专利名称：对象检测方法、装置及系统的制作方法
对象检测方法、装置及系统技术领域
本发明大体上涉及无线电通讯服务，更具体地涉及对象检测服务。
背景技术：
无线无线电通讯网络被设计用于便于在装置之间进行数据交换。网络中一个装置与另一个装置之间的通信通过无线链路发生，其中发送装置或发送器从其天线发射某些电磁信号，该信号在无线链路上传播并且由接收装置或接收器的天线获取。现今通信装置可用于定位或检测对象如商店、汽车、标志、人等等。在一些情况下，通信装置可用于检测对象的位置，如辅助停车装置。这种装置使用在障碍上反射的信号来检测该障碍或确定障碍与正在泊车的汽车之间的间距。在紧急情况下，如大地震或雪崩，人可能被困在建筑物内或在碎石或雪下并且不能逃离。显然，在对这些人实施援救时，时间是极重要的，因为这些人可能严重受伤，缺乏空气、食物和水，遭受极端的天气条件并且还遭受如降落的碎石、火、雪等等的危险。通常，援救服务试图通过使用红外线摄像机检测人体热量来找到这些人。然而，在人体检测的情况下，需要在短时间内聚集带有昂贵的专业设备的受训人员，这在大多数地点都不容易实现。类似地，专用于障碍检测的嵌入式装置为例如泊车辅助装置所需要。在这些情况下，装置不是公共的无线电通讯网络的一部分并且无线电通讯网络装置如用户设备也许通常不用于检测对象。
在V.Lubecke 等人 2002 年发表的"A Compact Low-Cost Add-On Module forDoppler Radar Sensing of Vital Signs using a Wireless Communications Terminal(用于使用无线通信终端的生命特征感测多普勒雷达的紧凑型低成本附加�？�)"中描述的现有解决方案，提出可与用于微多普勒传感(即检测)的任意无线电通讯装置结合使用的无源独立�？椤８媚？榻醋晕尴叩缤ㄑ蹲爸玫姆⑺托藕抛魑ɑ嵴彰髌�(illuminatorof opportunity)〃使用，并且将直接信号与多普勒漂移信号混合以产生多普勒频率。被检测信号(即生命特征的检测)的通信由独立的�？榈ザ乐葱�。这种解决方案的缺点是，因为模块是专用的并且独立于装置，所以�？榧疵挥斜患傻轿尴叩缤ㄑ锻缰幸裁挥斜磺度氲酵ㄐ抛爸蒙稀Ｒ虼苏庵纸饩龇桨缸柚褂没璞咐梦尴叩缤ㄑ锻缦钟械幕∩枋┘白试蠢粗葱卸跃哂懈掷母ǘ韵蟮募觳�。
在0.Boric-Lubecke 等人 2003 年发表的"Wireless IC Doppler Radars forSensing of Heart and Respiration Activity (用于心脏和呼吸活动传感的无线IC多普勒雷达)"中描述了另一个现有的解决方案，提出使用由被设计为用于无线电通讯装置而不是定制雷达系统的组件构成的传感器的微多普勒进行心脏和呼吸活动的检测。然而，在这种解决方案中，无线电通讯系统的特殊性没有被考虑在内，尤其是资源分配。这种传感器解决方案不适用于无线电通讯网络中的用户设备，并且因此阻止用户设备利用无线电通讯网络现有的基础设施及资源来执行对具有给定轮廓的给定对象的检测。
在C.Williams 于 2004 年申请的第 6，700, 528B2 号美国专利"Motion Detectionand Alerting System (运动检测和警报系统)〃中描述了另一个现有的解决方案,提出使用包括低成本雷达1C、电池、以及用于通信的单独的移动电话装置的多普勒的运动检测装置。缺点是这种解决方案阻止用户设备利用无线电通讯网络现有的基础设施及资源来执行对具有给定轮廓的给定对象的检测。
在0.Boric Lubecke 等人于 2007 年申请的 WIPO 专利申请 W02007/136610A2、"Determining Presence and/or Physiological Motion of One or More Subjects withMultiple Receiver Doppler Radar Systems (使用多个接收多普勒雷达系统判断一个或多个主体的存在和/或生理运动)"中描述了另一个现有的解决方案，提出使用多普勒(这在文献中公知为多元静态雷达)进行运动检测的多个雷达接收器的使用。新颖性主要为考虑盲源分离(BSS)信号处理技术(例如用于来自多个人的多普勒信号的分离)及解调制技术。因此这种解决方案阻止用户设备利用无线电通讯网络现有的基础设施及资源来执行对具有给定轮廓的给定对象的检测。
现在没有允许使用无线无线电通讯系统中常见的装置并因此改进这种无线无线电通讯系统的功能的有效地检测对象的解决方案。
因此，需要这样的装置，其中，一个或多个这样的装置可以出现在普通家庭、办公室、车辆或山地环境中，该装置能够独立地检测对象如在其附近的人的存在并且将该事实报告给使用者或援救服务或具有尽快救这些人的机会的其他志愿者。现在需要可以容易地在现有的通信基础设施上实施的对象检测解决方案。发明内容
本系统的目的是克服缺点和/或在现有技术上进行改进。
为此，本发明提出一种检测对象的方法，所述对象与轮廓相关联，所述轮廓由从所述对象上反射的信号来表征，对于无线电通讯网络中的装置，所述方法包括:
选择与待检测的第一对象对应的第一轮廓，
基于所述第一轮廓，向所述无线电通讯网络请求资源分配，
接收来自所述无线电通讯网络的所述资源分配，
使用所述分配的资源在第二对象的方向上发送信号，
接收与所述发送信号从所述第二对象反射回的信号相对应的被反射信号，
使用接收的被反射信号计算第二轮廓，
当所述第二轮廓与所述第一轮廓匹配时，指示检测到了所述待检测的第一对象。
