TWI790000B - 都卜勒雷達裝置及其窄頻干擾抑制方法 - Google Patents

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Abstract

一種都卜勒雷達裝置包括發射裝置、接收裝置以及窄頻干 擾抑制裝置。發射裝置用以發射第一無線信號。接收裝置耦接發射裝置，用以接收第二無線信號而產生第一數位信號。第一數位信號包括都卜勒信號成分與窄頻干擾信號成分，且窄頻干擾信號成分的頻寬小於都卜勒信號成分的頻寬。窄頻干擾抑制裝置，耦接接收裝置，用以對第一數位信號進行干擾抑制以抑制第一數位信號中的窄頻干擾信號成分，而產生輸出數位信號。

Description

都卜勒雷達裝置及其窄頻干擾抑制方法
本發明是有關於一種雷達技術，且特別是有關於一種都卜勒雷達裝置及其窄頻干擾抑制方法。
雷達技術經過多年的發展已經廣泛應用於各領域，例如飛航用雷達、汽車偵測雷達以及生理資訊偵測雷達等等。雷達可分成脈衝雷達和連續波雷達兩大類。脈衝雷達發射周期性的高頻脈衝。連續波(Continuous Wave,CW)雷達發射連續波信號。
在連續波都卜勒雷達偵測中經常會有窄頻(Narrowband)干擾。窄頻干擾可能來自於在環境中造成固定頻率變化的物件，例如，電源的頻率、日光燈的陰極射線管的頻率或是電風扇的轉動頻率等等。這些干擾源造成的固定頻率變化在頻域上產生窄頻干擾信號成分。當用於都卜勒雷達偵測的都卜勒信號成分混雜了窄頻干擾信號成分時，都卜勒雷達容易會有誤報的情形。
本發明實施例的第一方面提供一種都卜勒雷達裝置，包括：發射裝置，用以發射第一無線信號；接收裝置，耦接發射裝置，用以接收第二無線信號而產生第一數位信號。第一數位信號包括都卜勒信號成分與窄頻干擾信號成分，且窄頻干擾信號成分的頻寬小於都卜勒信號成分的頻寬；以及窄頻干擾抑制裝置，耦接接收裝置，用以對第一數位信號進行干擾抑制以抑制第一數位信號中的窄頻干擾信號成分，而產生輸出數位信號，其中窄頻干擾抑制裝置包括：延遲運算裝置，用以根據第一數位信號而取得延遲數位信號；以及干擾估測裝置，耦接延遲運算裝置，經配置以：根據延遲數位信號與多個加權係數產生干擾預測信號；根據誤差信號更新那些加權係數；以及根據第一數位信號、那些加權係數以及誤差信號決定調整信號，其中干擾預測信號對應窄頻干擾信號成分，其中調整信號對應干擾抑制的強度。
本發明實施例的第二方面提供一種都卜勒雷達裝置，包括：發射裝置，用以發射第一無線信號；接收裝置，耦接發射裝置，用以接收第二無線信號而產生第一數位信號，其中第一數位信號包括都卜勒信號成分與窄頻干擾信號成分，且窄頻干擾信號成分的頻寬小於都卜勒信號成分的頻寬；以及窄頻干擾抑制裝置，耦接接收裝置，用以對第一數位信號進行干擾抑制以抑制第一數位信號中的窄頻干擾信號成分，而產生輸出數位信號，其中窄頻干擾抑 制裝置包括：高通濾波器，用以濾除第一數位信號的都卜勒信號成分而產生干擾追蹤數位信號；以及干擾估測裝置，經配置以：根據干擾追蹤數位信號取得多個加權係數，其中那些加權係數與窄頻干擾信號成分的干擾頻率有關；根據干擾追蹤數位信號與那些加權係數取得誤差信號；根據誤差信號更新那些加權係數；根據那些加權係數決定調整信號，其中調整信號對應干擾抑制的強度。
本發明實施例的第三方面提供一種窄頻干擾抑制方法，適用於包括發射裝置、接收裝置以及窄頻干擾抑制裝置的都卜勒雷達裝置，其中窄頻干擾抑制裝置包括延遲運算裝置以及干擾估測裝置，所述的窄頻干擾抑制方法包括：發射第一無線信號；接收第二無線信號而產生第一數位信號，其中第一數位信號包括都卜勒信號成分與窄頻干擾信號成分，且窄頻干擾信號成分的頻寬小於都卜勒信號成分的頻寬；以及對第一數位信號進行干擾抑制以抑制第一數位信號中的窄頻干擾信號成分，而產生輸出數位信號，其中干擾抑制包括：根據第一數位信號而取得延遲數位信號；根據延遲數位信號與多個加權係數產生干擾預測信號；根據誤差信號更新那些加權係數；以及根據第一數位信號、那些加權係數以及誤差信號決定調整信號，其中干擾預測信號對應窄頻干擾信號成分，其中調整信號對應干擾抑制的強度。
本發明實施例的第四方面提供一種窄頻干擾抑制方法，適用於包括發射裝置、接收裝置以及窄頻干擾抑制裝置的都卜勒雷達裝置，其中窄頻干擾抑制裝置包括高通濾波器以及干擾估測 裝置，所述的窄頻干擾抑制方法包括：發射第一無線信號；接收第二無線信號而產生第一數位信號，其中第一數位信號包括都卜勒信號成分與窄頻干擾信號成分，且窄頻干擾信號成分的頻寬小於都卜勒信號成分的頻寬；以及對第一數位信號進行干擾抑制以抑制第一數位信號中的窄頻干擾信號成分，而產生輸出數位信號，其中干擾抑制包括：濾除第一數位信號的都卜勒信號成分而產生干擾追蹤數位信號；根據干擾追蹤數位信號取得多個加權係數，其中那些加權係數與窄頻干擾信號成分的干擾頻率有關；根據干擾追蹤數位信號與那些加權係數取得誤差信號；根據誤差信號更新那些加權係數；以及根據那些加權係數決定調整信號，其中調整信號對應干擾抑制的強度。
