TWI780543B - 頻率轉換式頻率調制自我注入鎖定雷達 - Google Patents

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Abstract

一種頻率轉換式頻率調制自我注入鎖定雷達包含一自我注入鎖定振盪單元、一頻率轉換單元、一天線單元、一解調單元及一運算單元，該自我注入鎖定振盪單元輸出一振盪訊號，該頻率轉換單元將該振盪訊號轉換為一頻率調制連續波訊號，該天線單元將該頻率調制連續波訊號發射為一發射訊號至一區域並接收該區域反射之一反射訊號為一接收訊號，該頻率轉換單元將該接收訊號轉換為一注入訊號並注入該自我注入鎖定振盪單元，該解調單元對該振盪訊號解調而得到一同相解調訊號及一正交解調訊號，該運算單元藉由該同相解調訊號及該正交解調訊號求得一基頻訊號，並對該基頻訊號進行頻譜分析以求得頻域之該基頻訊號中至少一音調之一相位及一頻率，且該運算單元根據該音調之該相位及該頻率判斷該音調是對應一個物體或多個物體。

Description

頻率轉換式頻率調制自我注入鎖定雷達
本發明是關於一種自我注入鎖定雷達，特別是關於一種頻率轉換式頻率調制自我注入鎖定雷達。
自我注入鎖定雷達是一種將物體反射之訊號注入鎖定壓控振盪器，使壓控振盪器處於自我注入鎖定狀態而對物體之細微震動具有極高靈敏度的感測雷達，其相當適用於進行生物體之生理徵象的偵測。但由於自我注入鎖定雷達是透過壓控振盪器在注入鎖定時發生的頻率變化得知物體細微震動之頻率，因此，一般自我注入鎖定雷達僅能針對單一個生物體進行生理徵象的偵測。
頻率調制連續波雷達則是一種距離感測雷達，其發射一頻率隨時間改變之發射訊號至物體並接收物體反射之訊號，由於物體反射之訊號的頻率也隨著時間改變，因此，只要計算發射訊號與反射訊號間的頻率差即可計算得知物體與雷達之間的距離，且頻率調制連續波雷達可同時偵測多個物體之距離。但由於頻率調制連續波雷達因為頻寬的限制有著距離解析度不佳的問題，若在該頻率調制連續波雷達的距離解析度內有著不只單一個物體時，兩個物體在頻率調制連續波雷達解調後的頻譜中會呈現在同一音調(Tone)中而無法感測。
因此，如何結合自我注入鎖定雷達對細微振動之高靈敏度以及頻率調制連續波雷達之多物體偵測的優點，並改善距離解析度的問題，為多生物體之生理徵象感測所需克服的瓶頸。
本發明的主要目的是藉由頻率轉換單元對自我注入鎖定振盪單元輸出之振盪訊號進行頻率轉換後發射至區域，並對接收之接收訊號進行頻率轉換後注入自我注入鎖定振盪單元，而能夠結合自我注入鎖定雷達及頻率調制連續波雷達的優點，達成多生物體生理徵象感測之功效。此外，藉由頻域之基頻訊號之音調的頻率及相位之間的關係判斷單一個音調是對應單一個物體或是多個物體，可減少後續分析所需運算之數據量，以提高計算效率與正確度，並可改善頻率轉換式頻率調制自我注入鎖定雷達的距離解析度。
一種頻率轉換式頻率調制自我注入鎖定雷達包含一自我注入鎖定振盪單元、一頻率轉換單元、一天線單元、一解調單元及一運算單元，該自我注入鎖定振盪單元輸出一振盪訊號，該頻率轉換單元耦接該自我注入鎖定振盪單元以接收該振盪訊號，該頻率轉換單元用以將該振盪訊號轉換為一頻率調制連續波訊號，該天線單元耦接該頻率轉換單元以接收該頻率調制連續波訊號，該天線單元用以將該頻率調制連續波訊號發射為一發射訊號至一區域，該天線單元接收該區域反射之一反射訊號為一接收訊號，該頻率轉換單元接收該接收訊號並將該接收訊號轉換為一注入訊號，該注入訊號注入該自我注入鎖定振盪單元，使該自我注入鎖定振盪單元處於一自我注入鎖定狀態(Self-injection-locked state)，該解調單元耦接該自我注入鎖定振盪單元以接收該振盪訊號，且該解調單元用以對該振盪訊號解調而得到一同相解調訊號及一正交解調訊號，該運算單元耦接該解調單元以接收該同相解調訊號及該正交解調訊號，該運算單元藉由該同相解調訊號及該正交解調訊號求得一基頻訊號，並對該基頻訊號進行頻譜分析，以求得頻域之該基頻訊號中至少一音調之一相位及一頻率，且該運算單元根據該音調之該相位及該頻率判斷該音調是對應一個物體或多個物體。
本發明藉由該運算單元對該基頻訊號進行頻譜分析，以得到頻域之該基頻訊號中各個音調對應之該頻率及相位，該運算單元即可透過各該音調之該頻率及相位之間的關係分析各該音調是否只對應單一個物體，藉此設定超解析度演算法需要處理之頻率區間，以減少後續超解析度演算法所需處理之數據量而大幅改善該頻率轉換式頻率調制連續波雷達之距離解析度。
請參閱第1圖，其為本發明之一實施例，一種頻率轉換式頻率調制自我注入鎖定雷達100的功能方塊圖，該頻率轉換式頻率調制自我注入鎖定雷達100具有一自我注入鎖定振盪單元110、一頻率轉換單元120、一天線單元130、一解調單元140及一運算單元150。
