幀下經過分群的該些次目標進行比較；基於該些速度及該些距離將一第二時間幀及一第一時間幀中所分的該至少一群集進行配對；以及追蹤該至少一主目標分別於該第一時間幀及該第二時間幀中對應的該些次目標。
  15. 如請求項13所述的偵測方法，其中該至少一主目標的該功率變化趨勢是根據不同時間幀下的追蹤的該些次目標對應的該些接收功率進行平均產生的多個平均功率計算的。
  16. 如請求項14所述的偵測方法，其中該關聯流程包括：針對該些次目標，取得該至少一群集在該第一時間幀的一第一關聯功率值、一第一關聯距離值及一第一關聯速度值；基於該第一時間幀獲得的該至少一群集中的該第一關聯距離值及該第一關聯速度值，以一關聯關係式估計出該至少一群集於該第二時間幀的一預測距離；針對該些次目標，取得該至少一群集在該第二時間幀的一第二關聯功率值、一第二關聯距離值及一第二關聯速度值；以及判斷該預測距離及該第一關聯速度值是否與該第二關聯距離值及該第二關聯速度值相符，若是，將相符的該至少一群集的資訊更新為該第二關聯距離值、該第二關聯功率值及該第二關聯速度值。
  17. 如請求項16所述的偵測方法，其中取得該至少一群集的該第一關聯功率值、該第一關聯距離值及該第一關聯速度值的步驟包括： 將該至少一群集的該第一關聯功率值設定為該至少一群集中的該些次目標在該第一時間幀的功率最大值；針對該些次目標，將該至少一群集的該第一關聯距離值設定為該至少一群集中的該些次目標中在該第一時間幀的距離最小值；以及針對該些次目標，將該至少一群集的一第一關聯速度值設定為該至少一群集中的該些次目標在該第一時間幀的速度的平均值。
  18. 如請求項10所述的偵測方法，其中，響應於該距離變化趨勢指示該至少一主目標正在靠近，且該功率變化趨勢指示對應該至少一主目標的該些接收功率正在減少，則判斷不會發生該預警事件；以及響應於該距離變化趨勢指示該至少一主目標正在遠離，則判斷不會發生該預警事件。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120235855A1 (en) * 2011-03-18 2012-09-20 University Of Florida Research Foundation Inc. Advanced low power personnel/vehicle detecting radar
TWM526687U (zh) * 2016-03-31 2016-08-01
TW201721174A (zh) * 2015-09-23 2017-06-16 英特爾智財公司 用於高準確度距離及定向測量的裝置及方法
CN107437322A (zh) * 2016-05-25 2017-12-05 北京京东尚科信息技术有限公司 移动终端、移动终端危险监测装置及方法
US20170363735A1 (en) * 2016-06-17 2017-12-21 Fujitsu Ten Limited Radar device and peak processing method
US20210134156A1 (en) * 2019-11-01 2021-05-06 Lg Electronics Inc. Vehicle having dangerous situation notification function and control method thereof

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120235855A1 (en) * 2011-03-18 2012-09-20 University Of Florida Research Foundation Inc. Advanced low power personnel/vehicle detecting radar
TW201721174A (zh) * 2015-09-23 2017-06-16 英特爾智財公司 用於高準確度距離及定向測量的裝置及方法
TWM526687U (zh) * 2016-03-31 2016-08-01
CN107437322A (zh) * 2016-05-25 2017-12-05 北京京东尚科信息技术有限公司 移动终端、移动终端危险监测装置及方法
US20170363735A1 (en) * 2016-06-17 2017-12-21 Fujitsu Ten Limited Radar device and peak processing method
US20210134156A1 (en) * 2019-11-01 2021-05-06 Lg Electronics Inc. Vehicle having dangerous situation notification function and control method thereof

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