為讓本發明的上述特徵能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
100:都卜勒雷達裝置
110:發射裝置
120:接收裝置
130、300、400:窄頻干擾抑制裝置
140:移動偵測器
310:延遲運算裝置
320、420:干擾估測裝置
321:濾波區塊
322、510:係數更新區塊
330、340、350、503、611、612、613、711、712、713、 AD:加法器
360、370、504、505、620、621、622、623、721、722、723、MP:乘法器
410:高通濾波器
430、440:陷波濾波器
501、502、601、602、603、604、701、702、703、704、D:延遲器
Obj:物體
WS1:第一無線信號
WS2:第二無線信號
TA:發射端天線
PA:功率放大器
LO:本地震盪器
f c :時脈頻率
RA:接收端天線
LNA:低噪音放大器
MX:混頻器
ADC:類比數位轉換器
x(n):第一數位信號
M、m:整數
xD(n)、xD(n-1)、xD(n-2)、xD(n-M+2)、xD(n-M+1)、xD(n-m):延遲數位信號
y1(n)、yg(n)、y1g(n)、y1(n-1)、yg(n-1)、y1g(n-1)、y1(n-2)、yg(n-2)、y1g(n-2)、x(n-1)、x(n-2)、xTr(n-1)、xTr(n-2):數位信號
y(n):輸出數位信號
xTr(n):干擾追蹤數位信號
g(n):調整信號
gmax、gmin:數值
e(n):誤差信號
w0(n)、w1(n)、w2(n)、wM-2(n)、wM-1(n)、v(n)、w1(n+1)、w2(n+1)、wm(n)、wm(n-1):加權係數
px(n)、px(n-1):線性迭代係數
DP:都卜勒信號成分
NB1、NB2:窄頻干擾信號成分
f I :干擾頻率
BW、BW1、BW2:頻寬
E:能量
A:振幅
f:頻率
S101、S102、S103、S301、S302、S303、S304、S401、S402、S403、S404:步驟
α:追蹤係數
β:調整參數
η,μ,c,λ,σ:參數
r:參考值
r th :門檻值
x p (n)、a(n):向量
P(0)、P(n)、P(n+1):矩陣
圖1A是依照本發明的實施例的一種都卜勒雷達裝置的示意圖。
圖1B是依照本發明的實施例的一種窄頻干擾抑制方法的流程圖。
圖2是在本發明的實施例中都卜勒信號成分與窄頻干擾信號成分的示意圖。
圖3A是依照本發明第一實施例的窄頻干擾抑制裝置的示意圖。
圖3B是依照本發明第一實施例的一種窄頻干擾抑制方法的干擾抑制的流程圖。
圖4A是依照本發明第二實施例的窄頻干擾抑制裝置的示意圖。
圖4B是依照本發明第二實施例的一種窄頻干擾抑制方法的干擾抑制的流程圖。
圖5是依照本發明第二實施例的干擾估測裝置的示意圖。
圖6A是依照本發明第二實施例的第一陷波濾波器的示意圖。
圖6B是依照本發明第二實施例的第一陷波濾波器的頻率響應的示意圖。
圖7A是依照本發明第二實施例的第二陷波濾波器的示意圖。
圖7B是依照本發明第二實施例的第二陷波濾波器的頻率響應的示意圖。
圖1A是依照本發明的實施例的一種都卜勒雷達裝置的示意圖。請參照圖1A，都卜勒雷達裝置100包括發射裝置110、接收裝置120以及窄頻干擾抑制裝置130。都卜勒雷達裝置100可 應用於氣象、測速、倒車、地形、軍事或生理偵測等領域。本實施例的都卜勒雷達裝置用於偵測場域中物體Obj的空間資訊。
發射裝置110用以發射第一無線信號WS1。接收裝置120耦接發射裝置110。接收裝置120用以接收第二無線信號WS2而產生第一數位信號x(n)。窄頻干擾抑制裝置130耦接接收裝置120。窄頻干擾抑制裝置130用以依據第一數位信號x(n)進行干擾抑制而產生輸出數位信號y(n)。窄頻干擾抑制裝置130進行干擾抑制的詳細運作待後續實施例詳述。
在一實施例中，都卜勒雷達裝置100更包括移動偵測器140，耦接窄頻干擾抑制裝置130。移動偵測器140可依據輸出數位信號y(n)來判斷物體Obj的移動情形。具體地，接收裝置120所接收的第二無線信號WS2可包含發射裝置110所發射的第一無線信號WS1經由物體Obj反射而被產生的一反射信號。窄頻干擾抑制裝置130或移動偵測器140可以是晶片、處理器、微控制器、特殊應用積體電路(Application-Specific Integrated Circuit，ASIC)、或任何類型的數位電路。窄頻干擾抑制裝置130或移動偵測器140也可通過電腦程式模組以軟體演算法的方式來實現。