請參閱第1及2圖，在本實施例中，該自我注入鎖定振盪單元110為一壓控振盪器，該壓控振盪器接收一控制電壓(圖未繪出)而輸出一振盪訊號S out，該振盪訊號S out經由一耦合器160分為兩路，其中一路之該振盪訊號S out1傳送至該頻率轉換單元120，另一路之該振盪訊號S out2傳送至該解調單元140。
請參閱第2圖，該頻率轉換單元120經由該耦合器160耦接該自我注入鎖定振盪單元110以接收其中一路之該振盪訊號S out1，且該頻率轉換單元120用以將該振盪訊號S out1轉換為一頻率調制連續波訊號S FMCW。請參閱第2圖，該頻率轉換單元120具有一本地振盪源121、一升頻混頻器122、一降頻混頻器123及一功率分配器124，其中，該本地振盪源121為一壓控振盪器，且該本地振盪源121接收一掃描訊號S scan並受其控制，使該本地振盪源121輸出之一本地振盪訊號S LO為頻率隨時間變化之頻率調制訊號，在本實施例中，該掃描訊號S scan為一鋸齒波，或在其他實施例中，該掃描訊號S scan亦可為其他電壓隨時間變化之訊號。該本地振盪訊號S LO之頻率可表示為：
Figure 02_image001
Figure 02_image003
為該本地振盪訊號S LO之頻率，
Figure 02_image005
為該本地振盪源121的一中心頻率，
Figure 02_image007
為該本地振盪源121的一頻率調整靈敏度，
Figure 02_image009
為該掃描訊號S scan。
請參閱第2圖，該功率分配器124電性連接該本地振盪源121以接收該本地振盪訊號S LO，該功率分配器124將該本地振盪訊號S LO分為兩路，該升頻混頻器122電性連接該耦合器160及該功率分配器124以接收其中一路之該振盪訊號S out1及該本地振盪訊號S LO1，且該升頻混頻器122將該振盪訊號S out1及該本地振盪訊號S LO1混頻而將該振盪訊號S out1升頻為該頻率調制連續波訊號S FMCW。
請參閱第1圖，該天線單元130耦接該頻率轉換單元120以接收該頻率調制連續波訊號S FMCW，該天線單元130用以將該頻率調制連續波訊號S FMCW發射為一發射訊號S T至一區域A，若該區域A中具有至少一物體，則該物體會反射一反射訊號S R，該天線單元130接收該區域A反射之該反射訊號S R為一接收訊號S r。請參閱第2圖，在本實施例中，該天線單元130具有一發射天線131及一接收天線132，該發射天線131電性連接該升頻混頻器122以接收該頻率調制連續波訊號S FMCW，且該發射天線131將該頻率調制連續波訊號S FMCW發射為該發射訊號S T至該區域A，該接收天線132接收該區域A反射之該反射訊號S R為該接收訊號S r。其中該發射訊號S T的頻率可表示為：
Figure 02_image011
Figure 02_image013
為該發射訊號S T的頻率，
Figure 02_image015
為該振盪訊號S out1的頻率。
請參閱第2圖，該降頻混頻器123電性連接該接收天線132及該功率分配器124以接收該接收訊號S r及另一路之該本地振盪訊號S LO2，該降頻混頻器123將該接收訊號S r及該本地振盪訊號S LO2混頻而將該接收訊號S r降頻為一注入訊號S inj，且該降頻混頻器123將該注入訊號S inj注入該自我注入鎖定振盪單元110，使該自我注入鎖定振盪單元110處於一自我注入鎖定狀態(Self-injection-locked state)。其中，處於自我注入鎖定狀態之該自我注入鎖定振盪單元110輸出之該振盪訊號S out的頻率可表示為：
Figure 02_image017
Figure 02_image019
為該自我注入鎖定振盪單元110輸出之該振盪訊號S out，
Figure 02_image021
為該自我注入鎖定振盪單元110的自由振盪頻率，
Figure 02_image023
為第 i個物體反射並由該頻率轉換單元120轉換之該注入訊號S inj(第 i個該注入訊號S inj)的鎖定範圍，
Figure 02_image025
為第 i個注入訊號S inj與該自我注入鎖定振盪單元110的自由振盪頻率之間的相位差。
第 i個注入訊號S inj與該自我注入鎖定振盪單元110的自由振盪頻率之間的相位差可表示為：
Figure 02_image027
Figure 02_image029
為該自我注入鎖定振盪單元110與該頻率轉換單元120之間線路造成之相位差，
Figure 02_image031
為該頻率轉換單元120與該天線單元130之間及第 i個物體造成的時間延遲。該自我注入鎖定振盪單元110與該頻率轉換單元120之間線路造成之相位差可表示為：
Figure 02_image033
Figure 02_image021
為該自我注入鎖定振盪單元110之一自由振盪頻率，
