CN110168399B - 雷达检测系统 - Google Patents

Abstract

一种雷达存在检测系统配置成检测建筑物内的振荡。雷达存在检测系统包括加速度计、雷达和处理单元。加速度计附着到建筑物并且配置成检测结构振动波。雷达配置成传送监测波并且接收反射波。处理单元包括滤波器、自适应滤波器以及检测器。滤波器配置成接收指示反射波的第一信号并且输出跨越指示建筑物内的振荡的频率范围的、经滤波的反射波信号。自适应滤波器配置成接收指示结构振动波信号的第二信号并且输出跨越频率范围的聚焦振动信号以用于消除振动噪声。

Description

雷达检测系统

技术领域

本公开涉及检测系统，以及更具体来说涉及雷达存在检测系统。

背景技术

利用相对便宜的雷达通过运动、心跳和/或呼吸来检测人类存在是新兴技术。相同的技术也可用于监测任何物种的动物的心跳、呼吸或生命体征（vital sign）。更进一步，该技术可用于检测例如设备的异常振动。雷达通常附着到建筑物墙壁或天花板。不幸地，建筑物振动可能产生使指示例如人类存在的生命体征或振动的检测能力退化的电子噪声。将这种噪声与雷达隔离的各种手段是合乎需要的。

发明内容

根据本公开的一个非限制性实施例，配置成检测建筑物内的振荡的雷达存在检测系统包括：附着到建筑物并且配置成检测结构振动波的加速度计；配置成传送监测波并且接收反射波的雷达；处理单元，其配置成接收来自雷达的指示反射波的反射波信号，以及指示结构振动波的振动波信号，该处理单元包括滤波器，自适应滤波器和检测器，其中，滤波器配置成接收指示反射波信号的第一信号并且输出跨越指示建筑物内的振荡的频率范围的、经滤波的反射波信号；以及自适应滤波器配置成接收指示结构振动波信号的第二信号并且输出跨越所述频率范围的聚焦振动信号以用于消除振动噪声；以及其中，检测器配置成接收指示至少经滤波的反射波信号的第三信号并且输出指示至少检测到振荡的振荡信号。

除前述实施例之外，处理单元是生命体征处理单元，经滤波的反射波信号是生命体征反射波信号，并且振荡是生命体征；以及其中，生命体征处理单元包括求和模块，该求和模块配置成接收生命体征反射波信号和聚焦振动信号，从生命体征反射波信号中减去聚焦振动信号，并输出由检测器接收的校正的生命体征信号。

备选地或额外地，在前述实施例中，自适应滤波器是长自适应滤波器。

备选地或额外地，在前述实施例中，处理单元是生命体征处理单元，并且振荡是生命体征，并且生命体征处理单元包括第一模拟到数字转换器，该第一模拟到数字转换器配置成接收反射波信号并且输出数字化反射波信号作为第一信号。

备选地或额外地，在前述实施例中，生命体征处理单元包括第二模拟到数字转换器，该第二模拟到数字转换器配置成接收振动波信号并且输出数字化振动信号作为第二信号。

备选地或额外地，在前述实施例中，经滤波的反射波信号是生命体征反射波信号，以及其中，生命体征处理单元包括求和模块，该求和模块配置成接收生命体征反射波信号和聚焦振动信号，从生命体征反射波信号中减去聚焦振动信号，并输出由检测器接收的校正的生命体征信号。