在一實施例中，發射裝置110包括本地震盪器LO、功率放大器PA以及發射端天線TA。本地震盪器LO用以產生包括時脈頻率f c 的一震盪信號。功率放大器PA的接收端耦接本地震盪器LO以接收該震盪信號，並提供一調變信號。發射端天線TA耦接功率放大器PA，受控於功率放大器PA以轉換並發射該調變信號 為由發射裝置110所發射的第一無線信號WS1。
在一實施例中，接收裝置120包括接收端天線RA、低噪音放大器LNA、混頻器MX以及類比數位轉換器ADC。接收端天線RA接收由接收裝置120所接收的第二無線信號WS2以產生一第一類比信號。低噪音放大器LNA耦接接收端天線RA，放大該第一類比信號以成為一放大類比信號。混頻器MX耦接低噪音放大器LNA以及發射裝置110中的本地震盪器LO。混頻器MX依據來自本地震盪器LO中第一無線信號WS1的時脈頻率f c 以對該第一放大信號進行混頻，從而產生一類比接收信號。類比數位轉換器ADC耦接混頻器MX，用以將該類比接收信號轉換為第一數位信號x(n)。
為了方便理解本發明實施例的操作流程，以下將舉諸多實施例詳細說明本發明實施例中都卜勒雷達裝置100的運作。下文中，將搭配都卜勒雷達裝置100中的各項元件說明本發明實施例所述之窄頻干擾抑制方法。本方法的各個流程可依照實施情形而隨之調整，且並不僅限於此。
圖1B是依照本發明的實施例的一種窄頻干擾抑制方法的流程圖。請參照圖1B，圖1B的窄頻干擾抑制方法適用於圖1A所繪示的都卜勒雷達裝置100。
在步驟S101中，發射器110發射第一無線信號WS1以偵測場域中的物體Obj。在步驟S102中，接收器120接收第二無線信號WS2而產生第一數位信號x(n)。在步驟S103中，窄頻干 擾抑制裝置130用以對第一數位信號x(n)進行干擾抑制以抑制第一數位信號x(n)中的窄頻干擾信號成分，而產生輸出數位信號y(n)。
圖2是在本發明的實施例中都卜勒信號成分與窄頻干擾信號成分的示意圖。圖2的縱軸為能量E，橫軸為頻率f。具體來說，第一數位信號x(n)可包括都卜勒信號成分DP與一窄頻干擾信號成分，例如圖2的示意圖中所繪示的窄頻干擾信號成分NB1及/或NB2。窄頻干擾信號成分NB1對應於干擾頻率f I 。窄頻干擾信號成分NB2對應於干擾頻率2f I 。都卜勒信號成分DP具有頻寬BW。窄頻干擾信號成分NB1具有頻寬BW1。窄頻干擾信號成分NB2具有頻寬BW2。一般而言，窄頻干擾信號成分NB1的頻寬BW1或窄頻干擾信號成分NB2的頻寬BW2小於都卜勒信號成分DP的頻寬BW。
圖3A是依照本發明第一實施例的窄頻干擾抑制裝置130的示意圖。圖3A所繪示的窄頻干擾抑制裝置300是圖1A的窄頻干擾抑制裝置130的一種實施方式，但不限於此。
請參照圖3A，窄頻干擾抑制裝置300包括延遲運算裝置310以及干擾估測裝置320。延遲運算裝置310用以根據第一數位信號x(n)而取得延遲數位信號xD(n)。延遲運算裝置310包括多個延遲器D。干擾估測裝置320耦接延遲運算裝置310。干擾估測裝置320可接收第一數位信號x(n)、延遲數位信號xD(n)及誤差信號e(n)而產生數位信號y1(n)以及調整信號g(n)。干擾估測裝置320包括濾波區塊321以及係數更新區塊322兩個部分。濾波區塊321 包括M-1個延遲器D、M個乘法器MP以及M-1個加法器AD，其中M為整數。係數更新區塊322保存M個加權係數w0(n)、w1(n)、w2(n)~wM-2(n)、wM-1(n)，並根據第一數位信號x(n)、延遲數位信號xD(n)及誤差信號e(n)進行迭代運算更新加權係數w0(n)、w1(n)、w2(n)~wM-2(n)、wM-1(n)。
圖3B是依照本發明第一實施例的一種窄頻干擾抑制方法的干擾抑制的流程圖。請共同參照圖3A及圖3B，窄頻干擾抑制裝置300可執行圖3B的干擾抑制的流程圖。
在步驟S301中，延遲運算裝置310根據第一數位信號x(n)而取得延遲數位信號xD(n)。在步驟S302中，干擾估測裝置320中的濾波區塊321根據延遲數位信號xD(n)與多個加權係數w0(n)、w1(n)、w2(n)~wM-2(n)、wM-1(n)產生干擾預測信號y1(n)。在步驟S303中，干擾估測裝置320中的係數更新區塊322根據誤差信號e(n)更新那些加權係數w0(n)、w1(n)、w2(n)~wM-2(n)、wM-1(n)。在步驟S304中，干擾估測裝置320中的係數更新區塊322根據第一數位信號x(n)、那些加權係數w0(n)、w1(n)、w2(n)~wM-2(n)、wM-1(n)以及誤差信號e(n)決定調整信號g(n)，其中干擾預測信號y1(n)對應窄頻干擾信號成分，例如圖2中的窄頻干擾信號成分NB1或窄頻干擾信號成分NB2，其中調整信號g(n)對應干擾抑制的強度。
具體而言，干擾估測裝置320是線性預測濾波器，並且干擾估測裝置320利用線性迭代的方式逐步更新加權係數w0(n)、 w1(n)、w2(n)~wM-2(n)、wM-1(n)。