Figure 02_image035
為該自我注入鎖定振盪單元110至該升頻混頻器122之間的一延遲，
Figure 02_image037
為該降頻混頻器123至該自我注入鎖定振盪單元110之間的一延遲。該頻率轉換單元120與該天線單元130之間及第 i個物體造成的時間延遲可表示為：
Figure 02_image039
Figure 02_image041
為該升頻混頻器122至該發射天線131之間的延遲，
Figure 02_image043
為該接收天線132至該降頻混頻器123之間的延遲，
Figure 02_image045
為該發射訊號S T由該發射天線131傳遞至第 i個物體及該反射訊號S R由第 i個物體傳遞至該接收天線132的延遲，
Figure 02_image047
為第 i個物體與該天線單元130之間的距離，
Figure 02_image049
為第 i個物體的位移量，
Figure 02_image051
為光速。
請參閱第1圖，該解調單元140經由該耦合器160耦接該自我注入鎖定振盪單元110以接收該振盪訊號S out2，且該解調單元140用以對該振盪訊號S out2解調而得到一同相解調訊號S I及一正交解調訊號S Q。請參閱第2圖，在本實施例中，該解調單元140為一IQ正交解調器，該解調單元140具有一功率分配器141、一延遲線142、一正交功率分配器143、一第一混頻器144及一第二混頻器145。該功率分配器141電性連接該耦合器160以接收該振盪訊號S out2，該功率分配器141用以將該振盪訊號S out2分為兩路，其中一路之該振盪訊號S out3傳送至該延遲線142，另一路之該振盪訊號S out4傳送至該正交功率分配器143，該延遲線142電性連接該正交功率分配器143以接收該振盪訊號S out3，且該延遲線142輸出一延遲訊號S de，該正交功率分配器143電性連接該功率分配器141以接收該振盪訊號S out4，且該正交功率分配器143輸出一同相訊號I及一正交訊號Q，該第一混頻器144電性連接該延遲線142及該正交功率分配器143以接收該延遲訊號S de及該同相訊號I，且該第一混頻器144對該延遲訊號S de及該同相訊號I混頻而輸出該同相解調訊號S I，該第二混頻器145電性連接該延遲線142及該正交功率分配器143以接收該延遲訊號S de及該正交訊號Q，且該第二混頻器145對該延遲訊號S de及該正交訊號Q混頻而輸出該正交解調訊號S Q。該同相解調訊號S I及該正交解調訊號S Q可表示為：
Figure 02_image053
Figure 02_image055
Figure 02_image057
為同相解調訊號S I，
Figure 02_image059
為該正交解調訊號S Q，
Figure 02_image061
為該同相解調訊號S I及該正交解調訊號S Q中因為硬體不完美造成的直流偏移成份，
Figure 02_image063
及
Figure 02_image065
為該延遲線142提供之振幅及延遲。
請再參閱第1圖，該運算單元150耦接該解調單元140以接收該同相解調訊號S I及該正交解調訊號S Q，該運算單元150藉由該同相解調訊號S I及該正交解調訊號S Q求得一基頻訊號，在本實施例中，該運算單元150是對該同相解調訊號S I及該正交解調訊號S Q進行反正切解調，其計算式為：
Figure 02_image067
Figure 02_image069
Figure 02_image071
為該基頻訊號，
Figure 02_image073
為相位偏移修正量，
Figure 02_image075
為一拍頻訊號，該拍頻訊號可表示為：
Figure 02_image077
該運算單元150對該基頻訊號之該拍頻訊號進行頻譜分析，而求得時域之該基頻訊號中至少一音調tone之一相位及一頻率，請參閱第3圖，為該基頻訊號進行頻譜分析而得之頻譜的示意圖，其包含三個音調tone，圖中表示之
Figure 02_image079
、
Figure 02_image081
、
Figure 02_image083
分別為三個音調tone之該頻率，
Figure 02_image085
、
Figure 02_image087
、
Figure 02_image089
分別為三個音調tone之振幅及相位。該頻譜可表示為：
Figure 02_image091
Figure 02_image093
及
Figure 02_image095
為視窗函數的傅立葉轉換對，
Figure 02_image097
為第 i個該音調tone之該頻率，
Figure 02_image099
為第 i個該音調tone之該相位。