根据本发明的方法的优点是通过根据对象(例如待检测的)的轮廓请求特定的网络资源，装置可利用无线电通讯网络现有的基础设施及资源来执行具有给定轮廓的给定对象的检测。无线电通讯网络可使来自网络的资源适于装置请求。换句话说，用于检测特定轮廓的特定资源由无线电通讯网络按请求分配给装置。分配的资源根据在装置上选择的对象类型(即轮廓)检测对应的对象。
本发明还提出一种根据权利要求2所述的方法。其优点在于资源分配，尤其是与给定对象的检测对应的时隙之间所需的时间间隔，可适于或适合于对象的种类(尤其是所述待检测对象的至少一个属性)。
本发明还提出一种根据权利要求3所述的方法。使用多普勒效应的优点为能够对移动对象的特别种类进行准确检测。另一个优点是基于多普勒效应的检测特别适于常见的装置硬件的使用(如无线个人局域网络(WPAN) /无线局域网络(WLAN)装置))。
本发明还提出一种根据权利要求4所述的方法。使用距离、方位角、高度以及速度的优点是使用用于检测的这四个属性能够进行位置、移动以及对象的特征的准确检测。
本发明还提出一种根据权利要求5所述的方法。因为属性可以依次比较，所以使用属性来比较第一轮廓与第二轮廓的优点是准确的。
本发明还提出一种根据权利要求6所述的方法。获得请求的优点是用于选择第一轮廓的触发是受控制的。
本发明还提出一种根据权利要求7所述的方法。选择第一轮廓的优点自然是不需要进一步的步骤来触发选择，因此提高紧急情况中的装置的速度和效率。
本发明还提出一种根据权利要求8所述的方法。优点是被计算的第二轮廓可与装置可访问的如保存在轮廓的数据库中的一个或多个第一轮廓比较。
本发明还提出一种根据权利要求9所述的方法。分配具有高优先级的资源的优点是装置的速度和效率提高，这在紧急情况中被证明是极重要的。
本发明还提出一种根据权利要求10所述的装置。该装置提出与根据本发明的方法的优点类似的优点。此外，根据本发明的方法的优点是，除标准通信功能之外，装置可以是现有的通信装置如移动用户设备，使用与用于通信的硬件相同的硬件以执行使用电磁波的运动检测。这使得检测装置是低成本且多功能的，以在商业上可用并且可集成于日常家庭、汽车、户外以及办公用电器中。根据本发明的装置的另一个优点是装置可以是任何种类的无线电通讯装置，如存在于电脑中的W1-Fi收发器以及视频游戏机、蜂窝装置(例如GSM、WCDMA, LTE、WiMax)等等包括移动电话和便携式计算机的电器、包括移动电话、耳机、穿戴式装置和附件等支持蓝牙的电器。另外，还可使用市场上的具有很高的吞吐量(无线HDM1、802.15.3c,802.11TGad)的各种新的支持WLAN和WPAN (无线个人局域网络)的电器，例如电视机、放映机、多媒体服务器、音频装置以及录像机等等
本发明还提出一种根据权利要求14所述的系统。系统的优点是只要装置可以请求适于对象检测(即根据对象的轮廓)的特定资源，无线电通讯网络可以是任何种类的网络。该系统提出与根据本发明的方法和装置的优点类似的优点。
本发明还提出一种根据权利要求15所述的可读计算机程序。该可读的计算机程序提出与根据本发明的方法的优点类似的优点。
下面将仅通过示例的方式并且仅参考附图描述本发明的实施方式，附图中相同的部分设有相应的参考标记，在附图中:
图1A示意性地示出根据本发明的实施方式的系统；
图1B示意性地示出根据本发明的实施方式的网络；
图1C示意性地示出根据本发明的实施方式的在对象上被反射的信号；
图2A示意性地示出根据本发明的实施方式的超�。�
图2B示意性地示出根据本发明的实施方式的超�。�
图3A示意性地示出根据本发明的实施方式的装置的天线；
图3B示意性地示出根据本发明的实施方式的装置的天线；
图4示意性地示出根据本发明的实施方式的网络协调装置；
图5示意性地示出根据本发明的实施方式的装置；
图6示意性地示出根据本发明的实施方式的方法；
图7A示意性地示出根据本发明的实施方式的脉冲发送方案和所需要的信道访问。
图7B示意性地示出根据本发明的实施方式的脉冲发送方案和需要的信道访问信道时间，其用于具有交错的射束角I和射束角2的两个重复的脉冲群。
图7C示意性地示出根据本发明的实施方式的在具有TDMA访问的超帧中的信道分配。
图7D示意性地示出根据本发明的实施方式的在具有TDMA访问的超帧中的信道分配。
图8示意性地示出根据本发明的实施方式的对象的距离、速度、方位角以及高度方面的雷达图像。
具体实施方式
以下是示例性实施方式的描述，这些示例性实施方式与附图一同证明上面指出的特征与优点，并将介绍另外的特征与优点。在下面的描述中，出于解释而不是限制的目的，阐明了具体细节如架构、接口、技术、装置等等。然而，对于本领域的技术人员而言显而易见的是，背离这些细节的其他实施方式仍然应该被理解为落入所附权利要求书的范围内。此夕卜，出于清楚的目的，省略了公知的装置、系统、以及方法的详细描述以免使本系统的描述�：�。此外，无线电通讯网络中的路由器、服务器、节点、网关或其他实体没有进行详细描述，这是因为其实施超出本系统与方法的范围。除非另外指明，下文中将对示例性实施方式在无线无线电通讯网络的装置应用进行描述。另外，应该清楚地理解所包括的附图是用于说明的目的并且不表示本系统的范围。
