使用双边带信号进行远距感测的系统和方法技术方案

提供了一种感测系统（１００），其包括收发器（１０２）。所述收发器包括发射器链和接收链，其中，所述发射器链发射具有第一频率分量和第二频率分量的双边带电磁波，所述接收链在双边带电磁波被目标反射后接收该双边带电磁波。系统（１００）还包括用于从双边带电磁波中提取信息内容的基带电路（１０４）。所述第一频率分量与第二频率分量之间的间隔使得双边带电磁波一个边带产生的信号响应中的尖峰与双边带电磁波另一个边带产生的信号响应中的零点基本上交叠。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及信号探测与处理领域，更具体地，涉及使用双边带信号进 行探测。
技术介绍
多普勒雷达运动感测系统一M射连续波(CW)信号，该信号被目 标反射，然后在接收器中解调。根据多普勒理论，位置随时间变化的、而 不是净零速度(net zero velocity)的目标会在与随时间变化目标的位置成 比例地对发射信号的相位进行调制后^Jt该发射信号。现在，微波多普勒雷M无线传感器应用中已使用了许多年。微波多 普勒雷达比较普遍的应用有天气感测、位置和距离感测以及汽车速度感 测。然而，最近微波多普勒雷达作为用于进行健勤目关的以及生命体征的 监测和探测的i^巨感测装置，受到越来越多的关注。在健康护理监测与生 命体征感测领域中，微波多普勒雷达用于感测生理现象、感测生命体征以 便对困在地震碎石中的人进行定位以及对患有睡眠呼吸暂停综合征的患 者进行心肺监测。例如，利用上述多普勒理论，能够将人(诸如受监测的患者)的胸壁 作为目标，CW雷达型感测系统将接收到从该目标反射的信号，该信号类 似于发射到该目标的信号。然而，>^射信号的相位将#^的胸壁的随时间 变化的位置所调制。人的心跳和/或呼吸信号能够通it^目位解调进行监测， 因此，其将提供与胸壁位置成比例的信号，从而提供与由于人的心跳和呼 吸引起的动作有关的信息。在大量情况下，需M测和测量人的心肺活动。例如，在患者的内科 诊断与治疗中，通常需要心肺测量。在许多情况下，需要对心肺活动进行 持续监测。例如，在患者严重患病或者患慢性病的情况下。例如在患者患 有心脏相关的以及呼吸相关的紊乱如睡眠呼吸暂停综合征的情况下，，监 测心肺活动特别重要。监测心肺活动也可以适合成为对嬰幼儿或老年人的 护理的一部分。使用微波多普勒雷达具有i^巨感测心肺活动的优势，允许不与患者直 接接触而监测心跳和呼吸速率。如上所述，利用多普勒雷达，心脏和呼吸 特征是基于受监测患者的胸部运动来确定的。然而，这样使用微波多普勒雷达的重大限制在于，这种系统一般采用 重的、体积庞大并且昂贵的波导部件，该波导部件通常只应用于特定应用。 一种用于消除这些问题的方法是将微波多普勒雷达与射频集成电路(RTIC)技术结合。然而，这种结合产生其自身的一系列问题。 一个问 题是这种基于RFIC的系统中经常采用的互补金属氧化物半导体(CMOS )振荡器受到相当高的相位噪声的困扰，该噪声远远高于结合了 片外的高质量电感器的混合振荡器的噪声。高相位噪声问题是对CMOS运动探测雷达系统的重大限制。由于生 理运动是以无线电信号的相位调制来进行编码的，所以近程距相位噪声 (close-in phase noise)是关键参数。该问题能够通过利用程距相关相位 噪声滤波器作用(range correlation phase noise filter effect)来减轻相位 噪声的影响而得到解决。然而，其余问题是关于基于RTIC的微波多普勒雷达系统的频率范 围。常规的CW感测一般使用位于电磁频镨的低频范围内的波。靠近这 种系统通常工作的频率范围的低端相当拥挤，这是由于许多其他应用工作 在这种频率或接近这种频率处。例如，2.4GHz ISM频带用于无线LAN、 无绳电话、蓝牙和其他类似应用。随着这类应用的数目不断增长，这个问 题在将来可能会更严重。因此，低频带由于也是许多其他应用工作的频带， 所以将被挤满。事实上，如果不是大多数的话，也是有许多工业、科学和 医疗(ISM)设备在2.4GHz ISM频带内的RT频率下工作，在所述频带 内，假如各种类型的设备都遵守最;UL射功率限制进行工作，则所述设备 都可以进行工作而无需操作者去获取许可证。或许，更成问题的是以下事实，即所使用的低频电磁波具有较长的波 长，使其对受监测目标的小位移较不敏感。降低的精确度对于生理和患者 监测尤其是个问题，在所述生理和患者监测中，例如患者胸壁的小的动作 是篮测装置的目标。因此，尤其对于监测心肺活动，需要一种远距探测系统，该系统能够 工作在比可能干扰的应用的频率更高的频带中。另夕卜，需要在更高频率带 中工作时能够有效地且高效地执行i^E巨探测的系统。