由於各個音調tone是對應於該區域A之各個物體對該發射訊號S T造成之相位變化，因此，第3圖之該頻譜的3個音調tone可表示該區域A有著至少三個物體，但因為距離解析度的問題，並無法確認各該音調tone是對應單一個物體或多個物體。
在求得各該音調tone之該相位及該頻率後，該運算單元150根據該音調tone之該相位及該頻率判斷該音調tone是對應一個物體或多個物體。在本實施例中，該運算單元150是藉由該基頻訊號之該音調tone的該相位及該頻率是否符合一關係式判斷該音調tone是對應一個物體或多個物體，該關係式為：
Figure 02_image101
其中，
Figure 02_image099
為第 i個該音調tone之該相位，
Figure 02_image097
為第 i個該音調tone之該頻率，
Figure 02_image103
為該頻率調制連續波訊號S FMCW的一頻寬，
Figure 02_image105
為該掃描訊號S scan的一週期。
若該關係式之等式成立時，表示該音調tone僅對應單一個該物體，而若該關係式之等式不成立時，則表示該音調tone對應多個該物體，因此，該運算單元150對該音調tone對應之一頻率區間進行超解析度演算法，以於該頻區間中求得複數個音調tone。在本實施例中，該運算單元150將該音調tone之該頻率加減一預設值作為該音調tone對應之該頻率區間，舉例而言，若該頻譜中有個頻率為327 Hz之該音調tone之該頻率及相位不符合上述之關係式時，該運算單元150將327 Hz加減100 Hz作為該音調對應之該頻率區間，也就是將227 Hz至427 Hz作為該頻率區間以超解析度演算法對該頻率區間進行運算，以大幅改善傅立葉轉換頻譜之解析度。請參閱第4圖，為該頻率區間進行超解析度演算法而得之頻譜，可以在該頻率區間中得到另外兩個該音調tone，以確定該區域A中有著四個物體。
較佳的，該運算單元150紀錄同一頻率位置的相位於不同掃頻區間的變化後，能夠求出該頻率位置之該物體的位移量，而若該物體的位移量是由該物體的生理徵象造成時，所求得之該物體的位移量即可表示為該物體的生理訊號。
在另一實施例中，考慮到該發射天線131與該接收天線132之間的洩漏狀況時，就算該區域A中只有單一個物體，也可在頻譜中出現兩個音調，因此可透過兩個該音調之該相位及該頻率是否符合一關係式判斷其中之一該音調是對應一個物體或多個物體，該關係式為：
Figure 02_image107
其中，
Figure 02_image109
為第 i個該音調及第 j個該音調之間的一相位差，
Figure 02_image111
為第 i個該音調之該相位，
Figure 02_image113
為第 j個該音調之該相位，
Figure 02_image115
為第 i個該音調及第 j個該音調之間的一頻率差，
Figure 02_image117
，
Figure 02_image097
為第 i個該音調之該頻率，
Figure 02_image119
為第 j個該音調之該頻率，
Figure 02_image121
為該掃描訊號S scan的一週期，
Figure 02_image103
為該頻率調制連續波訊號S FMCW的一頻寬。
相同地，若該關係式之等式成立時，則表示該音調僅對應單一個該物體，而若該關係式之等式不成立時，則表示該音調對應多個該物體，因此，該運算單元150對該音調對應之一頻率區間進行超解析度演算法，以於該頻區間中求得複數個音調，而確定該區域A中的物體數量。
本發明藉由該運算單元150對該基頻訊號進行頻譜分析，以得到頻域之該基頻訊號中各個音調對應之該頻率及相位，該運算單元150即可透過各該音調之該頻率及相位之間的關係分析各該音調是否只對應單一個物體，藉此設定超解析度演算法需要處理之頻率區間，以減少後續超解析度演算法所需處理之數據量而大幅提高運算效率與正確率，並可改善該頻率轉換式頻率調制連續波雷達100之距離解析度。
本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準，任何熟知此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內所作之任何變化與修改，均屬於本發明之保護範圍。
