TWI794045B

TWI794045B - 多雷達感測系統

Info

Publication number: TWI794045B
Application number: TW111109005A
Authority: TW
Inventors: 杜世海
Original assignee: 雷穎科技股份有限公司
Priority date: 2022-03-11
Filing date: 2022-03-11
Publication date: 2023-02-21
Also published as: TW202335633A

Abstract

一種多雷達感測系統，包含：一個射頻積體電路、一第一操作模式發射天線、一第二操作模式發射天線、一第一操作模式接收天線組、一第二操作模式接收天線組、一類比數位轉換器以及一處理裝置。射頻積體電路以分時運作的方式而運作第一操作模式及第二操作模式。藉由分時運作，本發明的多雷達感測系統可以降低平均功率而維持低瓦數。

Description

多雷達感測系統

本發明相關於一種生理感測裝置，特別是相關於一種多雷達感測系統。

生理感測裝置可分為接觸式以及非接觸式二種。接觸式生理感測裝置涵蓋了體溫計、穿戴式裝置等接觸人體的裝置。而非接觸式有利用紅外線、電磁波等方式。習知如要以非接觸式的方式感測多種生理人體訊號時，由於適合的電磁波頻率、波形的不同，往往是設置多個不同的雷達對不同的生理人體訊號進行感測。然而，多種雷達的同時運作也帶來較高的瓦數，電能使用效率不佳。

因此，本發明的目的即在提供一種多雷達感測系統，可具有較佳的電能使用效率。

本發明為解決習知技術之問題所採用之技術手段係提供一種多雷達感測系統，包含：一個射頻積體電路，具有一第一操作模式及一第二操作模式，分別用以感測心跳以及用以感測人體動作，該射頻積體電路以分時運作的方式而運作該第一操作模式及該第二操作模式；一第一操作模式發射天線，連接於該射頻積體電路，在第一操作模式下，該射頻積體電路透過該第一操作模式發射天線發射一脈衝訊號；一第二操作模式發射天線，連接於該射頻積體電路，在第二操作模式下，該射頻積體電路透過該第二操作模式發射天線發射一調頻連續波訊號；一第一操作模式接收天線組，連接於該射頻積體電路，該射頻積體電路透過該第一操作模式接收天線組接收人體對於該脈衝訊號所反射的一脈衝反射訊號；一第二操作模式接收天線組，連接於該射頻積體電路，該射頻積體電路透過該第二操作模式接收天線組接收人體對於該調頻連續波訊號所反射的一調頻連續波反射訊號；一類比數位轉換器，連接於該射頻積體電路，該射頻積體電路依據該脈衝反射訊號及該調頻連續波反射訊號而產生一感測資料訊號，該類比數位轉換器對於該射頻積體電路的該感測資料訊號進行類比數位轉換；以及一處理裝置，連接於該射頻積體電路以及該類比數位轉換器，該處理裝置控制該射頻積體電路以及類比數位轉換器，該處理裝置對於經類比數位轉換的該感測資料訊號進行基帶訊號運算，而得出一感測結果予以輸出。

在本發明的一實施例中係提供一種多雷達感測系統，更包括一功率放大器，設置於該第一操作模式發射天線以及該射頻積體電路之間。

在本發明的一實施例中係提供一種多雷達感測系統，更包括一人機介面，連接於該處理裝置，該人機介面具有一輸入裝置，供使用者輸入指令以設定該處理裝置。

在本發明的一實施例中係提供一種多雷達感測系統，其中該人機介面具有一顯示螢幕，該人機介面接收該感測結果並顯示於該顯示螢幕。

經由本發明的多雷達感測系統所採用之技術手段，射頻積體電路以分時運作的方式而運作第一操作模式及第二操作模式。第一操作模式與第二操作模式為不同的時段交替運行。換言之，第一操作模式發射天線發射電磁訊號時，第二操作模式發射天線為靜止（silence），反之亦然。由於同時間僅有部分的發射天線在運作，因此，本發明的多雷達感測系統可以降低平均功率而維持低瓦數，或者是在不增加瓦數的情況下增加發射天線的發射功率，而具有較佳的電能使用效率。

以下根據第1圖至第4圖，而說明本發明的實施方式。該說明並非為限制本發明的實施方式，而為本發明之實施例的一種。

如第1圖所示，依據本發明的一實施例的一多雷達感測系統100，包含：一個射頻積體電路（RFIC）1、一第一操作模式發射天線2、一第二操作模式發射天線3、一第一操作模式接收天線組4、一第二操作模式接收天線組5、一類比數位轉換器6以及一處理裝置7。