图1A示出根据本发明的系统的示例性实施方式。无线电通讯网络10中的装置20允许检测环境40中的对象30。装置20可例如为无线通信装置。无线通信装置可使用一个或多个常规标准协议，所述协议使用例如但不限于1-300GHZ范围内的微波频率。无线通信装置也许能够嵌入传统的家用电器和办公用电器，例如电视机、录像机、游戏机、台式计算机、笔记本电脑和手持式计算机、移动电话、微装置和微型装置等等。无线通信装置可包括可再充电电池，当装置连接到(直接地或间接地)主电源时，可再充电电池被充电。根据无线电通讯网络的种类，限定了不同的分配方案。如下所述，无线电通讯网络10可以是对根据待检测对象的轮廓使用的资源进行分配的任何网络。例如，如下面参考根据本发明的方法所述，无线电通讯网络IO可以是时分多址(TDMA )无线电通讯网络(例如2G无线电通讯网络或3G无线电通讯网络)，其中分配的时隙可以由装置用于调度根据给定轮廓的对象检测。无线个人局域网络(WPAN)通信系统与无线局域网络(WLAN)通信系统被设计用于在达到IOm(WPAN)或250m (WLAN)的常规范围内的装置之间的数据交换，而蜂窝式城域网或无线城域网络(WMAN)系统允许在达到数千米的范围内的数据交换。通过在发送器与接收器(MIMO)端使用多个天线以及使用更宽的带宽，近来这些系统中的技术发展已经提高了数据吞吐量和可靠性。目前大多数的WPAN、WLAN以及WMAN系统运行在较低的微波频带(2_6GHz)中。然而，具有至少500MHz的非�？淼男诺来淼腤PAN系统最近已经在IEEE802.15.4a标准中被标准化为具有高达IOGHz的频带，并且在IEEE802.15.3c标准以及ECMA-387标准中具有57-66GHZ的频带。此外，IEEE802.1lTGad目前正在致力于发展57_66GHz频带的WLAN标准。WPAN、WLAN以及WMAN装置包括硬件，如基带处理器、RF信号链(调制器、滤波器、放大器等)以及存在于雷达装置中的天线。事实上，由于这种共性，很明显原则上这种装置可用于实施除其通信功能之外的雷达检测功能。因为雷达距离分辨率强烈地受系统带宽的影响，所以支持非�？淼男诺来淼淖爸锰乇鸱浅Ｊ视谡庵钟τ�。另外，因为对象运动的高灵敏度(使用多普勒效应)由小的RF波长表示，所以支持高频带(例如57-66GHZ频带)中的信号的装置还可特别适合于这种应用，并且这些装置通常包括具有导致角分辨率能力的定向波束的自适应天线。这种雷达功能可允许对装置附近的环境进行检测，并且可以形成雷达图像。从这些图像可以估计出局部环境中的对象的三维位置，可以估计出所述对象的速度或振动速率，和/或对象可以被分类或被识别。这样的功能可应用于多种应用，如安全检测、冲突避免、紧急情况中的生命检测、智能环境检测以及其他监视应用。当这种装置执行雷达检测时，这种装置将发送特定的信号，并且接收来自周围区域中的任何对象的信号反射，然后处理接收的反射信号以形成周围区域的雷达图像。对本领域的技术人员公知的是，用语“雷达图像”并不意味着二维的可见图像，而相反地可为在包括距离、方位角、高度角以及径向速度的一个或多个维度上描述周围区域的明显的反射率的数据结构。
最近，在60GHz频带中运行的毫米波系统已经被指定为在短距离(通常高达IOm)上提供数十亿比特每秒(Gbps)的数据速率。在60GHz频带中可得到的非常宽的带宽(在大多数主要的适用范围内为7GHz)意味着这种无线网络能够提供高达数十亿比特每秒(Gbps)的很高的数据吞吐量以支持应用，如高清晰度视频流和装置间的高速的批量数据下载/上传。此外，60GHz无线网络的一个特征为，由于小的RF波长(大约5mm)，所以在有限的发送器功率(通常最大为IOdBm)的情况下，需要高天线增益以在宽带宽上达到所需的信号噪音比(SNR)。因此，网络中的装置可使用定向天线，并且天线射束可以被适应性地调整以使每对装置之间的链路质量最大化。原则上定向天线可用于允许空间复用-也就是说，天线的定向性可减少相同网络中的多对装置之间的相互干扰，从而这些装置可以被共同调度以在相同信道上同时传输(即，在相同的频带中并且同时传输)。在这种网络中，装置调度和资源分配由网络协调装置或网络协调器执行。网络协调器是网络的一部分并且还可以被调度用于作为接收器或发送器之一成对地与另一个装置通信。当装置想加入这种无线无线电通讯网络时，该装置向网络协调器发出请求，该网络协调器将进一步调度该装置用于通信。由于导致更精确定位和运动检测的非�？淼拇碛敫咴夭ㄆ德剩谙挛闹薪慰蓟诒曜既绲缙缱庸こ淌ρЩ�(IEEE)802.15.3c或ECMA-387自组织网络的、在60GHz频带中运行的WPAN网络以及WLAN网络对根据本发明的系统和装置进行描述。如下所述，因为本发明可在包括根据待检测对象的轮廓被请求或被分配的资源的任何通信网络中实施，所以这绝不是对本发明的范围的限制。图1B示出根据本发明的系统的示例性实施方式，其中该系统包括无线电通讯网络10，无线电通讯网络10为自组织无线电通讯网络，该网络中至少一个装置(DEV)可以通信。在该示例性实施方式中，无线电通讯网络10为自组织无线电通讯网络，其中网络协调装置或网络协调器100允许调度和/或分配资源给至少一个装置。自组织无线电通讯的优点在于，在大灾害如发生地震的情况下，如果无线电通讯网络基础设施不能正常工作，自组织无线电通讯网络(如下面所描述的IEEE802.15.3c标准无线电通讯网络)允许充当网络协调器的一个装置分配资源以与其他装置通信，或者为了根据下面所描述的本发明的方法检测待检测对象而通信。在这种自组织无线电通讯网络中，装置可成对地通信，在每一对中，发送装置或发送器110向接收装置或接收器120发送数据(或与接收器120通信)。装置130与装置140可能希望加入无线电通讯网络10，并且被调度以使装置130向装置140发送数据。无线电通讯网络10中的一个装置充当网络协调器100(如微微网协调器(PNC))并且调度用于成对通信(即在所述成对的发送器与接收器之间的在对内的通信)的装置。为了加入无线电通讯网络10，装置130或装置140可发出请求以加入网络，以便网络协调器100调度这对装置并且进一步可选地给这对装置分配资源(例如时隙)。被调度的装置对与已经发出请求但是正在等待被调度的装置对为具有有效链路的装置对。