干擾估測裝置320的線性迭代過程可由以下公式表示，並可由係數更新區塊322實施：px(n)=px(n-1)+η×(x2(n)-px(n-1)) (式1-1)
Figure 110142955-A0305-02-0013-1
上述公式中px(n),px(n-1)為對應於第一數位信號x(n)的線性迭代係數，而參數η,μ,c用以調整加權係數w0(n)、w1(n)、w2(n)~wM-2(n)、wM-1(n)的更新快慢以及每次更新的數值變動幅度。須注意的是，干擾估測裝置320的線性迭代運算可利用軟體程式模組的方式實現，也可以透過硬體電路的方式實現。
在一實施例中，窄頻干擾抑制裝置300更包括加法器330、加法器340、加法器350、乘法器360以及乘法器370。乘法器360耦接干擾估測裝置320。乘法器360用以將干擾預測信號y1(n)與調整信號g(n)相乘而產生干擾抑制信號yg(n)。加法器330耦接乘法器360。加法器330用以從第一數位信號x(n)減去干擾抑制信號yg(n)而產生輸出數位信號y(n)。加法器340耦接干擾估測裝置320。加法器340用以將第一數位信號x(n)減去干擾預測信號y1(n)而產生誤差信號e(n)。乘法器370耦接加法器340以及加法器350。乘法器370用以將誤差信號e(n)乘上追蹤係數α並通過加法器350回授至第一數位信號x(n)，其中追蹤係數α用以調整干擾抑制信號yg(n)的頻率選擇範圍。具體來說，追蹤係數α是介於0到1之間的 數字，追蹤係數α可調整誤差信號e(n)的負回授的權重，亦即窄頻干擾預測誤差回饋的強度，因此藉由追蹤係數α可調整干擾估測的頻率範圍選擇性。
在一實施例中，干擾估測裝置320根據該些加權係數w0(n)、w1(n)、w2(n)、wM-2(n)、wM-1(n)決定參考值r。詳細而言，參考值r可由以下公式計算：
Figure 110142955-A0305-02-0014-2
在一實施例中，干擾估測裝置320反應於參考值r大於或等於門檻值r th ，根據調整參數β更新調整信號g(n)以增強干擾抑制。在一實施例中，干擾估測裝置320反應於參考值r小於門檻值r th ，根據調整參數β更新調整信號g(n)以減弱該干擾抑制。具體來說，調整信號g(n)可利用以下公式更新：
Figure 110142955-A0305-02-0014-3
值得一提的是，調整信號g(n)的值介於0到1之間。調整信號g(n)可反應出第一數位信號x(n)中都卜勒信號成分的強度與窄頻干擾信號成分的強度的關係。當調整信號g(n)值愈大代表窄頻干擾信號成分的強度愈強，由干擾估測裝置320產生的干擾預測信號y1(n)將會以大比例從第一數位信號x(n)扣除，也就是說，當調整信號g(n)值愈大相當於干擾抑制的力道愈大。反之，當調整信號g(n)值愈小，就不需要大幅度地抑制第一數位信號x(n)中的窄頻干擾信號成分。因此，藉由調整信號g(n)反應出數位信號中都 卜勒信號成分的強度與窄頻干擾信號成分的強度的關係，可自適應地調整干擾抑制的強度，以降低窄頻干擾信號造成都卜勒雷達偵測的誤報，進一步地提升都卜勒雷達偵測的準確度。
圖4A是依照本發明第二實施例的窄頻干擾抑制裝置130的示意圖。圖4A所繪示的窄頻干擾抑制裝置400是圖1A的窄頻干擾抑制裝置130的一種實施方式，但不限於此。
請參照圖4A，窄頻干擾抑制裝置400包括高通濾波器410、干擾估測裝置420、第一陷波濾波器(notch filter)430以及第二陷波濾波器440。
圖4B是依照本發明第二實施例的一種窄頻干擾抑制方法的干擾抑制的流程圖。請共同參照圖4A及圖4B，窄頻干擾抑制裝置400可執行圖4B的干擾抑制的流程圖。
在步驟S401中，高通濾波器410濾除第一數位信號x(n)的低頻成分，例如是都卜勒信號成分，而產生干擾追蹤數位信號xTr(n)。在步驟S402中，干擾估測裝置420根據干擾追蹤數位信號xTr(n)取得多個加權係數w1(n)、w2(n)，其中該些加權係數w1(n)、w2(n)與該窄頻干擾信號成分的干擾頻率有關，並根據該干擾追蹤數位信號xTr(n)與該些加權係數w1(n)、w2(n)取得誤差信號e(n)。在步驟S403中，干擾估測裝置420根據誤差信號e(n)更新該些加權係數w1(n)、w2(n)。在步驟S404中，根據該些加權係數w1(n)、w2(n)決定調整信號g(n)，其中調整信號g(n)對應干擾抑制的強度。
具體而言，干擾估測裝置420是線性預測濾波器，並且 干擾估測裝置420利用線性迭代的方式逐步更新加權係數w1(n)、w2(n)。
干擾估測裝置420的線性預測迭代過程可由以下公式表示：e(n)=x Tr (n)-w1(n)x Tr (n-1)-w2(n)x Tr (n-2) (式2-1)
Figure 110142955-A0305-02-0016-4