射頻積體電路1連接於第一操作模式發射天線2、第二操作模式發射天線3、第一操作模式接收天線組4、第二操作模式接收天線組5。在本實施例中，第一操作模式發射天線2與第二操作模式發射天線3各有一個發射天線。第一操作模式接收天線組4與第二操作模式接收天線組5各有二個接收天線。換言之，本發明的多雷達感測系統100為具有二個發射天線及四個接收天線的2T4R架構。當然，本發明不限於此，在其他實施例中，多雷達感測系統也可以是3T4R架構或二個以上發射天線且四個以上接收天線的其他架構。

射頻積體電路1負責包括調變／解調變（modem）、切換器（switch）、低雜訊放大器（LNA）、濾波等功能。此外，採用脈衝壓縮技術，提高雷達之距離解析率。射頻積體電路1具有第一操作模式及第二操作模式，分別用以感測心跳以及用以感測人體動作，而結合了至少二種雷達的功能。另外，在其他實施例中，射頻積體電路1也可另具有第三操作模式或更多個操作模式，對應地，多雷達感測系統具有對應上述操作模式的發射天線及接收天線。

第2圖及第3圖所示，在第一操作模式下，射頻積體電路1透過第一操作模式發射天線2發射一脈衝訊號P。脈衝訊號P的波長在毫米（mmWave）的範圍內。

第2圖及第4圖所示，在第二操作模式下，射頻積體電路1透過第二操作模式發射天線3發射一調頻連續波（FMCW）訊號F。調頻連續波訊號F的波長在毫米（mmWave）的範圍內。

射頻積體電路1以分時運作的方式而運作第一操作模式及第二操作模式，也就是所有的操作模式之運作時間為不重疊。如第2圖所示，第一操作模式與第二操作模式為不同的時段交替運行。換言之，第一操作模式發射天線2發射電磁訊號時，第二操作模式發射天線3為靜止（silence）；第二操作模式發射天線3發射電磁訊號時，第一操作模式發射天線2為靜止。由於同時間僅有部分的發射天線在運作，因此，本發明的多雷達感測系統100可以降低平均功率而維持低瓦數，或者是在不增加瓦數的情況下增加發射天線的發射功率。在第2圖中，脈衝訊號P以及調頻連續波訊號F是以時間對頻率的方式表示波形。在本實施例中，第一操作模式與第二操作模式的各時段之運作時間長度為相同。而在其他實施例中，第一操作模式與第二操作模式的各時段之運作時間長度可為相異。

如第1圖及如第3圖所示，第一操作模式接收天線組4連接於射頻積體電路1。射頻積體電路1透過第一操作模式接收天線組4接收人體對於脈衝訊號P所反射的一脈衝反射訊號P _r。第一操作模式接收天線組4的運作不限於在第一操作模式的時間範圍內，而其可在第二操作模式的時間範圍內接收脈衝反射訊號P _r。

功率放大器8設置於第一操作模式發射天線2以及射頻積體電路1之間，以放大脈衝訊號P的功率，而確保脈衝反射訊號P _r足以用於檢測人體的心跳。

如第1圖及如第4圖所示，第二操作模式接收天線組5連接於射頻積體電路1。射頻積體電路1透過第二操作模式接收天線組5接收人體對於調頻連續波訊號F所反射的一調頻連續波反射訊號F _r。第二操作模式接收天線組5的運作不限於在第二操作模式的時間範圍內，而其可在第一操作模式的時間範圍內接收調頻連續波反射訊號F _r。

如第1圖所示，類比數位轉換器6連接於射頻積體電路1。射頻積體電路依據脈衝反射訊號P _r及調頻連續波反射訊號F _r而產生一感測資料訊號，類比數位轉換器6對於射頻積體電路1的感測資料訊號進行類比數位轉換。

處理裝置7為一中央處理單元（CPU）以及現場可程式閘陣列（FPGA），負責調變之前與解調變之後的基帶訊號處理。如第1圖所示，處理裝置7連接於射頻積體電路1以及類比數位轉換器6，而控制射頻積體電路1以及類比數位轉換器6。處理裝置7對於經類比數位轉換的感測資料訊號進行基帶訊號運算，而得出一感測結果予以輸出。感測結果包含感測對象的心跳數以及動作。而在其他實施例中，處理裝置7也可以包含微控制器（MCU）。