在根据本发明的系统和方法中，无线电通讯网络10中的每个装置20可以是发送装置110和接收装置120，其中，发送装置110使用其分配的资源朝向对象发射信号，接收装置120接收在对象上被反射的信号以进一步如下面在根据本发明的方法中所描述的检测所述对象。
在根据本发明的系统的示例性实施方式中，例如无线电通讯网络10还可以是根据IEEE802.11.TGad标准限定的无线电通讯网络。在该标准中，可应用空间复用的无线电通讯网络10被称为个人基本服务集(PBSS)(或独立基本服务集(IBSS))，装置被称为站(STAs),以及协调器可被称为PCP (PBSS控制点)。
如上所述，在没有对本发明的范围进行任何限制的情况下，现在将参考根据IEEE802.15.3c标准限定的无线电通讯网络描述根据本发明的系统、装置以及方法。在IEEE802.15.3c标准中，无线电通讯网络10被称为微微网，装置被称为DEVs，并且网络中的一个装置被指定为被称为微微网协调器(PNC，下面将使用这个术语)的网络协调器100。然而，本领域的技术人员应该理解，本发明的范围并不限于特定的标准、协议或术语，而是可应用于在任何频带中具有定向天线的任何无线通信网络。如果装置对已经被调度，则网络协调器100还可为装置对分配资源(例如时隙)。装置对可以(但是不必须)使用这些分配的资源向装置对中对应的(或配对的)装置发送和接收数据(即通信)。例如，如图1B中作为示例所示，发送装置DEV1、DEV3以及DEV5分别与接收装置DEV7、DEV6以及DEV5成对地(即是配对的)通信，同时装置DEV4与DEV2还没有由网络协调器100调度，但是希望能够从发送装置DEV4向接收装置DEV2通信。由于发送器DEV1、DEV3以及DEV8分别与接收器DEV7、DEV6以及DEV5成对地通信，所以装置的每一对中的每个接收器120可以接收由发送器110即从配对的发送装置以及从装置的其他对的发送器发送的信号。例如，接收器DEV5可接收来自发送器DEVl、DEV3以及DEV8的信号。此外，DEV5还可接收来自DEV4的信号，DEV4可出于加入无线电通讯网络10的目的而发送数据或在天线或射束形成训练步骤(下面将进行描述)期间即与DEV2通信之前发送数据。
图1C示出根据本发明的装置的示例性实施方式，一些资源可被分配用于:
a)(通信)发送装置110向接收装置120发送信号，
b)(雷达操作，即对象检测)装置20用于:
-朝向对象发送信号，因此充当发送装置110，在这种情况下其将与另一个(接收)装置通信，
-接收在对象上反射的信号，因此充当接收装置120，在这种情况下其将与另一个(发送)装置通信。
在现有的60GHz-频带系统中，如一些无线个人局域网络(WPANs)，无线网络被称为微微网，装置被称为DEVs，以及网络中的一个装置被指定为被称为微微网协调器(PNC)的网络协调器。在这种网络中，由网络中的不同装置进行的发送可被格式化为被称为超帧的时域结构。
图2A与2B示出根据本发明的时域结构或超帧200的两个示例性实施方式。超帧200以短信标开始，其由PNC100发送给使用低速率准全向模式的所有装置。该信标包括通用网络信令信息以及在信道时间分配周期(CTAP)期间准予装置对之间的特定链路的信道访问的时序表。在信标之后是竞争访问周期(CAP)。在CAP期间，装置可使用基于竞争的随机访问彼此通信。CAP—般(然而并不限于)用于发送媒介访问控制(MAC)帧以及确认。在CAP之后的是CTAP，CTAP 一般是超帧的最长的部分，并且当装置使用被调度的时域多路访问(TDMA)以高效率相互通信数据时。PNC调度装置对之间的链路以在不同的时期在CTAP内通信。分配给一个链路的时间周期被称为CTA (信道时间分配)。CTAP可包括分配给不同链路的一个或多个CTA。在给定的CTA中，数据流实质上是单向的，然而在某些情况下在相同CTA期间，接收DEV可向发送器发出确认帧。如果在CTAP内的CTA是不相重叠的，并且CTA被分配给仅一个链路，则没有空间复用。如果CTA被分配给数个链路，就存在空间复用。当新装置寻找微微网以加入时，其首先设法检测由PNC发送的信标，然后在准全向模式中(因为最初正确的射束图案是未知的)在CAP期间发送关联请求。在关联期间，装置通知具有来自准全向组的最佳(宽广定向的)射束图案的PNC，PNC将使用至该装置的传输。另夕卜，在很多情况下，PNC和装置将执行特殊的射束训练步骤以确定在两侧使用的最佳的(高度定向的)射束图案。希望在CTAP期间向另一个装置发送数据的装置在CAP期间向PNC作出信道时间请求。该请求包括用于信道访问所需的链路和时间长度的源装置ID和目标装置ID。在很多情况下，装置可能希望在被延长的周期上交换一连串数据，在这种情况下，可无限期地为每个子帧中(或在每数个子帧中进行一次)固定的信道访问发出单一请求。在接收请求后，PNC设法在CTAP内找到用来实现该请求的未使用的周期。如果这样的周期被找至IJ，然后PNC调度CTA用于该链路，并且包括对应的随后的超帧的信标中的调度信息。在传统的60GHz无线网络如IEEE802.15.3c中，如果CTAP内的未使用的周期不足以满足请求，那么该请求将被拒绝并且DEV对将不允许通信。然而，相反地，在允许空间复用的无线网络中，PNC将设法共同调度相同的CTA中的某些链路从而满足请求。如果这些链路之间的相互干扰(如在接收器所观察到的)足够低，那么该空间复用致使网络的总数据吞吐量增加。