备选地或额外地，在前述实施例中，自适应滤波器配置成消除频率范围内的振动频率的宽带。

备选地或额外地，在前述实施例中，自适应滤波器包括具有足够数量的抽头的多个抽头，以便适应于处于最小呼吸频率的全波。

备选地或额外地，在前述实施例中，振荡是至少一个生命体征，生命体征包括呼吸率和心跳中的至少一个。

备选地或额外地，在前述实施例中，雷达远离加速度计来设置。

备选地或额外地，在前述实施例中，雷达存在检测系统包括附着到建筑物的致动器和加速度计，其中，致动器接收聚焦振动信号并且由聚焦振动信号驱动以消除振动噪声。

备选地或额外地，在前述实施例中，自适应滤波器是LMS滤波器、NLMS滤波器、RLS滤波器以及DMI滤波器中的至少一个。

备选地或额外地，在前述实施例中，加速度计不设置于建筑物的任何振动节点处。

备选地或额外地，在前述实施例中，加速度计与雷达共置。

备选地或额外地，在前述实施例中，加速度计是三轴加速度计。

根据另一个非限制性实施例，操作雷达存在检测系统的方法包括由雷达的收发器传送监测波；由收发器接收反射波；将指示反射波的反射波信号并且由雷达发送到处理单元；由处理单元的滤波器对与反射波信号相关联的数字化反射波信号进行滤波，以消除不在目标振荡频率范围内的频率宽带；由滤波器输出与数字化反射波信号相关联的振荡反射波信号；由加速度计检测建筑物振动；由加速度计将建筑物振动波信号发送到处理单元的第二模拟到数字转换器；由处理单元的自适应滤波器对与振动波信号相关联的数字化振动信号进行滤波，以消除目标振荡频率范围内的频率宽带；由自适应滤波器输出与数字化振动信号相关联的聚焦振动信号；由求和模块接收振荡反射波信号和聚焦振动信号；从振荡反射波信号中减去聚焦振动信号；由求和模块将校正的振荡信号发送到检测器；以及由检测器评估校正的振荡信号以确定存在。

除前述实施例之外，处理单元是生命体征处理单元，目标振荡频率范围是生命体征频率范围，振荡反射波信号是生命体征反射波信号，校正的振荡信号是校正的生命体征信号。

备选地或额外地，在前述实施例中，存在是人类存在。

备选地或额外地，在前述实施例中，该方法包括由自适应滤波器计算与加速度计相对于雷达的位置相关联的传递函数。

备选地或额外地，在前述实施例中，反射波信号被发送到生命体征处理单元的第一模拟到数字转换器。

除非另有明确指示，否则前述特征和元素可以用各种组合进行组合而没有排他性。根据下面的描述和附图，这些特征和元素及其操作将变得更加明白。然而应理解，下面的描述和附图意在本质上是示范性的而非限制性的。

附图说明

从下面对所公开的非限制性实施例的详细描述，各种特征对于本领域技术人员而言将变得明白。伴随详细描述的附图可以简要描述为如下：

图1是结合作为本公开的一个非限制性示范性实施例的存在检测系统的建筑物的示意图；

图2是存在检测系统的示意图；

图3是操作存在检测系统的方法的流程图；以及

图4是存在检测系统的第二实施例的示意图。

具体实施方式

参考图1，在建筑物或结构22中利用可以是雷达存在检测系统的雷达检测系统20来检测空间26中人类24的存在，所述空间26通常由建筑物22的内表面28来定义。通过检测振荡以便于人类检测，所述振荡可以是例如诸如呼吸和/或心跳的生命体征。雷达存在检测系统20可以包括加速度计30、雷达32和生命体征处理单元44。加速度计30和雷达32可以安装到表面28，但是安装在不同的位置。在一个示例中，加速度计30可以安装在已知为发出背景振动36的、建筑物22的建筑物设备34附近。在另一个示例中，加速度计30可以是测量加速度的非接触式方法，诸如额外雷达或超声波装置。与本公开相关的背景振动36的其它示例可以包括由诸如风之类的天气条件、外部交通和/或火车以及其它来源引起的振动。优选地，加速度计30设置在振动节点38之间，振动节点38通常设置在建筑物表面28上。设想并理解的是，生命体征处理单元可以是雷达电子设备的组成部分，并且包含在雷达32的共同外壳内。

设想并理解的是，虽然雷达检测系统20通常被教导为用于通过检测人类生命体征来检测人类存在的检测系统，但是本公开也适用于检测动物的生命体征以及机械的振动或旋转。

参考图1和2，存在检测系统20的雷达32可以配置成在十（10）GHz至大约七十九（79）GHz的范围内操作。雷达32可以包括天线40和收发器42。在一个示例中，由收发器42经由天线40传送监测波或信号48，其可以是大约10GHz微波。收发器42可以包括完全分离的或者可以共享硬件和软件的发射器和接收器。天线40可以包括一个或多个物理天线元件（即相控阵列），它们对于发射器和接收器可以分别是分离的，或者它们可以组合用于发射器和接收器中的任一个或两者。输出的监测波48可以从人类24反射并且作为反射波50返回到雷达32，反射波50由收发器42通过天线40接收并且通常由生命体征处理单元44处理和检测。反射波50指示人类呼吸和/或心跳，并且还可包括由建筑物振动36产生的建筑物背景噪声，建筑物振动36可以引起人类24或雷达32的运动。