詳細而言，第一操作模式接收天線組4與第二操作模式接收天線組5分別具有的二個接收天線之位置有微小差別。針對人體的心跳，心跳能利用位置的微小差別以及微都卜勒效應（micro-Doppler effect）而被檢測出，透過濾波抽取而能抽取出脈衝反射訊號P _r相對於脈衝訊號P的隨時間變化之頻率偏移，即能檢測出人體的心跳。檢測範圍為每分鐘30~200下的心跳。

而針對人體的動作，基於人體的不同動作會產生不同的微都卜勒特徵（micro-Doppler signature），以及配合前述位置的微小差別，判斷感測資料訊號屬於何種微都卜勒特徵，即能檢測出人體的動作（例如：躺下、走動等）。

如第1圖所示，依據本發明的實施例的多雷達感測系統100，人機介面9連接於處理裝置7。人機介面9具有輸入裝置91，供使用者輸入指令以設定處理裝置7。人機介面9具有一顯示螢幕92，人機介面9接收感測結果並顯示於顯示螢幕92。而在其他實施例中，處理裝置7是將感測結果輸出到一控制中心。

以上之敘述以及說明僅為本發明之較佳實施例之說明，對於此項技術具有通常知識者當可依據以下所界定申請專利範圍以及上述之說明而作其他之修改，惟此些修改仍應是為本發明之發明精神而在本發明之權利範圍中。

100:多雷達感測系統 1:射頻積體電路 2:第一操作模式發射天線 3:第二操作模式發射天線 4:第一操作模式接收天線組 5:第二操作模式接收天線組 6:類比數位轉換器 7:處理裝置 8:功率放大器 9:人機介面 91:輸入裝置 92:顯示螢幕 F:調頻連續波訊號 F _r:調頻連續波反射訊號 P:脈衝訊號 P _r:脈衝反射訊號

［第1圖］為顯示根據本發明的一實施例的多雷達感測系統的方塊示意圖；［第2圖］為顯示根據本發明的實施例的多雷達感測系統所發出的電磁訊號的波形示意圖；［第3圖］為顯示根據本發明的實施例的多雷達感測系統於第一操作模式的示意圖；［第4圖］為顯示根據本發明的實施例的多雷達感測系統於第二操作模式的示意圖。

100:多雷達感測系統

1:射頻積體電路

2:第一操作模式發射天線

3:第二操作模式發射天線

4:第一操作模式接收天線組

5:第二操作模式接收天線組

6:類比數位轉換器

7:處理裝置

8:功率放大器

9:人機介面

91:輸入裝置

92:顯示螢幕

Claims

一種多雷達感測系統，包含：一個射頻積體電路，具有一第一操作模式及一第二操作模式，分別用以感測心跳以及用以感測人體動作，該射頻積體電路以分時運作的方式而運作該第一操作模式及該第二操作模式；一第一操作模式發射天線，連接於該射頻積體電路，在第一操作模式下，該射頻積體電路透過該第一操作模式發射天線發射一脈衝訊號；一第二操作模式發射天線，連接於該射頻積體電路，在第二操作模式下，該射頻積體電路透過該第二操作模式發射天線發射一調頻連續波訊號；一第一操作模式接收天線組，連接於該射頻積體電路，該射頻積體電路透過該第一操作模式接收天線組接收人體對於該脈衝訊號所反射的一脈衝反射訊號；一第二操作模式接收天線組，連接於該射頻積體電路，該射頻積體電路透過該第二操作模式接收天線組接收人體對於該調頻連續波訊號所反射的一調頻連續波反射訊號；一類比數位轉換器，連接於該射頻積體電路，該射頻積體電路依據該脈衝反射訊號及該調頻連續波反射訊號而產生一感測資料訊號，該類比數位轉換器對於該射頻積體電路的該感測資料訊號進行類比數位轉換；以及一處理裝置，連接於該射頻積體電路以及該類比數位轉換器，該處理裝置控制該射頻積體電路以及類比數位轉換器，該處理裝置對於經類比數位轉換的該感測資料訊號進行基帶訊號運算，而得出一感測結果予以輸出。
如請求項1之多雷達感測系統，更包括一功率放大器，設置於該第一操作模式發射天線以及該射頻積體電路之間。
如請求項1之多雷達感測系統，更包括一人機介面，連接於該處理裝置，該人機介面具有一輸入裝置，供使用者輸入指令以設定該處理裝置。
如請求項3之多雷達感測系統，其中該人機介面具有一顯示螢幕，該人機介面接收該感測結果並顯示於該顯示螢幕。