图2A示出根据本发明的超帧200的示例性实施方式，其中装置对中的每一个均分配了不同时间间隔(即使用纯时分多址(TDMA)，而没有空间复用)。在每个超帧200中，在信标210之后的是竞争访问周期(CAP) 220，然后是包括连续的信道时间分配(CTA)的信道时间分配周期(CTAP) 230，如CTA1232、CTA2234、CTA3236以及可选地未分配的资源238。装置对(DEV1、DEV7 )可被分配CTA1232，同时装置对(DEV3、DEV6 )和(DEV8、DEV5 )可分别被分配CTA2234和CTA3236。图2B示出根据本发明的超帧200的示例性实施方式，其中一些装置对分配了相同CTA内的资源(即相同的时间间隔)，或者换言之，其中一些装置对或链路被共同调度。在每个超帧200中，在信标210之后的是竞争访问周期(CAP) 220，然后是包括连续的信道时间分配(CTA)的信道时间分配周期(CTAP) 230，如CTA1232、CTA2234、CTA3236以及可选地未分配的资源238。装置对(DEV1、DEV7)可被分配CTA1232，同时装置对(DEV3、DEV6)、(DEV8、DEV5)以及(DEV4、DEV2)可被分配CTA2234，即在CTA234内被共同调度，而在超帧200中保持在CTA2234之后的时间间隔238可保持未分配。
在根据本发明的系统中，每个装置可使用用于向对象发送或从对象接收的定向天线。作为示例，两种定向天线组件可用在60GHz频带装置中:切换式扇形天线组件和相控阵天线组件。图3A示出切换式扇形天线组件的一个示例，切换式扇形天线组件包括具有适度的定向性的多个固定天线元件，其中每一个覆盖不同的空间区域。在某一时刻一个元件是活跃的，并且通常通过控制无线电频率(RF)开关来选择活跃的元件。图3B示出相控阵天线组件的一个示例，相控阵天线组件包括多个天线元件，其中每一个通常接近全向定向。这些元件通过单个可变移相器(有时通过可变增益控制器如衰减器)连接在一起。多个元件共同形成可以高度定向(取决于元件的数量)的射束，其中通过控制可变移相器(和衰减器)改变射束图案。本发明应用的天线组件并不限于这两个组件种类，而可以是具有可选择的和/或可对准的定向天线的任何其他天线技术，如多重切换式RF相控阵、准光学的和罗特曼(Rotman)透镜射束形成器、全数字化天线阵等
图4示出根据本发明的网络协调器100的示例性实施方式。在根据本发明的网络协调器的示例性实施方式中，网络协调器100可包括分配单元410，其包括用于向装置分配时间间隔的装置。例如，分配单元410可用来将给定的超帧中的给定时间间隔分配给无线电通讯网络30中的装置20。网络协调器100还可包括调度单元420，其包括用于分配通信用的装置的器件。网络协调器100可以是根据本发明的装置20。
图5示出根据本发明的装置20的示例性实施方式。
装置20可包括用于选择与待检测对象对应的轮廓的选择单元510。
对象
对象可以是例如人/人体、邮筒、商店、汽车、标志、任何物品等等。待由装置20检测的对象为具有与装置20所已知的轮廓匹配的特殊轮廓的对象，使得装置20可至少检测到该对象，乃至识别该对象或其种类。
待检测对象是这样的对象，其轮廓与被选择用于检测的第一轮廓相匹配。对象所在的方向不必是已知的。在无需知道任何对象存在或该对象位于什么方向的情况下，装置20可仅扫描其局部环境以判断任何待检测的对象是否可能位于该处。
对象的检测
根据本发明的装置被配置为通过充当雷达信号发生器以产生适于对象检测信号以及处理从附近的对象反射的信号以产生轮廓(例如雷达图像)。原则上雷达操作的各种传统方法可用于实施对象检测。例如，调频连续波(FMCW)雷达是用于实施雷达的公知技术，其具有相对较低的硬件复杂性和高功率效率。脉冲式多普勒雷达是用于获得雷达功能的另一个现有的解决方案。脉冲式多普勒包括在固定时序间隔下的信号的多个脉冲的发送，其中与每个脉冲对应的反射被捕获并且被一同处理以产生与距离和径向速度的形式相关的局部环境的信息。通过连续地重复脉冲式多普勒处理而获得角信息(在方位角和高度方面)，在脉冲式多普勒处理过程中每次使用不同的(发送与接收)天线射束角，并且角信息被结合以形成雷达图像。根据本发明的方法、装置以及系统允许装置可同时(有效地)执行通信与对象检测的方式来使用例如脉冲多普勒雷达功能进行对象检测。下面将使用多普勒功能对这样的方法、装置以及系统进行描述。因为还可使用任何等同的雷达解决方案，所以这并不限制本发明的范围。
对于人体而言，人的呼吸可以被检测到。例如，呈现快速的呼吸振动，即当快速呼吸时，基频为大约0.5Hz。然后，时域采样需要为至少每1000ms以防止采样过疏。谐频也可被捕获以提高或减弱检测给定频率的准确度，因此从其它对象中辨别出人体。在这种情况下，可使用过采样(例如在lHz、l.5Hz等检测谐频下)，在这种情况下，采样的间隔可能更紧密(例如每100毫秒左右)。因为人的心率基频为70Hz左右，所以采样可以是每5ms左右进行一次。在这种情况下，采样的间隔可短于超帧的长度。在一些技术中，装置能够请求网络协调器100减小超帧长度，或在相同超帧中在特定的时间发出多个请求。可替代地，装置可请求用于其所需的整个周期(例如50毫秒时隙以获得10个采样)的一个资源。如果装置在其所分配的时隙内具有一些"空闲时间〃，装置甚至可以使用用于检测时隙的一部分，并且剩余部分用于通信。在60GHz频带中，人的呼吸检测可比人的心率检测具有更大的可能性，因为60GHz能量的大部分从皮肤的表面反射，而不是穿透到身体内到达心脏(虽然有一些穿透到身体内到达心脏，以及存在由于心脏的移动而导致的皮肤表面的小移动)。这些值仅是引导，因为，如下面参照图6以及表I所描述，请求参数(时隙长度、时隙间隔、时隙数量)不但取决于波动频率，而且还取决于对象的轮廓的其他参数(如下所述):SNR、被多路复用成一个时隙的方位角/高度角的数量等。