100:頻率轉換式頻率調制自我注入鎖定雷達 110:自我注入鎖定振盪單元                   120:頻率轉換單元 121:本地振盪源                                      122:升頻混頻器 123:降頻混頻器                                      124:功率分配器 130:天線單元                                          131:發射天線 132:接收天線                                          140:解調單元 141:功率分配器                                      142:延遲線 143:正交功率分配器                              144:第一混頻器 145:第二混頻器                                      150:運算單元 160:耦合器                                              S out:振盪訊號 S FMCW:頻率調制連續波訊號                   S scan:掃描訊號 S T:發射訊號                                            A:區域 S R:反射訊號                                            S r:接收訊號 S inj:注入訊號                                           tone:音調 S LO:本地振盪訊號                                   S I:同相解調訊號 S Q:正交解調訊號                                    S de:延遲訊號 I:同相訊號                                               Q:正交訊號
第1圖：依據本發明之一實施例，一種頻率轉換式頻率調制自我注入鎖定雷達的功能方塊圖。 第2圖：依據本發明之一實施例，一自我注入鎖定振盪單元、一頻率轉換單元、一天線單元及一解調單元的電路圖。 第3圖：依據本發明之一實施例，一基頻訊號之頻譜的示意圖。 第4圖：依據本發明之一實施例，該基頻訊號之頻譜的示意圖。
100:頻率轉換式頻率調制自我注入鎖定雷達 110:自我注入鎖定振盪單元                    120:頻率轉換單元 130:天線單元                                           140:解調單元 150:運算單元                                           S out:振盪訊號 S FMCW:頻率調制連續波訊號                    S T:發射訊號 A:區域                                                      S R:反射訊號 S r:接收訊號                                              S inj:注入訊號 S LO:本地振盪訊號                                    S I:同相解調訊號 S Q:正交解調訊號

Claims (10)

  1. 一種頻率轉換式頻率調制自我注入鎖定雷達，其包含： 一自我注入鎖定振盪單元，輸出一振盪訊號； 一頻率轉換單元，耦接該自我注入鎖定振盪單元以接收該振盪訊號，該頻率轉換單元用以將該振盪訊號轉換為一頻率調制連續波訊號； 一天線單元，耦接該頻率轉換單元以接收該頻率調制連續波訊號，該天線單元用以將該頻率調制連續波訊號發射為一發射訊號至一區域，該天線單元接收該區域反射之一反射訊號為一接收訊號，該頻率轉換單元接收該接收訊號並將該接收訊號轉換為一注入訊號，該注入訊號注入該自我注入鎖定振盪單元，使該自我注入鎖定振盪單元處於一自我注入鎖定狀態(Self-injection-locked state)； 一解調單元，耦接該自我注入鎖定振盪單元以接收該振盪訊號，且該解調單元用以對該振盪訊號解調而得到一同相解調訊號及一正交解調訊號；以及 一運算單元，耦接該解調單元以接收該同相解調訊號及該正交解調訊號，該運算單元藉由該同相解調訊號及該正交解調訊號求得一基頻訊號，並對該基頻訊號進行頻譜分析，以求得頻域之該基頻訊號中至少一音調之一相位及一頻率，且該運算單元根據該音調之該相位及該頻率判斷該音調是對應一個物體或多個物體。
  2. 如請求項1之頻率轉換式頻率調制自我注入鎖定雷達，其中該頻率轉換單元具有一本地振盪源、一升頻混頻器及一降頻混頻器，該本地振盪源輸出一本地振盪訊號，該升頻混頻器電性連接該自我注入鎖定振盪單元及該本地振盪源以接收該振盪訊號及該本地振盪訊號，該升頻混頻器藉由該本地振盪訊號將該振盪訊號升頻為該頻率調制連續波訊號，該降頻混頻器電性連接該天線單元、該本地振盪源及該自我注入鎖定振盪單元以接收該接收訊號及該本地振盪訊號，該降頻混頻器藉由該本地振盪訊號將該接收訊號降頻為該注入訊號並將該注入訊號注入該自我注入鎖定振盪單元。
