TWI825488B - 都卜勒雷達裝置及其省電方法 - Google Patents

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Abstract

一種都卜勒雷達裝置包括傳送器、接收器以及處理器。傳送器向場域傳送射頻信號。接收器耦接傳送器，從場域接收對應於射頻信號的反射信號。處理器耦接接收器，經配置以：根據反射信號偵測在場域之中的待測目標。反應於在場域之中未偵測到待測目標，根據降載訊息切換至省電模式，且在省電模式中射頻信號的工作負載基於降載訊息而減少。

Description

都卜勒雷達裝置及其省電方法
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省電方法。
雷達技術經過多年的發展已經有廣泛的應用，例如飛航用雷達、汽車偵測雷達以及生理資訊(vital signs)偵測雷達等等。在偵測過程中，雷達為了隨時偵測在環境中的物體運動或生理資訊(如呼吸、心跳)需要不斷地工作。雷達會不斷地發出無線電波，不斷地接收反射回來的無線電波，並且不斷地處理收到之資料。然而，當雷達在正常狀況下持續地工作時，雷達不間斷地發射無線電波、接收無線電波及處理資料，會使得雷達裝置中對應的電路運作持續耗電而造成很大的電能消耗。
有鑒於此，本發明的實施例提供一種都卜勒雷達裝置及其省電方法，可節省雷達裝置的電能消耗。
本發明的實施例提供一種都卜勒雷達裝置，包括傳送器、接收器以及處理器。傳送器向場域傳送射頻信號。接收器耦接傳送器，從場域接收對應於射頻信號的反射信號。處理器耦接接收器，經配置以：根據反射信號偵測在場域之中的待測目標。反應於在場域之中未偵測到待測目標，根據降載訊息切換至省電模式，並且在省電模式中上述射頻信號的工作負載基於降載訊息而減少。
本發明的實施例提供一種省電方法，適用於都卜勒雷達裝置，包括以下步驟：向場域傳送射頻信號。從場域接收對應於射頻信號的反射信號。根據反射信號偵測在場域之中的待測目標。反應於在場域之中未偵測到待測目標，根據降載訊息切換至省電模式，並且在省電模式中上述射頻信號的工作負載基於降載訊息而減少。
基於上述，根據本發明實施例所提供的都卜勒雷達裝置及省電方法，當雷達裝置在場域之中未偵測到待測目標時，進入保持在低耗電的省電模式，並且在省電模式中的多個訊框的工作負載可基於降載訊息而減少。藉此，在兼顧雷達裝置正常偵測工作要求的情況下，可節省雷達裝置的電能消耗。
100:雷達裝置
110:傳送器
112:信號產生器
114:調頻連續波發射電路
116:發射天線
120:接收器
121:類比數位轉換器
123:調頻連續波解調電路
125:調頻連續波接收電路
127:接收天線
130:處理器
200:待測目標
S201,S202,S203,S204:步驟
C1,C2,C3,...,Cn,CH:啁啾信號
ENV:場域
TS:射頻信號
RS:反射信號
S:斜率
τ:延遲
B:頻寬
f0,f1,f2:頻率
Tc:掃頻週期
SC,IFS:中頻信號
FR_1,FR_2,FR_3,FR_M:訊框
n:整數
A1,A2,A3:矩陣
SD,SQ,SP:數位資料
D1,D2,...,Dn:陣列
P1,P2,...,Pn:陣列
Q1,Q2,...,Qm:陣列
711,712:資料點
S701,S702,S703:步驟
810,1110:正常工作模式
820,1120:省電模式
S801,S802:步驟
900,901,902,903,1011,1012,1013:偵測信號
S1001,S1002,S1003,S1101,S1102:步驟
T:等待時間
TX:發射天線
RS_1,RS_2:反射信號
θ:角度
Φ0:相位
λ:波長
C:光速
d:距離
RX_1,RX_2,RX_N:接收天線
MX_1,MX_2,MX_N:混波器
LPF:低通濾波器
ADC:類比數位轉換器
DATA_1,DATA_2,DATA_N:數位資料
圖1是依照本發明的第一實施例的一種雷達裝置的示意圖。
圖2是依照本發明的第一實施例的一種省電方法的流程圖。
圖3是依照本發明的第二實施例的一種雷達裝置的示意圖。
圖4是在本發明的一實施例中的啁啾信號的示意圖。