Figure 110142955-A0305-02-0016-5
Figure 110142955-A0305-02-0016-6
Figure 110142955-A0305-02-0016-7
Figure 110142955-A0305-02-0016-8
Figure 110142955-A0305-02-0016-9
在上述公式中，向量x p (n)之中的元素為分別對應干擾追蹤數位信號xTr(n-1),xTr(n-2)的線性干擾預測信號。矩陣P(n)的每個元素為線性迭代係數。向量a(n)之中的元素為分別對應加權係數w1(n)、w2(n)更新權重。參數λ用以調整加權係數w1(n)、w2(n)的更新快慢以及每次更新的數值變動幅度。參數σ用以調整干擾追蹤數位信號xTr(n-1),xTr(n-2)的初始值對線性迭代的影響權重。具體而言，加權係數w1(n)、w2(n)、和濾波器係數v(n)與窄頻干擾信號成分的干擾頻率有關。在一實施例中，加權係數w1(n)、w2(n)是與窄頻干擾信號成分中的干擾主頻率(第一諧振頻率first harmonic，例如是f I )對應之參數，而濾波器係數v(n)則是與窄頻干擾信號成分 中的干擾二倍頻(第二諧振頻率second harmonic，例如是2f I )對應之參數。須注意的是，干擾估測裝置420的線性迭代運算可利用軟體程式模組的方式實現，也可以透過硬體電路的方式實現。
圖5是依照本發明第二實施例的干擾估測裝置420的示意圖。請參照圖5，干擾估測裝置420包括延遲器501、延遲器502、加法器503、乘法器504、乘法器505以及係數更新區塊510。
在前述公式中，(式2-1)可由以下步驟實施：數位信號xTr(n)經過延遲器501被延遲而產生數位信號xTr(n-1)。數位信號xTr(n-1)再經過延遲器502被延遲而產生數位信號xTr(n-2)。乘法器504將數位信號xTr(n-1)以及加權係數w1(n)進行相乘運算而得到數位信號w1(n)xTr(n-1)。乘法器505將數位信號xTr(n-2)以及加權係數w2(n)進行相乘運算而得到數位信號w2(n)xTr(n-2)。加法器503將數位信號xTr(n)減去乘法器504的運算結果w1(n)xTr(n-1)及乘法器505的運算結果w2(n)xTr(n-2)而產生誤差信號e(n)。係數更新區塊510可用以實施前述公式中的(式2-2)~(式2-7)，以保存並更新數位信號xTr(n-1)、xTr(n-2)、加權係數w1(n)、w2(n)及誤差信號e(n)，並且產生濾波器係數v(n)與調整信號g(n)。
在一實施例中，加權係數w1(n)、w2(n)用以作為第一陷波濾波器430的濾波器係數。第一陷波濾波器430根據濾波器係數w1(n)、w2(n)濾除窄頻干擾信號成分的第一干擾頻率，例如圖2所繪示的干擾頻率f I 。第二陷波濾波器440根據濾波器係數v(n)濾除窄頻干擾信號成分的第二干擾頻率，例如圖2所繪示的干擾頻率 2f I 。干擾估測裝置420根據調整信號g(n)調整第一陷波濾波器430濾除窄頻干擾信號成分的第一干擾頻率。干擾估測裝置420根據調整信號g(n)調整第二陷波濾波器440濾除窄頻干擾信號成分的第二干擾頻率並產生輸出數位信號y(n)。
在一實施例中，可只使用第一陷波濾波器430。干擾估測裝置420根據調整信號g(n)調整第一陷波濾波器430濾除窄頻干擾信號成分的第一干擾頻率f I 之後，即把產生的數位信號y1(n)作為輸出數位信號y(n)。
在一實施例中，干擾估測裝置420根據該些濾波器係數w1(n)、w2(n)決定參考值r。干擾估測裝置420反應於參考值r大於或等於門檻值r th ，根據調整參數β更新調整信號g(n)以增強干擾抑制。干擾估測裝置420反應於參考值r小於門檻值r th ，根據調整參數β更新調整信號g(n)以減弱該干擾抑制。詳細而言，參考值r可由以下公式計算：
Figure 110142955-A0305-02-0018-10
調整信號g(n)的可利用以下公式更新：
Figure 110142955-A0305-02-0018-11
在上述公式中gmax,gmin分別是預設調整信號g(n)允許的最大值及最小值。須注意的是，調整信號g(n)的值介於0到1之間，因此最大值gmax及最小值gmin的值也介於0到1之間。藉由經過高通濾波器的干擾追蹤數位信號xTr(n)與經過干擾估測裝置後 的調整信號g(n)對數位信號中的窄頻干擾信號成分進行線性預測，以及利用陷波濾波器抑制或濾除窄頻干擾信號成分對應的干擾頻率，本發明實施例所提供的都卜勒雷達裝置及其干擾抑制方法可降低窄頻干擾信號造成都卜勒雷達偵測的誤報，進一步地提升都卜勒雷達偵測的準確度。