  3. 如請求項2之頻率轉換式頻率調制自我注入鎖定雷達，其中該本地振盪源為一壓控振盪器，且該本地振盪源接收一掃描訊號並受其控制。
  4. 如請求項2之頻率轉換式頻率調制自我注入鎖定雷達，其中該頻率轉換單元具有一功率分配器，該功率分配器電性連接該本地振盪源以接收該本地振盪訊號，且該功率分配器將該本地振盪訊號分為兩路，其中一路之該本地振盪訊號傳送至該升頻混頻器，另一路之該本地振盪訊號傳送至該降頻混頻器。
  5. 如請求項2之頻率轉換式頻率調制自我注入鎖定雷達，其中該天線單元具有一發射天線及一接收天線，該發射天線電性連接該升頻混頻器以接收該頻率調制連續波訊號，且該發射天線將該頻率調制連續波訊號發射為該發射訊號，該接收天線電性連接該降頻混頻器，該接收天線接收該反射訊號為該接收訊號，且將該接收訊號傳送至該降頻混頻器。
  6. 如請求項2之頻率轉換式頻率調制自我注入鎖定雷達，其包含一耦合器，該耦合器電性連接該自我注入鎖定振盪單元以接收該振盪訊號，且該耦合器用以將該振盪訊號分為兩路，其中一路之該振盪訊號傳送至該頻率轉換單元之升頻混頻器，另一路之該振盪訊號傳送至該解調單元。
  7. 如請求項6之頻率轉換式頻率調制自我注入鎖定雷達，其中該解調單元具有一功率分配器、一延遲線、一正交功率分配器、一第一混頻器及一第二混頻器，該功率分配器電性連接該耦合器以接收該振盪訊號，該功率分配器用以將該振盪訊號分為兩路，其中一路之該振盪訊號傳送至該延遲線，另一路之該振盪訊號傳送至該正交功率分配器，該延遲線電性連接該功率分配器以接收該振盪訊號，且該延遲線輸出一延遲訊號，該正交功率分配器電性連接該功率分配器以接收該振盪訊號，且該正交功率分配器輸出一同相訊號及一正交訊號，該第一混頻器電性連接該延遲線及該正交功率分配器以接收該延遲訊號及該同相訊號，且該第一混頻器輸出該同相解調訊號，該第二混頻器電性連接該延遲線及該正交功率分配器以接收該延遲訊號及該正交訊號，且該第二混頻器輸出該正交解調訊號。
  8. 如請求項3之頻率轉換式頻率調制自我注入鎖定雷達，其中該運算單元是藉由該基頻訊號之該音調的該相位及該頻率是否符合一關係式判斷該音調是對應一個物體或多個物體，該關係式為：
    Figure 03_image101
    其中，
    Figure 03_image099
    為第 i個該音調之該相位，
    Figure 03_image029
    為該自我注入鎖定振盪單元與該頻率轉換單元之間線路造成之相位差，
    Figure 03_image123
    ，
    Figure 03_image021
    為該自我注入鎖定振盪單元之一自由振盪頻率，
    Figure 03_image035
    為該自我注入鎖定振盪單元至該升頻混頻器之間的一延遲，
    Figure 03_image037
    為該降頻混頻器至該自我注入鎖定振盪單元之間的一延遲，
    Figure 03_image097
    為第 i個該音調之該頻率，
    Figure 03_image103
    為該頻率調制連續波訊號的一頻寬，
    Figure 03_image125
    為該發射訊號之一頻率，
    Figure 03_image127
    ，
    Figure 03_image005
    為該本地振盪訊號之一頻率，
    Figure 03_image015
    為該振盪訊號之一頻率，
    Figure 03_image121
    為該掃描訊號的一週期。
  9. 如請求項3之頻率轉換式頻率調制自我注入鎖定雷達，其中該運算單元根據兩個該音調之該相位及該頻率是否符合一關係式判斷其中之一該音調是對應一個物體或多個物體，該關係式為：
    Figure 03_image107
    其中，
    Figure 03_image109
    為第 i個該音調及第 j個該音調之間的一相位差，
    Figure 03_image111
    為第 i個該音調之該相位，
    Figure 03_image113
    為第 j個該音調之該相位，
    Figure 03_image115
    為第 i個該音調及第 j個該音調之間的一頻率差，
    Figure 03_image117
    ，
    Figure 03_image097
    為第 i個該音調之該頻率，
    Figure 03_image119
    為第 j個該音調之該頻率，
    Figure 03_image121
    為該掃描訊號的一週期，
    Figure 03_image103
    為該頻率調制連續波訊號的一頻寬，
    Figure 03_image125
    為該發射訊號之一頻率，
    Figure 03_image127
    ，