圖5是在本發明的一實施例中從射頻信號及反射信號取得中頻信號的示意圖。
圖6是在本發明一實施例中射頻信號的多個訊框的示意圖。
圖7是在本發明一實施例中根據反射信號偵測在場域之中的待測目標的示意圖。
圖8是在本發明一實施例中雷達裝置的運作流程圖。
圖9是在本發明一實施例的一省電模式中多個訊框的偵測信號的示意圖。
圖10是在本發明一實施例的一省電模式中從訊框擷取偵測信號的示意圖。
圖11是在本發明另一實施例中雷達裝置的運作流程圖。
圖12是在本發明另一實施例的一省電模式中的多個訊框的示意圖。
圖13是在本發明的一實施例中估計到達角的示意圖。
圖14是在本發明的第三實施例的一種雷達裝置的示意圖。
本發明的部份實施例接下來將會配合附圖來詳細描述，以下的描述所引用的元件符號，當不同附圖出現相同的元件符號將視為相同或相似的元件。這些實施例只是本發明的一部份，並未 揭示所有本發明的可實施方式。更確切的說，這些實施例只是本發明的專利申請範圍中的裝置與方法的範例。凡可能之處，在圖式及實施方式中使用相同標號的元件/構件/步驟代表相同或類似部分。不同實施例中使用相同標號或使用相同用語的元件/構件/步驟可以相互參照相關說明。
圖1是依照本發明的實施例的一種雷達裝置的示意圖。請參照圖1，雷達裝置100包括傳送器110、接收器120以及處理器130。雷達裝置100可例如是脈衝雷達、連續波(Continuous Wave,CW)雷達、都卜勒(Doppler)雷達或是調頻連續波(Frequency Modulated Continuous Wave,FMCW)雷達，並可應用於氣象、測速、地形、軍事或生理偵測等領域。
傳送器110向場域ENV傳送射頻信號TS。接收器120耦接傳送器110。接收器120從場域ENV接收對應於射頻信號TS的反射信號RS。處理器130耦接接收器120。處理器130可經配置以執行以下步驟：根據反射信號RS偵測在場域ENV之中的待測目標200。反應於在場域ENV之中未偵測到待測目標200，根據降載訊息切換至省電模式。
圖2是依照本發明的第一實施例的一種省電方法的流程圖。圖2的省電方法適用於如圖1所示的雷達裝置100。以下請共同參照圖1及圖2。在步驟S201中，傳送器110向場域ENV傳送射頻信號TS。在步驟S202中，接收器120從場域ENV接收對應於射頻信號TS的反射信號RS。在步驟S203中，處理器130根據 反射信號RS偵測在場域ENV之中的待測目標200。在步驟S204中，處理器130反應於在場域ENV之中未偵測到待測目標200，根據降載訊息切換至省電模式。
在一實施例中，雷達裝置100可以是CW雷達。在一實施例中，雷達裝置100可以是都卜勒雷達。須注意的是，在省電模式中，射頻信號TS的工作負載可基於降載訊息而減少。
在一實施例中，雷達裝置100可以是FMCW雷達。射頻信號TS可包括多個訊框(frame)，且在省電模式中的那些訊框的工作負載(duty)基於降載訊息而減少。
具體而言，雷達裝置100在正常工作模式下，傳送器110會持續地傳送射頻信號TS以偵測場域ENV之中是否存在待測目標200。射頻信號TS經待測目標200或場域ENV的環境反射之後產生反射信號RS。舉例來說，待測目標200可以是人體、靜止的環境或是正在移動的物體。反射信號RS可以是射頻信號TS碰到人體、環境靜止或移動物體反射回來之信號。反射信號RS的主要頻率與射頻信號TS相同，而且反射信號RS耦合了移動物體的速度、人體呼吸或心跳運動所產生之相位變化，或是待測目標200與雷達裝置100之間的距離產生之調變頻率差。處理器130對反射信號RS經轉換而成的數位資料進行運算，雷達裝置100即可根據此數位資料運算的結果偵測場域ENV之中的待測目標200，例如，所要偵測之物體距離、物體之方向角、物體之速度。若此物體為人體，待測目標200也可以是人體之呼吸，心跳等生理資訊。
雷達裝置100的工作負載可以關聯於射頻信號TS所對應的多個訊框的數量、這些訊框的每一訊框之中所發射的偵測信號的數量或是雷達裝置100進行偵測的工作時間。雷達裝置100在省電模式中可根據上述各種方式降低耗電。因此，降載訊息可包括訊框的總數、每一訊框之中所發射的偵測信號的數量、所發射的偵測信號的頻度，或是雷達裝置100進行偵測的工作時間。當雷達裝置100進入省電模式時，傳送器110、接收器120或處理器130可根據降載訊息調整工作負載。