圖6A是依照本發明第二實施例的第一陷波濾波器430的示意圖。請參照圖6A，第一陷波濾波器430包括延遲器601、延遲器602、延遲器603、延遲器604、加法器611、加法器612、加法器613、乘法器620、乘法器621、乘法器622以及乘法器623。
第一數位信號x(n)經過延遲器601而被延遲為數位信號x(n-1)。數位信號x(n-1)再經過延遲器602而被延遲為數位信號x(n-2)。乘法器623將數位信號y1(n)與調整信號g(n)相乘得到數位信號y1g(n)=y1(n)g(n)。數位信號y1g(n)經過延遲器604而被延遲為數位信號y1g(n-1)。數位信號y1g(n-1)再經過延遲器603而被延遲為數位信號y1g(n-2)。
加法器612將數位信號x(n-1)減去數位信號y1g(n-1)，再經過乘法器621與加權係數w1(n)相乘。乘法器622將數位信號y1g(n-2)再與調整信號g(n)相乘得到數位信號g(n)y1g(n-2)。加法器611將數位信號x(n-2)減去乘法器622的運算結果g(n)y1g(n-2)而得到x(n-2)-g(n)y1g(n-2)。乘法器620將加法器611的運算結果乘上加權係數w2(n)。
加法器613將第一數位信號x(n)減去乘法器621的運算 結果w1(n)[x(n-1)-y1g(n-1)]以及減去乘法器620的運算結果w2(n)[x(n-2)-g(n)y1g(n-2)]產生數位信號y1(n)=x(n)-w1(n)[x(n-1)-y1g(n-1)]-w2(n)[x(n-2)-g(n)y1g(n-2)]。藉此，第一陷波濾波器430可將第一數位信號x(n)之中對應於干擾頻率f I 的窄頻干擾信號成分濾除或抑制。
圖6B是依照本發明第二實施例的第一陷波濾波器430的頻率響應的示意圖。圖6B的縱軸為振幅A，橫軸為頻率f。從圖6B可知，在干擾頻率f I 鄰近的振幅小於0dB，因此，第一陷波濾波器430可濾除或抑制第一數位信號x(n)之中對應於干擾頻率f I 的窄頻干擾信號成分。
圖7A是依照本發明第二實施例的第二陷波濾波器440的示意圖。請參照圖7A，第二陷波濾波器440包括延遲器701、延遲器702、延遲器703、延遲器704、加法器711、加法器712、加法器713、乘法器721、乘法器722以及乘法器723。
數位信號y1(n)經過延遲器701而被延遲為數位信號y1(n-1)。數位信號y1(n-1)再經過延遲器702而被延遲為數位信號y1(n-2)。乘法器723將輸出數位信號y(n)與調整信號g(n)進行相乘而得到數位信號yg(n)=y(n)g(n)。數位信號yg(n)經過延遲器704而被延遲為數位信號yg(n-1)。數位信號yg(n-1)再經過延遲器703而被延遲為數位信號yg(n-2)。
加法器712將數位信號y1(n-1)減去數位信號yg(n-1)，再經過乘法器721與加權係數v(n)相乘。乘法器722將數位信號yg(n- 2)再與調整信號g(n)相乘得到數位信號g(n)yg(n-2)。加法器711將數位信號y1(n-2)減去乘法器722的運算結果g(n)yg(n-2)而得到y1(n-2)-g(n)yg(n-2)。
加法器713將數位信號y1(n)減去乘法器721的運算結果v(n)[y1(n-1)-yg(n-1)]以及減去加法器711的運算結果y1(n-2)-g(n)yg(n-2)產生輸出數位信號y(n)=y1(n)-v(n)[y1(n-1)-yg(n-1)]-[y1(n-2)-g(n)yg(n-2)]。藉此，第二陷波濾波器430可將第一數位信號x(n)或數位信號y1(n)之中對應於干擾頻率2f I 的窄頻干擾信號成分進行濾除或抑制。
圖7B是依照本發明第二實施例的第二陷波濾波器440的頻率響應的示意圖。圖7B的縱軸為振幅A，橫軸為頻率f。從圖7B可知，在干擾頻率2f I 鄰近的振幅小於0dB，因此，第二陷波濾波器440可濾除或抑制第一數位信號x(n)或數位信號y1(n)之中對應於干擾頻率2f I 的窄頻干擾信號成分。
值得一提的是，在一些實施例中，窄頻干擾抑制裝置400，亦可使用多個陷波濾波器來抑制或濾除窄頻干擾信號成分中的多個干擾頻率，舉例來說，多個陷波濾波器可分別用以濾除干擾頻率f I 、2f I 、3f I ...等等，而不僅限於使用一個或兩個陷波濾波器。
綜上所述，本發明實施例通過對數位信號中的窄頻干擾信號成分進行線性預測，並且藉由調整信號反應出數位信號中都卜勒信號成分的強度與窄頻干擾信號成分的強度的關係，可自適應地調整干擾抑制的強度。另一方面，本發明實施例通過經過高通 濾波的干擾追蹤數位信號對數位信號中的窄頻干擾信號成分進行線性預測，並且可利用陷波濾波器抑制或濾除窄頻干擾信號成分對應的干擾頻率。藉此，本發明實施例所提供的都卜勒雷達裝置及其干擾抑制方法可降低窄頻干擾信號造成都卜勒雷達偵測的誤報，進一步地提升都卜勒雷達偵測的準確度。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100:都卜勒雷達裝置