在根据本发明的装置和系统的示例性实施方式中，可参考待检测的最大多普勒频率，而不是直接对应于对象的振动频率，因为振动并不导致单一多普勒频率而是导致一系列多普勒频率(基频加谐频，其中当频率增加时谐频变小)。在根据本发明的装置和系统的多个示例性实施方式中，除了基频之外，还可使用具有不同数量的待捕获的谐频(如果有的话)的不同实施方式。捕获的谐频越多，采样可能需要越长或越多的时隙，并且用于信号处理的快速傅里叶变换(FFT)越大等等。因此对象的检测可取决于振动(或恒定速度，对于线性移动对象而言)与多普勒频率之间的关系，其可能不是精确地彼此相等。然后，请求参数(下面参照图6以及表I所描述)可根据所关心的最大多普勒频率(加上其他参数，经过给定的等式)来确定，而不是直接地与物理对象运动相关联。
对象的轮廓
轮廓包括对象的属性。轮廓可包括属性的四维数组，例如在先前的朝向对象发送信号之后处理来自对象的反射信号所产生的四维数组。四个维度(即属性)可以是例如距离、径向速度、方位角以及高度。换句话说，“轮廓”数组的一个元素的值可以等于存在于对应的距离、速度、方位角以及高度处的对象的有效的复反射率。与没有对象存在相对应的距离/速度/方位角/高度的元素的值应该为零或接近零，这是因为实际上可能有一些噪音或干涉。轮廓中的较大值可被解释为在对应的距离/速度/方位角/高度处存在(显著的)对象。判定是否在给定的距离/速度/方位角/高度处存在对象的一个简单的方法可以是判定轮廓中的对应值是否超过某个阈值(阈值的确定是标准雷达理论的一部分)。在根据本发明的装置、方法以及系统的示例性实施方式中，当使用微多普勒(振动)效应时，因为在速度维度中在某些间隔的轮廓内的较大值的图案正在被考察(这是标准微多普勒理论的一部分)，所以轮廓可能需要一些更深的解释。
当轮廓或“雷达图像”具有例如四个维度(距离、方位角、高度、速度)时，方位角维度与高度维度可覆盖执行检测的所有不同方向。换句话说，检测可发生在超过一个的给定方向上。轮廓数组可以与和数组中的每一个值对应的实际距离/速度/方位角/高度值以及轮廓值的信号噪音比(SNR)相关联。例如，轮廓数组可以是大小为100x10x6x6 (分别为距离、速度、方位角、高度)。在距离维度(长度100)上，值可与为从0.1-10.1m的距离(即第一值对应于0.1m距离，第二值对应于0.2m距离等等)对应。在速度方向(长度10)，值可与从-lm/s到+lm/s的速度相对应(即第一值与_lm/s相对应,第二值与-0.8m/s相对应等)。类似地，对于方位角/高度，例如从-60到+60度。对应值之间的间隔(例如在上面的示例中，距离间隔为0.lm，速度间隔为0.2m/s)可以被视为在该方向上的轮廓的分辨率。分辨率指的是对象的距离/速度/方位角/高度可被多精确地限定。因此分辨率直接与轮廓属性相关(例如距离分辨率=(10.1-0.1)/100=0.1m)。
在根据本发明的装置的示例性实施方式中，根据装置想要检测的对象，装置可以选择轮廓产生的轮廓属性。例如，如果装置在起居室中并且使用微多普勒效应检测人体，则可能需要高速度分辨率，但是速度的最小值/最大值可以相当小(因为对象在缓慢移动)。最小距离和最大距离也都可能相当小。如果在室外检测快速移动的汽车，则速度分辨率要求可能就较低，但是轮廓的最大速度应该更高(因为汽车在较快地移动)，最大距离应该更高(因为汽车可能离装置有一定的距离)，并且最小距离也可能更大(因为汽车不可能非常地接近装置)。所需的SNR可取决于应用的所允许的错误警报概率或遗漏检测(即错误的检测，或遗漏目标)。换句话说，轮廓的所需属性在不同的应用中(即待检测对象的不同种类)可以不同。
在另一个示例中，如果待检测的对象的运动不是所关心的，即将检测静止的对象的位置，则速度就可能被选为O。相应地，将轮廓的图像简化到三个维度。然后可对超过预先确定的阈值的图像中的像素(即数组中的元素或值)执行搜索。单个对象被认为存在于与图像中的元素对应的距离/方位角/高度。
在另一个示例(仍然具有静止的目标)中，通常大的对象(具有在距离、方位角或角度维度上比雷达的分辨率大的尺寸)在彼此接近的多个像素中导致大的值。例如，对于距离分辨率为IOcm左右的雷达，对象(如长度为2m的汽车)可在距离维度上在大约20个连续的像素中产生较大的值。这些像素中的一些的大小可能远大于比其他的像素，因为例如存在从汽车的引擎盖或一个角反射的较大的像素，以及从其他区域反射的没有这么大的像素(取决于汽车相对于装置的方向)。在那种情况下，所获得的用于汽车的轮廓可包括这20个像素(以及方位角/高度维度上可能的多个像素，如果雷达的角分辨率足够的话)。一些信号处理算法可用于进一步比较该轮廓(如下面参照图6所描述的在根据本发明的方法中的第二轮廓)与对应于汽车的一个或多个参考轮廓(如下面参照图6所描述的在根据本发明的方法中的第一轮廓)，以设法将其识别为汽车而不是其他东西。通常，这可能不仅仅是从数据库直接比较的简单过程，而可能是包括轮廓性质(例如轮廓的元素的概率密度函数、性质的矩如方差、协方差等等)相对于第一轮廓(即参考)的性质的一些统计分析。