在一實施例中，射頻信號TS對應多個訊框。那些訊框的第一訊框包括多個第一偵測信號。那些訊框第二訊框包括多個第二偵測信號。在雷達裝置100進入省電模式之後，那些第二偵測信號的數量小於或等於那些第一偵測信號的數量。
在一實施例中，多個訊框的第三訊框包括多個第三偵測信號。處理器130可從多個第三偵測信號之中擷取第四偵測信號，並根據此第四偵測信號偵測在場域之中的待測目標。
在一實施例中，降載訊息包括等待時間。處理器130可在切換至省電模式之後，指示傳送器110在等待時間內停止傳送射頻信號TS。
在一實施例中，降載訊息包括射頻信號TS所對應的訊框總數，處理器130可根據降載訊息調整多個訊框的數量。
在一實施例中，處理器130可反應於在場域ENV之中偵測到待測目標200，從省電模式切換至正常工作模式，且在正常工 作模式中回復多個訊框的工作負載。
圖3是依照本發明的第二實施例的一種雷達裝置的示意圖。在本發明的第二實施例中，雷達裝置100是FMCW雷達。請參照圖3，傳送器110可包括信號產生器112、調頻連續波發射電路114以及發射天線116。調頻連續波發射電路114耦接信號產生器112。發射天線116耦接調頻連續波發射電路114。接收器120可包括類比數位轉換器(Analog-to-Digital Converter,ADC)121、調頻連續波解調電路123、調頻連續波接收電路125以及接收天線127。調頻連續波解調電路123耦接信號產生器112。類比數位轉換器121耦接調頻連續波解調電路123。調頻連續波接收電路125耦接接收天線127以及調頻連續波解調電路123。
信號產生器112可根據掃頻週期產生啁啾信號(Chirp)。啁啾信號的頻率在掃頻週期內隨著時間變化。啁啾信號又可稱為偵測信號。雷達裝置100進行偵測時，訊框的之中可包括至少一啁啾信號以偵測待測目標200。
圖4是在本發明的一實施例中的啁啾信號的示意圖。在一實施例中，啁啾信號CH可以是線性調變頻率信號。啁啾信號CH的頻率在掃頻周期Tc之中從起始頻率fc隨時間變化至終止頻率(fc+B)。終止頻率(fc+B)與起始頻率fc之間的頻率差為頻寬B。在圖4所繪示的例子中，啁啾信號CH頻率隨時間變化的波形是頻率依據斜率S線性遞增的鋸齒波。一般的振盪頻率可以使用24GHz或者是77GHz。舉例來說，在一實施例中，啁啾信號CH的 頻率變化波形的參數設定可以是，起始頻率fc為77GHz，終止頻率(fc+B)為81GHz，頻寬B為4GHz，掃頻週期Tc為40微秒(us)，而線性遞增斜率S為100MHz/us的鋸齒波。
在一些實施例中，啁啾信號CH頻率隨時間變化的波形也可以是先線性遞增後再線性遞減的三角波。在另一些實施例中，啁啾信號CH的頻率隨時間變化可為非線性的波形。
回到圖3的雷達裝置100。調頻連續波發射電路114可包括功率放大器(Power Amplifier,PA)。調頻連續波發射電路114可放大信號產生器112所產生的啁啾信號CH而產生射頻信號TS，並透過發射天線116發射射頻信號TS。射頻信號TS發射的有效視野(Field ofView,FOV)可由發射天線116決定。發射天線116的設計可與射頻信號TS的頻率及發射角度有關。在一些實施例中，調頻連續波發射電路114可耦接多組天線，藉由時域多工方式，在某時間發射啁啾信號CH，在另一時間發射另一啁啾信號CH。
發射天線116可以是貼片(patch)天線、透鏡天線(lens antenna)、微帶天線(microstrip antenna)或是導波管漏波天線(waveguide leaky-wave antenna)。發射天線116可發射射頻信號TS。發射天線116可利用印刷電路板來實現。