天线40通常发出和接收波48、50。收发器42配置成经由天线40传送和接收波48、50，并且将所接收的反射波50放大和/或变频。生命体征处理单元44可以通过幅度、频率或相位检测来检测反射波50（例如，微波），将波从模拟的转换为数字的，并且滤除来自例如建筑物振动36的背景噪声，从而产生校正的生命体征波或校正的生命体征信号52（参见图2）。

参考图2，加速度计30可以是三轴加速度计，因此将三通道振动波信号54输出到生命体征处理单元44以便处理每个通道。生命体征处理单元44可包括第一模拟到数字转换器（ADC）56、第二ADC 58、自适应滤波器60（即，LMS）、低通滤波器62、求和模块64和检测器66。在操作中，由加速度计30检测建筑物振动36并且作为振动波信号54输出到ADC 56，以便从模拟的转换为数字的。振动波信号54可以在发送到ADC 56之前由加速度计30放大。由雷达32的收发器42经由天线40接收反射波50，该反射波50可以被放大，并且然后作为反射波信号68发送到ADC 58以便从模拟的转换为数字的。

ADC 56配置成将数字化振动信号70发送到自适应滤波器60。类似地，ADC 58配置成将数字化反射波信号72发送到滤波器62。在操作中，滤波器62对信号72滤波到人类生命体征的范围内。例如，正常心率可以是每分钟60到180次跳动，相当于大约一（1）到三（3）Hz，并且典型的呼吸率是每分钟大约十（10）到二十（20）个宽度（breadth），相当于大约0.15至0.3 Hz。因此，除了与（一个或多个）生命体征频率范围相关联之外的任何其它谐波和带外噪声，可以通过采用滤波器62来滤除。当被滤波时，输入的数字化反射波信号72被处理成输出的生命体征反射波信号74。

自适应滤波器60可以是具有足够抽头76的长自适应滤波器，使得可以适应于处于最低呼吸频率（即0.15 Hz）的全波。更具体来说，自适应滤波器60便于消除宽带振动，而不是消除特定数量或范围的谐波。因此，自适应滤波器60包括大量抽头76，其中，抽头76的数量与谐波的数量无关。应注意，因为自适应滤波器60可能正在计算与加速度计30相对于雷达32的位置相关联的、建筑物22的传递函数，所以滤波器60的自适应速率可能较慢。在一个实施例中，一旦安装存在检测系统20时，传递函数便可被估计并且在此后被使用。然而，在另一个实施例中，在操作期间更新传递函数。自适应滤波器60的一个非限制性示例可以是最小均方（LMS）滤波器。其它滤波器60示例可以包括归一化最小均方（NLMS）、递归最小二乘（RLS）和采样或直接矩阵求逆（DMI）滤波器。

自适应滤波器60配置成对振动信号70进行滤波，以通过输出在（一个或多个）人类生命体征频率范围内与噪声相关联的聚焦振动信号78，实现消除人类生命体征的频率范围内的振动频率宽带。求和模块64配置成接收信号74、78，从生命体征反射波信号74中减去聚焦振动信号78，并且将校正的或降低了噪声的生命体征信号52输出到检测器66。可以产生聚焦振动信号78作为有限冲激响应（FIR）滤波器的输出，该FIR滤波器具有基于振动信号70和校正的生命信号52，使用LMS更新来适配的系数。FIR滤波器有效地是从振动信号70到生命体征反射波信号74的传递函数。检测器66配置成评估校正的生命体征信号52，确定人类的存在并且输出振荡或存在信号80，其可以指示人类24存在和/或不存在。

存在信号80可以由建筑物22中共同应用的任何数量的系统使用。例如，信号80可以由试图检测入侵的安全系统、由在例如建筑物闲置时试图节能的加热和/或致冷系统，和/或在火灾场景期间试图安置人员的安全或防火系统来使用。可以经由使用存在检测系统20来进一步增强包括建筑物管理系统的其它系统。