在另一个示例中，当想要检测人体时，检测可包括搜索与相同的距离/方位角/高度(即对象的三维位置)对应的图像中的像素的一系列较大值，但是其由在速度方向上确定的量分离。分离的量与想要被检测的振动频率相对应，例如人的呼吸或人的心率。可使用不同的解决方案完成这种搜索，如具有参考轮廓或合成轮廓的交互相关(匹配滤波)或使用小波的一些非线性的技术或许多其他可能的方法。此外，虽然从直觉的观点出发，结果是类似的，但是这可能并不与在参考数据库中查阅一样简单。不可从数据库执行直接比较的一个原因是人与人存在显著变异，当然这取决于人的身体形状等等以及在其方向或位置上的小差异引起的所得到的轮廓的大差异。尽管如此，使用统计技术能够获得非常好的准确度。当然，将人与桌子(一个在摇摆，另一个没有)分辨出比将汽车与篷车分辨出简单的多。
例如，当检测由于胸壁的移动产生的振动时，信号处理可在轮廓的速度维度上寻找由与呼吸的频率对应的量(大约0.3Hz左右)间隔的一系列较大值。另一方面，由于心跳，振动也可被检测。振动与在速度维度上由与70Hz左右(心率)对应的量间隔的一系列较大值相对应。
在根据本发明的装置和系统的示例性实施方式中，装置可简单地实施并且露出网接口，从该网接口可从因特网上的任何地方远程地控制该装置。所得到的轮廓可以是通过相同的网接口的输出(其他选项也是可能的)。在根据本发明的装置和系统的另一个示例性实施方式中，装置可以是嵌入式的，并且当某些条件出现(例如接收到地震警报信号，或主电源被切断，或通过因特网接收到�？匦藕诺鹊�)例如使用如下面参照单元500描述的紧急情况检测单元时，装置被告知开始检测操作。
装置20可包括资源分配请求单元520，其用于向资源分配实体如网络协调器100请求资源分配。
在根据本发明的装置的示例性实施方式中，网络协调器100可以作为(即充当)装置20并且因此执行根据本发明的方法。在这种情况下，网络协调器100向其自己发出请求或相反地其仅为自己分配其在给定的超帧中需要的时隙。
装置20可例如使用两种请求。第一种可以是仅用于单一资源(例如单一时隙)的请求，并且例如仅时隙的长度被限定。第二种可以是复发资源如时隙的请求，其中每个时隙的长度和间隔(例如η个超帧)被限定。根据无线电通讯网络的特别标准，在根据本发明的装置和系统的示例性实施方式中，装置也许能够指定所需的时隙总数，或其仅能设置“无限期”请求(即每η个超帧一个时隙，永远)，一旦该装置不再需要分配，则其发出另一个请求以取消该“无限期”请求(因此没有时隙被预定)。例如，如果用于检测的每个超帧中的时隙是必要的，即如果传感对象所需的最大速度是这样的以致必须以等于I/超帧长度的速率采样，则装置设定η=1。如下面参照图6在步骤620中所述，装置考虑其需要的(平均)数据速率、可容许的延迟、其可进行发送的(峰)数据速率，并且从这些计算出η和每个时隙的长度，以满足要求(以及以调度效率的形式设法预留更少的较长时隙，而不是更多的较短时隙)。
在无线电通讯网络10中，装置20可包括资源分配接收单元530，其用于接收资源分配，即用于由分配资源的资源分配实体通知。
装置20可包括信号发送单元540，其用于朝向对象或在对象的方向上发送一个或多个信号。所述对象可以是待检测对象。
装置20可包括信号接收单元550，其用于接收由信号发送单元540发出的一个或多个信号以及接收在装置的方向上的由对象反射的信号。
装置20可包括计算单元560，其用于使用从信号接收单元550接收的被反射信号计算轮廓，所述轮廓由发送信号从第二对象反射的反射信号表征。
装置20可包括指示单元570，其用于指示检测到了对象。
在根据本发明的装置的示例性实施方式中，无线电通信装置20可支持紧急情况运动检测模式并且因此包括紧急情况运动检测单元500，其最初可例如由以下情况中的一个或多个触发:
-主电源损失(用于正常地连接至主电源的装置)
-通过WLAN/WPAN接收器接收特定编码无线信号
-从内部连接至电器内的装置的电气输入上的触发。该触发可来源于，例如，电视机上的紧急情况警报广播/无线电广播的接收或由电器支持的其他无线或有线通信方法。
在根据本发明的系统和装置的示例性实施方式中，除了紧急情况之外，装置可配置为(即包括这样的装置，其允许)执行运动检测和报告结果以积聚对地震预报等有用的统计信息。
图6示出根据本发明的方法的示例性实施方式。根据本发明的方法允许检测待检测对象。待检测对象可与轮廓相关联。轮廓表征在对象上的信号的反射。在根据本发明的方法的示例性实施方式中，第一轮廓可包括表征第一对象的属性并且第二轮廓可包括表征第二对象的属性，所述属性包括距离、方位角、高度以及速度中至少一个。
根据本发明的方法可由无线电通讯网络10中的装置执行并且其包括如下面所描述(参照图5的单元)的多个步骤。
在根据本发明的方法的示例性实施方式中，方法还可包括获得用于触发第一轮廓的选择的请求的步骤。该请求通�？捎稍谙嗤爸弥械挠τ么砥鞑蛴煽刂谱爸玫亩韵蠹觳饽芰Φ脑诵腥砑葱幸蕴峁┨囟ǚ�(例如安全检测，紧急情况人体检测等)，例如使用紧急情况运动检测单元500 (参照图5如上面描述的)。请求的触发可由各种源引起，例如，使用者对软件的输入、软件的远程控制、或由软件进行的自动调度。请求可与如下面在表I中描述的多个参数一同产生，其限定雷达图像的大小和距离(在方位角、高度、距离以及径向速度维度上)，通过雷达图像的大小和距离可检测对象。这些参数应该与装置的已知的对象检测能力相容。
权利要求