接收天線127可接收反射信號RS。具體地，接收天線127可接收射頻信號TS經待測目標200或場域ENV反射而產生的反射信號RS。接收天線127之設計需考慮射頻信號TS之頻率。接收天線127所接收反射信號RS的FOV可包含數個波束，以接收 不同方位角的物體回波，並依此判斷物體的方位。接收天線127可以是貼片(patch)天線、透鏡天線(lens antenna)、微帶天線(microstrip antenna)或是導波管漏波天線(waveguide leaky-wave antenna)。接收天線127可利用印刷電路板來實現。在一些實施例中，雷達裝置100可採用多個發射或接收天線(Multiple-Input-Multiple-Output,MIMO)的架構。
調頻連續波接收電路125可包括前端訊號放大與濾波。調頻連續波接收電路125可放大反射信號RS並過濾反射信號RS的雜訊。舉例而言，調頻連續波接收電路125將接收天線127接收之微小的反射信號RS，藉由低雜訊放大器(Low-Noise Amplifier,LNA)先放大，再經由濾波電路濾去雜訊。
調頻連續波解調電路123可根據啁啾信號CH解調反射信號RS而取得中頻信號。具體地，信號產生器112將所產生的啁啾信號CH回饋至調頻連續波解調電路123。接著，調頻連續波解調電路123可通過混波器將啁啾信號CH與反射信號RS進行耦合，並且將耦合後之信號經由低通濾波器(Low-Pass Filter,LPF)以得到中頻信號。
圖5是在本發明的一實施例中從射頻信號及反射信號取得中頻信號的示意圖。請參照圖5，在掃頻週期Tc之中，射頻信號TS與經反射後的反射信號RS之間會有延遲τ。因為延遲τ使得射頻信號TS與反射信號RS在同一時間點有一調變頻率差，將斜率S乘上延遲τ可計算得到此調變頻率差為Sτ。此調變頻率差即為 調頻連續波解調電路123將啁啾信號CH與反射信號RS進行耦合所得到中頻信號IFS的頻率f0，當雷達裝置100與待測目標200的距離為d時，延遲τ可以表示為2d/C，中頻信號IFS的頻率f0與相位Φ0由以下公式(1)-(2)計算：f0=f1-f2=Sτ=2Sd/C 公式(1)
Φ0=4πd/λ 公式(2)
上述C為光速，λ為對應射頻信號TS電磁波頻率的波長。
從公式(1)-(2)可知，當雷達裝置100與待測目標200的距離d較小時，射頻信號TS與反射信號RS之間的延遲τ較小，也因此射頻信號TS與反射信號RS之間的頻率差，又稱為拍頻(beat frequency)，也就是中頻信號IFS的頻率f0較小。當雷達裝置100與待測目標200的距離d較大時，延遲τ也較大，因此射頻信號TS與反射信號RS之間的頻率差，中頻信號IFS的頻率f0較大。換言之，反射信號RS主要頻率與射頻信號TS相同，而且耦合雷達裝置100與待測目標200的距離d產生之中頻信號IFS的頻率f0。
再回到圖3的雷達裝置100。類比數位轉換器121可將中頻信號IFS轉換為數位資料。數位資料經過處理器130運算後即可得到與待測目標200關聯的資訊，例如物體距離、速度或呼吸，心跳之生理資訊。
處理器130(又可稱為運算處理器)，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。處理器130可對中頻信 號IFS所轉換成的數位資料進行運算。處理器130可利用各種數位信號處理演算法，去除數位資料的雜訊，去除數位資料的高頻訊號，並且根據數位資料運算出所要偵測之待測目標200，例如物體距離、物體之方向角或物體之速度。在一實施例中，待測目標200可為人體，處理器130可利用中頻信號IFS轉換成的數位資料運算取得人體之呼吸或心跳資訊。
圖6是在本發明一實施例中射頻信號的多個訊框的示意圖。雷達裝置100發射的射頻信號TS包括多個訊框FR_1,FR_2,...,FR_M。每一個訊框是雷達裝置100偵測場域ENV之中是否存在待測目標200的基本時間長度。訊框FR_1,FR_2,...,FR_M的每一者可包括至少一個啁啾信號CH(或稱為偵測信號)。在正常工作模式下,訊框FR_1,FR_2,...,FR_M可包括多個啁啾信號CH。訊框FR_1,FR_2,...,FR_M的每一者最多可包括n個啁啾信號CH，其中n為整數。舉例來說，在一實施例中，訊框FR_1最多可有n=64個啁啾信號CH。在一實施例中，每個訊框FR_1,FR_2,...,FR_M具有的啁啾信號CH的數量不同。在一實施例中，每個訊框FR_1,FR_2,...,FR_M具有的啁啾信號CH的數量可根據雷達裝置100的偵測工作所要求的解析度而調整。