参考图3，图示了操作存在检测系统20的方法。在框100处，由雷达32的收发器42传送监测波48。在框102处，由收发器42接收反射波50。在框104处，由雷达32将指示反射波50的反射波信号68发送到生命体征处理单元44的第一模拟到数字转换器58。在框106处，由生命体征处理单元44的滤波器62对与反射波信号68相关联的数字化反射波信号72进行滤波，以消除不在目标振荡频率范围（例如，生命体征频率范围）内的频率宽带。在框108处，由滤波器62输出与数字化反射波信号72相关联的振荡反射波信号74（例如，生命体征反射波信号）。

建筑物振动的检测和处理可以与框100至108的事件同时发生。更具体来说并且在框110处，由加速度计30检测建筑物振动。在框112处，由加速度计将与建筑物振动相关联的振动波信号54发送到生命体征处理单元44的第二ADC 56。在框114处，由生命体征处理单元44的自适应滤波器60对与振动波信号54相关联的数字化振动信号70进行滤波，以实现消除生命体征频率范围内的频率宽带。在框116处，由自适应滤波器60更新与加速度计30相对于雷达32的位置相关联的传递函数。在框118处，由自适应滤波器60输出与数字化振动信号70相关联的聚焦振动信号78。

在框120处，由求和模块64接收生命体征反射波信号74和聚焦振动信号78。在框122处，求和模块64从生命体征反射波信号74中减去聚焦振动信号78。在框124处，由求和模块64将校正的振荡信号52（例如，校正的生命体征信号）发送到检测器66和自适应滤波器60。在框126处，由检测器66评估校正的生命体征信号以确定人类存在。

参考图4，图示了存在检测系统的第二实施例，其中，除添加了撇号后缀之外，与第一实施例类似的元件具有类似的标识数字。存在检测系统20’包括加速度计30’、雷达32’、生命体征处理单元44’和安装到表面28’的致动器82。加速度计30’可以附着到致动器82。在一个实施例中，加速度计30’、雷达32’、生命体征处理单元44’和致动器82可以包含在共同外壳中并且共置。致动器82被构造和布置成物理移动雷达32’，以便消除由建筑物振动产生的任何噪声。

生命体征处理单元44’可以包括第一模拟到数字转换器（ADC）56’、第二ADC 58’、自适应滤波器60’（即，LMS）、低通滤波器62’以及检测器66’。自适应滤波器60’将聚焦振动信号78’输出到致动器82。自适应滤波器60’配置成驱动致动器82处于与表面28’的感测运动（即，振动）相对的运动，从而有效地将雷达32’与建筑物振动隔离。

本公开的优点和益处包括：在存在来自安装结构的、雷达传感器的复杂振动的情况下，有效率的、有效的和/或准确的雷达人类生命体征检测。

虽然参考示范性实施例描述了本公开，但是本领域技术人员将理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以进行各种改变并且可以替换等同物。此外，在不脱离本公开的实质范围的情况下，可以应用各种修改以使本公开的教导适应于具体情况、应用和/或材料。因此，本公开不限于本文公开的具体示例，而是包括落入所附权利要求的范围内的所有实施例。

Claims (20)

1.一种雷达存在检测系统，所述雷达存在检测系统配置成检测建筑物内的振荡，所述雷达检测系统包括：

加速度计，所述加速度计配置成检测结构振动波；

雷达，所述雷达配置成传送监测波并且接收反射波；

处理单元，所述处理单元配置成接收来自所述雷达的指示所述反射波的反射波信号，以及指示所述结构振动波的振动波信号，所述处理单元包括滤波器、自适应滤波器和检测器，其中，所述滤波器配置成接收指示所述反射波信号的第一信号并且输出跨越指示所述建筑物内的振荡的频率范围的、经滤波的反射波信号；以及所述自适应滤波器配置成接收指示所述结构振动波信号的第二信号并且输出跨越所述频率范围的聚焦振动信号以用于消除振动噪声；以及其中，所述检测器配置成接收指示至少所述经滤波的反射波信号的第三信号并且输出指示至少检测到所述振荡的振荡信号；以及

附着到所述建筑物的致动器，其中，所述致动器接收所述聚焦振动信号并且由所述聚焦振动信号驱动以消除振动噪声。

2.根据权利要求1所述的雷达存在检测系统，其中，所述处理单元是生命体征处理单元，所述经滤波的反射波信号是生命体征反射波信号，并且所述振荡是生命体征；以及其中，所述生命体征处理单元包括求和模块，所述求和模块配置成接收所述生命体征反射波信号和所述聚焦振动信号，从所述生命体征反射波信号中减去所述聚焦振动信号，并且输出由所述检测器接收的校正的生命体征信号。