    Figure 03_image005
    為該本地振盪訊號之一頻率，
    Figure 03_image015
    為該振盪訊號之一頻率。
  10. 如請求項1之頻率轉換式頻率調制自我注入鎖定雷達，其中若該運算單元判斷單一個該音調對應多個物體，則該運算單元對該音調對應之一頻率區間進行超解析度演算法，以於該頻率區間中求得複數個音調，其中該運算單元將該音調之該頻率加減一預設值作為該音調對應之該頻率區間。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170102457A1 (en) * 2014-05-30 2017-04-13 Texas Tech University System Hybrid fmcw-intererometry radar for positioning and monitoring and methods of using same
US20180224526A1 (en) * 2017-02-07 2018-08-09 National Sun Yat-Sen University Quadrature self-injection-locked radar
TW201927233A (zh) * 2017-12-12 2019-07-16 昇雷科技股份有限公司 非接觸式自我注入鎖定感測器
US20200295770A1 (en) * 2019-03-15 2020-09-17 Sil Radar Technology Inc. Frequency-converted self-injection-locked radar

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8754772B2 (en) * 2010-09-20 2014-06-17 Industrial Technology Research Institute Non-contact vital sign sensing system and sensing method using the same
TWI464710B (zh) * 2012-06-14 2014-12-11 Univ Nat Sun Yat Sen 無線感測裝置與無線感測方法
US10601132B2 (en) * 2016-09-22 2020-03-24 National Sun Yat-Sen University Active phase switchable array
TWI677698B (zh) * 2018-11-16 2019-11-21 昇雷科技股份有限公司 生物探測方法及生物探測雷達
TWI743570B (zh) * 2019-10-09 2021-10-21 國立中山大學 多目標生理徵象偵測器及其偵測方法
TWI723824B (zh) * 2020-03-30 2021-04-01 國立高雄科技大學 無線鎖頻迴路之生理感測雷達
TWI719893B (zh) * 2020-04-29 2021-02-21 國立中山大學 數位自我注入鎖定雷達
TWI744046B (zh) * 2020-10-22 2021-10-21 國立中山大學 相位追蹤自我注入鎖定雷達
TWI741875B (zh) * 2020-11-12 2021-10-01 國立中山大學 頻率位移式自我注入鎖定雷達

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170102457A1 (en) * 2014-05-30 2017-04-13 Texas Tech University System Hybrid fmcw-intererometry radar for positioning and monitoring and methods of using same
US20180224526A1 (en) * 2017-02-07 2018-08-09 National Sun Yat-Sen University Quadrature self-injection-locked radar
TW201927233A (zh) * 2017-12-12 2019-07-16 昇雷科技股份有限公司 非接觸式自我注入鎖定感測器
US20200295770A1 (en) * 2019-03-15 2020-09-17 Sil Radar Technology Inc. Frequency-converted self-injection-locked radar

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