圖7是在本發明一實施例中根據反射信號偵測在場域之中的待測目標的示意圖。請參照圖7，反射信號RS經過調頻連續波解調電路123解調的中頻信號SC包括對應於多個啁啾信號C1,C2,C3,...,Cn的部分。
在步驟S701中，中頻信號SC經過類比數位轉換器121轉換成多筆數位資料SD儲存成A1矩陣。多筆數位資料SD包括多組陣列D1,D2,...,Dn，且陣列D1,D2,...,Dn分別對應於啁啾信號C1,C2,C3,...,Cn。A1矩陣的橫軸為每一啁啾信號的取樣時間單位。A1矩陣的縱軸由下至上為陣列D1,D2,...,Dn分別對應於啁啾信號C1,C2,C3,...,Cn的排列次序。
在步驟S702中，處理器130可對A1矩陣所儲存的陣列D1,D2,...,Dn進行快速傅立葉轉換(Fast Fourier Transform,FFT)而得到A2矩陣的多筆數位資料SP，也就是延著A1矩陣的橫軸進行FFT，又稱為距離快速傅立葉轉換(Range FFT)。A1矩陣經過Range FFT運算之後可得出A2矩陣。A2矩陣的多筆數位資料SP包括陣列P1,P2,...,Pn，分別對應於A1矩陣中的陣列D1,D2,...,Dn。在A2矩陣中的橫軸為頻率資訊，又稱為距離頻率，而且此頻率資訊可利用公式(1)-(2)轉換為距離(range)資訊，此距離資訊可用來對應到位在某一距離的偵測情況，因此A2矩陣中的橫軸頻率資訊又可稱為距離頻率。具體來說，在A2矩陣中每一點之值為Range FFT運算得到之多個距離頻率對應的振幅值，此振幅值的大小代表在那一個點對應的距離的反射信號RS的信號強度。當在A2矩陣中橫軸的一個距離頻率的振幅值越大，則在此距離頻率對應的距離的信號強度就越大，表示偵測到待測目標200位於此位置。當在A2矩陣中的一個距離頻率的振幅值很小，則代表此點對應的距離處的信號強度也很小，表示此位置沒有偵測到待測目標200。
在一實施例中，處理器130可反應於A2矩陣中的一距離頻率的一振幅值大於一第一門檻值，判斷在場域ENV之中有偵測到待測目標200。第一門檻值可以經由場域量測來決定。具體地，如圖7所示，在A2矩陣中陣列P1的資料點711對應的距離頻率的振幅值大於第一門檻值，處理器130判斷在場域ENV之中有偵測到待測目標200。
在步驟S703中，處理器130可對A2矩陣的每一縱軸進行FFT得出多筆數位資料SQ，此運算又稱為都卜勒快速傅立葉轉換(Doppler FFT)。在對A2矩陣進行Doppler FFT之後可得到多個都卜勒頻率。具體來說，A2矩陣經過Doppler FFT之後得出A3矩陣的多筆數位資料SQ包括多組陣列Q1,Q2,...,Qm對應至A3矩陣的每一縱軸的數位資料即為都卜勒頻率。陣列Q1,Q2,...,Qm包括中頻信號SC的相位變化資訊。A3矩陣的橫軸與A2矩陣同樣代表距離。A3矩陣的縱軸的都卜勒頻率可用來偵測待測目標200在某一距離處的相位變化資訊，例如物體運動之速度、週期性運動之頻率，或者是呼吸、心跳等生理資訊。在A3矩陣中的每一個資料點為一振幅值，且此振幅值對應到橫軸的一距離頻率與縱軸的一都卜勒頻率。在A3矩陣中的一資料點所對應的距離頻率與都卜勒頻率的一振幅值越大，此資料點的信號強度就越大，表示偵測到有待測目標200位於此距離頻率所對應的距離並且以此都卜勒頻率對應之速度運動。在A3矩陣中的一資料點所對應的距離頻率與都卜勒頻率的一振幅值很小，代表此資料點的信號強度也很小，表 示沒有偵測到位於此距離並且以此都卜勒頻率對應之速度運動的待測目標200。
在一實施例中，處理器130可反應於A3矩陣中的一都卜勒頻率之一振幅值大於一第二門檻值，判斷在場域ENV之中有偵測到待測目標200。第二門檻值可以經由場域量測來決定。具體地，如圖7所示，當A3矩陣中位在資料點712的對應的都卜勒頻率的振幅值大於第二門檻值，處理器130判斷在場域ENV之中有偵測到待測目標200。處理器130可判斷待測目標200位在資料點712在A3矩陣的橫軸的距離頻率所對應的距離處以資料點712在A3矩陣的縱軸的都卜勒頻率所對應的速度運動。