110:發射裝置
120:接收裝置
130:窄頻干擾抑制裝置
140:移動偵測器
Obj:物體
WS1:第一無線信號
WS2:第二無線信號
TA:發射端天線
PA:功率放大器
LO:本地震盪器
f c :時脈頻率
RA:接收端天線
LNA:低噪音放大器
MX:混頻器
ADC:類比數位轉換器
x(n):第一數位信號
y(n):輸出數位信號

Claims (20)

  1. 一種都卜勒雷達裝置，包括：一發射裝置，用以發射一第一無線信號；一接收裝置，耦接該發射裝置，用以接收一第二無線信號而產生一第一數位信號，其中該第一數位信號包括一都卜勒信號成分與一窄頻干擾信號成分，且該窄頻干擾信號成分的頻寬小於該都卜勒信號成分的頻寬；以及一窄頻干擾抑制裝置，耦接該接收裝置，用以對該第一數位信號進行干擾抑制以抑制該第一數位信號中的該窄頻干擾信號成分，而產生一輸出數位信號，其中該窄頻干擾抑制裝置包括：一延遲運算裝置，用以根據該第一數位信號而取得一延遲數位信號；以及一干擾估測裝置，耦接該延遲運算裝置，經配置以：根據該延遲數位信號與多個加權係數產生一干擾預測信號；根據一誤差信號更新該些加權係數；以及根據該第一數位信號、該些加權係數以及該誤差信號決定一調整信號，其中該干擾預測信號對應該窄頻干擾信號成分，其中該調整信號對應該干擾抑制的強度。
  2. 如請求項1所述的都卜勒雷達裝置，其中該窄頻干擾抑制裝置更包括： 一第一乘法器，耦接該干擾估測裝置，用以將該干擾預測信號與該調整信號相乘而產生一干擾抑制信號；以及一第一加法器，耦接該第一乘法器，用以從該第一數位信號減去該干擾抑制信號而產生該輸出數位信號。
  3. 如請求項1所述的都卜勒雷達裝置，其中該窄頻干擾抑制裝置更包括：一第二加法器，耦接該干擾估測裝置，用以將該第一數位信號減去該干擾預測信號而產生該誤差信號；以及一第二乘法器，耦接該第二加法器，用以將該誤差信號乘上一追蹤係數並回授至該第一數位信號，其中該追蹤係數用以調整該干擾抑制信號的頻率選擇範圍。
  4. 一種都卜勒雷達裝置，包括：一發射裝置，用以發射一第一無線信號；一接收裝置，耦接該發射裝置，用以接收一第二無線信號而產生一第一數位信號，其中該第一數位信號包括一都卜勒信號成分與一窄頻干擾信號成分，且該窄頻干擾信號成分的頻寬小於該都卜勒信號成分的頻寬；以及一窄頻干擾抑制裝置，耦接該接收裝置，用以對該第一數位信號進行干擾抑制以抑制該第一數位信號中的該窄頻干擾信號成分，而產生一輸出數位信號；其中該窄頻干擾抑制裝置包括：一高通濾波器，用以濾除該第一數位信號的該都卜勒信號成 分而產生一干擾追蹤數位信號；以及一干擾估測裝置，經配置以：根據該干擾追蹤數位信號取得多個加權係數，其中該些加權係數與該窄頻干擾信號成分的一干擾頻率有關，並根據該干擾追蹤數位信號與該些加權係數取得一誤差信號；根據該誤差信號更新該些加權係數；根據該些加權係數決定一調整信號，其中該調整信號對應該干擾抑制的強度。
  5. 如請求項4所述的都卜勒雷達裝置，其中該些加權係數包括多個第一濾波器係數，其中該窄頻干擾抑制裝置更包括：一第一陷波濾波器，用以根據該些第一濾波器係數濾除該窄頻干擾信號成分中對應一第一干擾頻率的第一干擾成分，其中該干擾估測裝置更經配置以：根據該調整信號調整對應該第一干擾頻率的該第一干擾成分並產生該輸出數位信號。
  6. 如請求項4所述的都卜勒雷達裝置，其中該些加權係數更包括多個第一濾波器係數以及至少一第二濾波器係數，其中該窄頻干擾抑制裝置更包括：一第一陷波濾波器，用以根據該些第一濾波器係數濾除該窄頻干擾信號成分的第一干擾頻率；以及一第二陷波濾波器，用以根據至少一該第二濾波器係數濾除 號窄頻干擾信號成分的第二干擾頻率，其中該干擾估測裝置更經配置以：根據該調整信號調整該第一陷波濾波器濾除該窄頻干擾信號成分的該第一干擾頻率；以及根據該調整信號調整該第二陷波濾波器濾除該窄頻干擾信號成分的該第二干擾頻率並產生該輸出數位信號。
  7. 如請求項1或4所述的都卜勒雷達裝置，其中該干擾估測裝置更經配置以：根據該些加權係數決定一參考值；反應於該參考值大於或等於一門檻值，根據一調整參數更新該調整信號以增強該干擾抑制；以及反應於該參考值小於該門檻值，根據該調整參數更新該調整信號以減弱該干擾抑制。
  8. 如請求項1或4所述的都卜勒雷達裝置，更包括：一移動偵測器，耦接該窄頻干擾抑制裝置，其中該移動偵測器依據該輸出數位信號來判斷一物體的移動情形，其中該第二無線信號包含該第一無線信號經由該物體反射而被產生的一反射信號。
  9. 如請求項1或4所述的都卜勒雷達裝置，其中該發射裝置包括：一本地震盪器，用以產生包括一時脈頻率的一震盪信號；一功率放大器，其接收端耦接該本地震盪器以接收該震盪信 號，並提供一調變信號；以及一發射端天線，耦接該功率放大器，受控於該功率放大器以轉換並發射該調變信號為該第一無線信號。