1.一种用于检测对象的方法，所述对象与轮廓相关联，所述轮廓由从所述对象上反射的信号来表征，对于无线电通讯网络中的装置，所述方法包括: 选择与待检测的第一对象对应的第一轮廓， 基于所述第一轮廓，向所述无线电通讯网络请求资源分配， 接收来自所述无线电通讯网络的所述资源分配， 使用所述分配的资源在第二对象的方向上发送信号， 接收与所述发送信号从所述第二对象反射回的信号相对应的被反射信号， 使用接收的被反射信号计算第二轮廓， 当所述第二轮廓与所述第一轮廓匹配时，指示检测到了所述待检测的第一对象。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在基于所述第一轮廓请求资源分配的步骤中，所述资源与限定的时间间隔的时隙相对应，所述限定的时间间隔基于所述第一轮廓的至少一个属性。
3.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，计算所述第二轮廓的步骤是基于所接收的在所述第二对象上被反射的信号的多普勒效应而进行计算。
4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一轮廓包括表征所述第一对象的属性，并且其中所述第二轮廓包括表征所述第二对象的属性，所述属性包括距离、方位角、高度以及速度中的至少一个。
5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，所述指示步骤还包括比较所述第一轮廓与所述第二轮廓的属性以判定所述第一轮廓与所述第二轮廓之间的匹配。
6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，所述方法还包括: 获得用于触发所述第一轮廓的选择的请求。
7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，选择第一轮廓的步骤由所述装置自动执行。
8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述指示步骤还包括比较计算出的所述第二轮廓与第一轮廓组中的至少一个轮廓，所述装置能够容易获得所述轮廓组。
9.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，被分配用于检测的资源在所述通信网络中的被分配的资源中以高优先级被分配。
10.一种检测待 检测对象的装置，所述对象与轮廓相关联，所述轮廓由从所述对象上反射的信号来表征，在无线电通讯网络中，所述装置包括: 选择单元，选择与待检测的第一对象对应的第一轮廓； 资源分配请求单元，基于所述第一轮廓向所述无线电通讯网络请求资源分配； 资源分配接收单元，接收来自所述无线电通讯网络的所述资源分配； 信号发送单元，使用所述分配的资源在第二对象的方向上发送信号； 信号接收单元，接收与所述发送信号从所述第二对象反射回的信号相对应的被反射信号; 计算单元，使用接收的被反射信号计算第二轮廓； 指示单元，当所述第二轮廓与所述第一轮廓匹配时，指示检测到了所述待检测的第一对象。
11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述计算单元能够进一步被操作以基于所接收的在所述第二对象上被反射的信号的多普勒效应来计算所述第二轮廓。
12.根据权利要求10或11所述的装置，其中，所述指示单元能够进一步被操作以比较所述第一轮廓与所述第二轮廓的属性以判定所述第一轮廓与所述第二轮廓之间的匹配。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的装置，所述方法还包括获得用于触发所述第一轮廓的选择的请求的步骤。
14.一种用于检测待检测对象的系统，所述对象与轮廓相关联，所述轮廓表征在所述对象上信号的反射，所述系统包括: 无线电通讯网络， 待检测对象， 装置，包括: 选择单元，选择与待检测的第一对象对应的第一轮廓； 资源分配请求单元，基于所述第一轮廓向所述无线电通讯网络请求资源分配； 资源分配接收单元，接收来自所述无线电通讯网络的所述资源分配； 信号发送单元，使用所述分配的资源在第二对象的方向上发送信号； 信号接收单元，接收与所述发送信号从所述第二对象反射回的信号相对应的被反射信号; 计算单元，使用接收的被反射信号计算第二轮廓； 指示单元，当所述第二轮廓与所述第一轮廓匹配时，指示检测到了所述待检测的第一对象。
15.计算机可读媒介， 具有计算机可执行指令以使得计算机系统能够执行权利要求1至9中任一项所述的方法。
全文摘要
一种用于检测对象的方法，对象与轮廓相关联，轮廓由从对象上反射的信号来表征，对于无线电通讯网络中的装置，所述方法包括选择与待检测的第一对象对应的第一轮廓，基于所述第一轮廓，向所述无线电通讯网络请求资源分配，接收来自所述无线电通讯网络的所述资源分配，使用所述分配的资源在第二对象的方向上发送信号，接收与所述发送信号从所述第二对象反射回的信号相对应的被反射信号，使用接收的被反射信号计算第二轮廓，当所述第二轮廓与所述第一轮廓匹配时，指示检测到了所述待检测的第一对象。
文档编号G01S13/86GK103109201SQ201180044066
公开日2013年5月15日 申请日期2011年9月12日 优先权日2010年9月13日
发明者托马斯·德哈姆, 帕特里斯·库珀 申请人:法国电信公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