圖8是在本發明一實施例中雷達裝置的運作流程圖。請參照圖8，雷達裝置100在正常工作模式810下，執行步驟S801。在步驟S801之中，雷達裝置100偵測在場域ENV是否有待測目標200(例如是一物體)。當在場域ENV中偵測到待測目標200，雷達裝置100維持在正常工作模式810下的運作。當在場域ENV中未偵測到待測目標200，雷達裝置100進入省電模式820。雷達裝置100在省電模式820下，執行步驟S802。在步驟S802之中，雷達裝置100偵測在場域ENV是否有待測目標200。當在場域ENV中偵測到待測目標200，雷達裝置100從省電模式820回復到正常工作模式810。當在場域ENV中未偵測到待測目標200，雷達裝置100保持省電模式820下的工作負載運作。
換言之，雷達裝置100在正常工作模式810下會持續地 偵測場域ENV之中是否存在待測目標200。傳送器110以及接收器120的電路運作會持續地消耗電能，而且處理器130進行FFT以計算物體位置、距離、速度或其他運動或生理資訊時也會持續消耗電能。雷達裝置100在省電模式820時，目的不在於偵測精確計算位置、速度，而在於減少電能消耗，因此只需要偵測在場域ENV是否有待測目標200存在。省電模式820是較為輕載的偵測模式，雷達裝置100稍微放緩偵測工作負載。若在場域ENV沒有待測目標200存在，則雷達裝置100切換為省電模式820減少傳送器110、接收器120或處理器130的工作負載，以節省耗電。
圖9是在本發明一實施例的一省電模式中多個訊框的偵測信號的示意圖。射頻信號TS包括多個訊框FR_1,FR_2,FR_3,...,FR_M。當在訊框FR_1未偵測到待測目標200，雷達裝置100進入省電模式820。此時雷達裝置100減少訊框FR_2的偵測信號(或是啁啾信號)的數量，並同時對應地降低傳送器110、接收器120以或處理器130的工作負載。
舉例來說，在正常工作模式810下的訊框FR_1有64個偵測信號。當省電模式820時，可將訊框FR_2,FR_3,...,FR_M的偵測信號的數量減少，例如將偵測信號的數量減少32個、16個、8個、4個、2個或1個，也可以為其它數量，這些部份偵測信號的數量，可以是連續數量、也可以是不連續、也可以是部份連續部份不連續。例如在圖9之中，訊框FR_2的偵測信號900減少為4個，又例如在訊框FR_3可只有1個偵測信號901，或者，在訊框 FR_M之中包括部分間隔的偵測信號902與偵測信號903。
圖10是在本發明一實施例的一省電模式中從訊框擷取偵測信號的示意圖。在一實施例中，處理器130可只處理反射信號RS中部分偵測信號的FFT運算來偵測待測目標200。例如，在圖10之中反射信號RS對應多個訊框FR_1,FR_2,FR_3,...,FR_M，而且訊框FR_1,FR_2,FR_3,...,FR_M之中的多個偵測信號的數量與正常工作模式810下的工作負載相同。例如在步驟S1001中，處理器130可只擷取訊框FR_2之中初始部份的偵測信號1011進行運算。例如在步驟S1002中，處理器130可只擷取訊框FR_3之中一部份的偵測信號1012進行運算，這些部份偵測信號，可以是連續、也可以是不連續、也可以是部份連續部份不連續。例如在步驟S1003中，處理器130可只擷取訊框FR_M之中的1個偵測信號1013進行運算。雷達裝置100之硬體工作並未改變，僅改變處理器130運算之程式執行，即可節省進行處理運算時消耗的電能，並且較容易實施。
在一些應用情境中，當雷達裝置100在場域ENV未偵測到待測目標200時，在一段時間之內，即使有待測目標200進入，也不影響雷達裝置100偵測處理。此時，雷達裝置100可在一段時間內降低工作負載，等待一段時間過後再回復到正常工作負載。
圖11是在本發明另一實施例中雷達裝置的運作流程圖。雷達裝置100在正常工作模式1110下，執行步驟S1101。在步驟S1101之中，雷達裝置100偵測在場域ENV是否有待測目標200(例 如是一物體)。當在場域ENV中偵測到待測目標200，雷達裝置100維持在正常工作模式1110下的運作。當在場域ENV中未偵測到待測目標200，雷達裝置100進入省電模式1120。雷達裝置100在省電模式1120下，執行步驟S1102。在步驟S1102之中，雷達裝置100在一段等待時間T之內會保持在省電模式1120。當一段等待時間T過後，雷達裝置100回復到正常工作模式1110。省電模式1120減少工作負載的方式，可與省電模式820相同。