  10. 如請求項9所述的都卜勒雷達裝置，其中該接收裝置包括：一接收端天線，接收該第二無線信號以產生一第一類比信號；一低噪音放大器，耦接該接收端天線，放大該第一類比信號以成為一放大類比信號；一混頻器，耦接該低噪音放大器以及該發射裝置中的該本地震盪器，其中該混頻器依據來自該本地震盪器中該第一無線信號的該時脈頻率以對該第一放大信號進行混頻，從而產生一類比接收信號；以及一類比數位轉換器，耦接該混頻器，用以將該類比接收信號轉換為該第一數位信號。
  11. 一種窄頻干擾抑制方法，適用於一都卜勒雷達裝置，所述的窄頻干擾抑制方法包括：發射一第一無線信號；接收一第二無線信號而產生一第一數位信號，其中該第一數位信號包括一都卜勒信號成分與一窄頻干擾信號成分，且該窄頻干擾信號成分的頻寬小於該都卜勒信號成分的頻寬；以及對該第一數位信號進行干擾抑制以抑制該第一數位信號中的 該窄頻干擾信號成分，而產生一輸出數位信號，其中該干擾抑制包括：根據該第一數位信號而取得一延遲數位信號；根據該延遲數位信號與多個加權係數產生一干擾預測信號；根據一誤差信號更新該些加權係數；以及根據該第一數位信號、該些加權係數以及該誤差信號決定一調整信號，其中該干擾預測信號對應該窄頻干擾信號成分，其中該調整信號對應該干擾抑制的強度。
  12. 如請求項11所述的窄頻干擾抑制方法，其中該干擾抑制更包括：將該干擾預測信號與該調整信號相乘而產生一干擾抑制信號；以及從該第一數位信號減去該干擾抑制信號而產生該輸出數位信號。
  13. 如請求項11所述的窄頻干擾抑制方法，其中該干擾抑制更包括：將該第一數位信號減去該干擾抑制信號而產生該誤差信號；以及將該誤差信號乘上一追蹤係數並回授至該第一數位信號，其中該追蹤係數用以調整該干擾抑制信號的頻率選擇範圍。
  14. 一種窄頻干擾抑制方法，適用於一都卜勒雷達裝置，所述的窄頻干擾抑制方法包括： 發射一第一無線信號；接收一第二無線信號而產生一第一數位信號，其中該第一數位信號包括一都卜勒信號成分與一窄頻干擾信號成分，且該窄頻干擾信號成分的頻寬小於該都卜勒信號成分的頻寬；以及對該第一數位信號進行干擾抑制以抑制該第一數位信號中的該窄頻干擾信號成分，而產生一輸出數位信號，其中該干擾抑制包括：濾除該第一數位信號的該都卜勒信號成分而產生一干擾追蹤數位信號；根據該干擾追蹤數位信號取得多個加權係數，其中該些加權係數與該窄頻干擾信號成分的一干擾頻率有關，並根據該干擾追蹤數位信號與該些加權係數取得一誤差信號；根據該誤差信號更新該些加權係數；以及根據該些加權係數決定一調整信號，其中該調整信號對應該干擾抑制的強度。
  15. 如請求項14所述的窄頻干擾抑制方法，其中該些加權係數包括多個第一濾波器係數，其中該干擾抑制更包括：根據該些第一濾波器係數濾除該窄頻干擾信號成分中對應一第一干擾頻率的第一干擾成分；以及根據該調整信號調整對應該第一干擾頻率的該第一干擾成分並產生該輸出數位信號。
  16. 如請求項14所述的窄頻干擾抑制方法，其中該些加權係數更包括多個第一濾波器係數以及至少一第二濾波器係數，其中該干擾抑制更包括：根據該些第一濾波器係數濾除該窄頻干擾信號成分的第一干擾頻率；根據至少一該第二濾波器係數濾除該窄頻干擾信號成分的第二干擾頻率；根據該調整信號調整一第一陷波濾波器濾除該窄頻干擾信號成分的該第一干擾頻率；以及根據該調整信號調整一第二陷波濾波器濾除該窄頻干擾信號成分的該第二干擾頻率並產生該輸出數位信號。
  17. 如請求項11或14所述的窄頻干擾抑制方法，更包括：根據該些加權係數決定一參考值；反應於該參考值大於或等於一門檻值，根據一調整參數更新該調整信號以增強該干擾抑制；以及反應於該參考值小於該門檻值，根據該調整參數更新該調整信號以減弱該干擾抑制。
  18. 如請求項11或14所述的窄頻干擾抑制方法，更包括： 依據該輸出數位信號來判斷一物體的移動情形，其中該第二無線信號包含該第一無線信號經由該物體反射而被產生的一反射信號。
  19. 如請求項11或14所述的窄頻干擾抑制方法，更包括：產生包括一時脈頻率的一震盪信號；接收該震盪信號，並提供一調變信號；以及轉換並發射該調變信號為該第一無線信號。
  20. 如請求項19所述的窄頻干擾抑制方法，更包括：接收該第二無線信號以產生一第一類比信號；放大該第一類比信號以成為一放大類比信號；依據該第一無線信號的該時脈頻率以對該第一放大信號進行混頻，從而產生一類比接收信號；以及將該類比接收信號轉換為該第一數位信號。
TW110142955A 2021-11-18 2021-11-18 都卜勒雷達裝置及其窄頻干擾抑制方法 TWI790000B (zh)

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