3.根据权利要求1所述的雷达存在检测系统，其中，所述自适应滤波器是长自适应滤波器。

4.根据权利要求1所述的雷达存在检测系统，其中，所述处理单元是生命体征处理单元，并且所述振荡是生命体征，并且所述生命体征处理单元包括第一模拟到数字转换器，所述第一模拟到数字转换器配置成接收所述反射波信号并且输出数字化反射波信号作为所述第一信号。

5.根据权利要求4所述的雷达存在检测系统，其中，所述生命体征处理单元包括第二模拟到数字转换器，所述第二模拟到数字转换器配置成接收所述振动波信号并且输出数字化振动信号作为所述第二信号。

6.根据权利要求5所述的雷达存在检测系统，其中，所述经滤波的反射波信号是生命体征反射波信号，并且其中，所述生命体征处理单元包括求和模块，所述求和模块配置成接收所述生命体征反射波信号和所述聚焦振动信号，从所述生命体征反射波信号中减去所述聚焦振动信号，并且输出由所述检测器接收的校正的生命体征信号。

7.根据权利要求3所述的雷达存在检测系统，其中，所述自适应滤波器配置成消除所述频率范围内的振动频率的宽带。

8.根据权利要求7所述的雷达存在检测系统，其中，所述自适应滤波器包括具有足够数量抽头的多个抽头，以便适应于处于最小呼吸频率的全波。

9.根据权利要求1所述的雷达存在检测系统，其中，所述振荡是至少一个生命体征，所述生命体征包括呼吸率和心跳中的至少一个。

10.根据权利要求1所述的雷达存在检测系统，其中，所述雷达远离所述加速度计来设置。

11.根据权利要求1所述的雷达存在检测系统，其中，所述加速度计附着到所述致动器，或者所述加速度计和所述致动器包含在共同外壳中。

12.根据权利要求1所述的雷达存在检测系统，其中，所述自适应滤波器是LMS滤波器、NLMS滤波器、RLS滤波器以及DMI滤波器中的至少一个。

13.根据权利要求1所述的雷达存在检测系统，其中，所述加速度计不设置于所述建筑物的任何振动节点处。

14.根据权利要求11所述的雷达存在检测系统，其中，所述加速度计与所述雷达共置。

15.根据权利要求1所述的雷达存在检测系统，其中，所述加速度计是三轴加速度计。

16.一种操作雷达存在检测系统的方法，所述方法包括：

由雷达的收发器传送监测波；

由所述收发器接收反射波；

将指示所述反射波的反射波信号并且由所述雷达发送到处理单元；

由所述处理单元的滤波器对与所述反射波信号相关联的数字化反射波信号进行滤波，以消除不在目标振荡频率范围内的频率宽带；

由所述滤波器输出与所述数字化反射波信号相关联的振荡反射波信号；

由加速度计检测建筑物振动；

由所述加速度计将建筑物振动波信号发送到所述处理单元的第二模拟到数字转换器；

由所述处理单元的自适应滤波器对与所述振动波信号相关联的数字化振动信号进行滤波，以消除所述目标振荡频率范围内的频率宽带；

由所述自适应滤波器输出与所述数字化振动信号相关联的聚焦振动信号；

由求和模块接收所述振荡反射波信号和所述聚焦振动信号；

从所述振荡反射波信号中减去所述聚焦振动信号；

由所述求和模块将校正的振荡信号发送到检测器；以及

由所述检测器评估所述校正的振荡信号以确定存在，

其中，所述方法还包括：由所述聚焦振动信号驱动附着到所述建筑物的致动器以消除振动噪声。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述处理单元是生命体征处理单元，所述目标振荡频率范围是生命体征频率范围，所述振荡反射波信号是生命体征反射波信号，所述校正的振荡信号是校正的生命体征信号。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述存在是人类存在。

19.根据权利要求16所述的方法，还包括：

由所述自适应滤波器计算与所述加速度计相对于所述雷达的位置相关联的传递函数。

20.根据权利要求17所述的方法，其中，所述反射波信号被发送到所述生命体征处理单元的第一模拟到数字转换器。