圖12是在本發明另一實施例的一省電模式中的多個訊框的示意圖。在一實施例中，當雷達裝置100進入省電模式1120，在等待時間T內停止傳送射頻信號TS。等待時間T可以是一個訊框的時間、數個訊框的時間，依據應用之需求調整。例如，在訊框FR_2的一個訊框時間之內，雷達裝置100停止傳送射頻信號TS。或者，在訊框FR_3與訊框FR_M之間的多個訊框的時間，雷達裝置100停止傳送射頻信號TS。
圖13是在本發明的一實施例中估計到達角的示意圖。由於Range FFT只能偵測待測物體所在位置之距離，但不知道其方向，要偵測其方向，則需要不只一根接收天線。在一實施例中，雷達裝置100可包括發射天線TX、接收天線RX_1及接收天線RX_2。發射天線TX發射射頻信號TS經物體反射後，接收天線RX_1接收反射信號RS_1，接收天線RX_2接收反射信號RS_2。由於待測物體距離兩根天線之距離不相同，反射信號RS_1、RS_2到達二根天線RS_1、RS_2之時間也會有差異，因此在反射信號RS_1、RS_2 兩者之間會有一相位差ω。當接收天線RS_1、RS_2之間距離d時，反射信號RS_1、RS_2到達接收天線RS_1、RS_2之角度θ可以由以下公式(3)計算。
Figure 110136709-A0305-02-0020-1
上述λ為對應射頻信號TS電磁波頻率的波長。
將二根接收天線擴增至多根接收天線後，就可以準確偵測到多個物體所在位置之方向。
圖14是在本發明的第三實施例的一種雷達裝置的示意圖。接收器120可包括多根接收天線RX_1,RX_2,...,RX_N、多個混波器MX_1,MX_2,...,MX_N、多個低通濾波器LPF以及多個類比數位轉換器ADC。接收天線RX_1,RX_2,...,RX_N分別接收經過待測物體反射的信號，通過混波器MX_1,MX_2,...,MX_N與信號產生器112產生的射頻信號耦合，並通過低通濾波器LPF以及多個類比數位轉換器ADC轉換為多個數位資料DATA_1,DATA_2,...,DATA_N。數位資料DATA_1,DATA_2,...,DATA_N再經過FFT運算後即可估算多個物體所在位置之方向。或者，可藉由到達角估測演算法，例如多重訊號分類演算法(multiple signal classification algorithm,MUSIC)得到較高之到達角的解析度。
綜上所述，本發明實施例所提供的都卜勒雷達裝置及其省電方法，當偵測到場域內無待偵測目標時，雷達裝置進入省電工作模式，降低工作負載，並保持在低耗電的偵測。當在場域內偵測到待偵測目標，雷達裝置再回復到正常工作模式。藉此，可達到節 省耗電的效果。
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:雷達裝置
110:傳送器
120:接收器
130:處理器
200:待測目標
ENV:場域
TS:射頻信號
RS:反射信號

Claims (18)

  1. 一種都卜勒雷達裝置，包括：一傳送器，向一場域傳送一射頻信號；一接收器，耦接該傳送器，從該場域接收對應於該射頻信號的一反射信號；以及一處理器，耦接該接收器，經配置以：根據該反射信號偵測在該場域之中的一待測目標；反應於在該場域之中未偵測到該待測目標，根據一降載訊息切換至一省電模式，其中在該省電模式中該射頻信號的工作負載基於該降載訊息而減少，其中該射頻信號包括多個訊框，該些訊框的一第三訊框包括多個第三偵測信號，其中該處理器更經配置以：從該些第三偵測信號之中擷取一第四偵測信號，並根據該第四偵測信號偵測在該場域之中的該待測目標。
  2. 如請求項1所述的都卜勒雷達裝置，其中該降載訊息包括一等待時間，其中該處理器更經配置以：在切換至該省電模式之後，指示該傳送器在該等待時間內停止傳送該射頻信號。
  3. 如請求項1所述的都卜勒雷達裝置，其中該些訊框的一第一訊框包括多個第一偵測信號，該些訊框的一第二訊框包括多個第二偵測信號，且 在切換至該省電模式之後，該些第二偵測信號的數量小於該些第一偵測信號的數量。
  4. 如請求項1所述的都卜勒雷達裝置，其中該處理器更經配置以：根據該降載訊息，調整該些訊框的數量。
  5. 如請求項1所述的都卜勒雷達裝置，其中該處理器更經配置以：反應於在該場域之中偵測到該待測目標，從該省電模式切換至一正常工作模式，且在該正常工作模式中回復該些訊框的該工作負載。
  6. 如請求項1所述的都卜勒雷達裝置，該傳送器包括：一信號產生器，根據一掃頻週期產生一啁啾信號，其中該啁啾信號的頻率在該掃頻週期內隨著時間變化，該些訊框的至少一者包括該啁啾信號。
  7. 如請求項6所述的都卜勒雷達裝置，其中該接收器包括：一調頻連續波解調電路，耦接該信號產生器，根據該啁啾信號解調該反射信號而取得一中頻信號；以及一類比數位轉換器，耦接該調頻連續波解調電路，將該中頻信號轉換為一數位資料。
  8. 如請求項7所述的都卜勒雷達裝置，其中根據該反射信號偵測在該場域之中的該待測目標的步驟，包括：對該數位資料進行距離快速傅立葉轉換(Range FFT)而得到至少一距離頻率；以及反應於該至少一距離頻率之一振幅值大於一第一門檻值，判斷在該場域之中有偵測到該待測目標。
  9. 如請求項7所述的都卜勒雷達裝置，其中根據該反射信號偵測在該場域之中的該待測目標的步驟，包括：對該數位資料進行距離快速傅立葉轉換(Range FFT)和都卜勒快速傅立葉轉換(Doppler FFT)而得到至少一都卜勒頻率；以及反應於該至少一都卜勒頻率之一振幅值大於一第二門檻值，判斷在該場域之中有偵測到該待測目標。
  10. 如請求項6所述的都卜勒雷達裝置，其中該傳送器更包括：一調頻連續波發射電路，耦接該信號產生器，放大該啁啾信號而產生該射頻信號；以及一發射天線，耦接該調頻連續波發射電路，發射該射頻信號。
  11. 一種省電方法，適用於一都卜勒雷達裝置，所述的省電方法包括：向一場域傳送一射頻信號；從該場域接收對應於該射頻信號的一反射信號；根據該反射信號偵測在該場域之中的一待測目標； 反應於在該場域之中未偵測到該待測目標，根據一降載訊息切換至一省電模式，其中在該省電模式中的該射頻信號的工作負載基於該降載訊息而減少，其中該射頻信號包括多個訊框，該些訊框的一第三訊框包括多個第三偵測信號，所述的省電方法更包括：從該些第三偵測信號之中擷取一第四偵測信號，並根據該第四偵測信號偵測在該場域之中的該待測目標。
  12. 如請求項11所述的省電方法，其中該降載訊息包括一等待時間，所述的省電方法更包括：在切換至該省電模式之後，指示傳送器在該等待時間內停止傳送該射頻信號。
  13. 如請求項11所述的省電方法，其中該些訊框的一第一訊框包括多個第一偵測信號，該些訊框的一第二訊框包括多個第二偵測信號，且在切換至該省電模式之後，該些第二偵測信號的數量小於或等於該些第一偵測信號的數量。
  14. 如請求項11所述的省電方法，其中所述的省電方法更包括：根據該降載訊息，調整該些訊框的數量。
  15. 如請求項11所述的省電方法，其中所述的省電方法更包括： 反應於在該場域之中偵測到該待測目標，從該省電模式切換至一正常工作模式，且在該正常工作模式中回復該些訊框的該工作負載。
  16. 如請求項11所述的省電方法，更包括：根據一掃頻週期產生一啁啾信號，其中該啁啾信號的頻率在該掃頻週期內隨著時間變化，其中該些訊框的至少一者包括該啁啾信號；根據該啁啾信號解調該反射信號而取得一中頻信號；以及將該中頻信號轉換為一數位資料。
  17. 如請求項16所述的省電方法，其中根據該反射信號偵測在該場域之中的該待測目標的步驟，包括：對該數位資料進行距離快速傅立葉轉換(Range FFT)而得到至少一距離頻率；以及反應於該至少一距離頻率之一振幅值大於一第一門檻值，判斷在該場域之中有偵測到該待測目標。
  18. 如請求項16所述的省電方法，其中根據該反射信號偵測在該場域之中的該待測目標的步驟，包括：對該數位資料進行距離快速傅立葉轉換(Range FFT)和都卜勒快速傅立葉轉換(Doppler FFT)而得到至少一都卜勒頻率；以及反應於該至少一都卜勒頻率之一振幅值大於一第二門檻值，判斷在該場域之中有偵測到該待測目標。
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