技术实现思路
本专利技术涉及一种方法和系统，该方法和系统使用双边带信号如Ka波 段电磁波，该双边带信号是通过组合两个不同频率的信号使得所述频率之 间的间隔减轻或消除与高频感测信号相关的严重的零点问题而产生的。本 专利技术使得例如通过使用Ka波段电磁波进行的对小运动的探测具有显著提 高的探测灵敏度。本专利技术的一个实施例是一种^巨感测的方法。该方法可以包括发射 包括第一频率分量和第二频率分量的双边带电磁波，在该电磁波被对象反 射后接收该电磁波。使用该方法，第一频率分量和第二频率分量之间的间 隔能够在对应于所述双边带电磁波的一个边带的信号响应中产生尖峰，来 与对应于所述双边带电磁波的另一个边带的信号响应中的零点基本上交叠。本专利技术的另一实施例是一种感测系统。该系统可以包括收发器，该收 发器具有发射器链，其发射具有第一频率分量和第二频率分量的双边带 电磁波；以及接收器链，其在该双边带电磁波被目标反射后接收该双边带 电磁波。所述系统还可以包括用于从双边带电磁波中提取信息内容的基带 电路。另外，所述系统可以在第一频率分量和第二频率分量之间提供间隔， 使得由双边带电磁波的一个边带产生的信号响应中的尖峰与由该双边带 电磁波的另 一个边带产生的信号响应中的零点基本上交叠。本专利技术的另 一实施例是一种用于感测心肺活动的系统。该系统可以包 括Ka波段收发器，其用于向受监测对象发射感测信号和从所述受监测目 标接收经调制的信号。更具体地，该感测信号可以具有在Ka波段范围的 频率内的频率，并且经调制的信号可以基于受监测对象的心肺活动而被调 制。所述系统还可以包括连接到Ka波段收发器的基带电路，该基带电路 用于产生基于经调制的信号并且指示受监测对象的心肺活动的基带信号 输出。本专利技术的另一实施例是一种用于存储机器操纵的 (machine-directing)指令的机器可读存储介质。存储的指令可以实现 发射包括第一频率分量和第二频率分量的双边带电磁波，以及在该电磁波 被对象反射后接收该电磁波。第一频率分量和第二频率分量之间的间隔能 够在对应于双边带电磁波的一个边带的信号响应中产生尖峰，来与对应于该双边带电磁波的另 一个边带的信号响应中的零点基本上交叠。附图说明在附图中示出了目前优选的实施例，然而，应该理解，本专利技术不限于 所示出的明确的装置和手段。图1是根据本专利技术一实施例的用于远距感测心肺活动的系统的示意图。图2是利用图1所示探测系统产生的输出频谱的示例性显示。图3是图1所示探测系统工作时的示意图。图4A和4B分别是建模的心跳信号和仿真的基带信号的示例性幅度 时间曲线罔，其仿真根据本专利技术另 一实施例的探测系统的操作。图5是一 系列最优点和零点中各个之间的距离的示意图。图6是一系列最优点和零点中各个之间的距离的示意图。图7是一系列最优点和零点中各个之间的距离的示意图。图8A-C是示例性的幅度距离曲线图，仿真了根据本专利技术又一实施例 的探测系统的操作。图9是根据本专利技术又一实施例的频率分隔单元的示意图。图10是根据本专利技术又一实施例的远距感测目标的方法的示例性步骤 的流程图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种远距感测的方法，该方法包括：发射包括第一频率分量和第二频率分量的双边带电磁波；以及在所述电磁波被对象反射后接收该电磁波；其中，所述第一频率分量与所述第二频率分量之间的间隔使得对应于所述双边带电磁波一个边带的信号响 应中的尖峰与对应于所述双边带电磁波另一个边带的信号响应的零点基本上交叠。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2005-4-22 60/673,902;US 2005-10-17 60/727,5291.一种远距感测的方法，该方法包括发射包括第一频率分量和第二频率分量的双边带电磁波；以及在所述电磁波被对象反射后接收该电磁波；其中，所述第一频率分量与所述第二频率分量之间的间隔使得对应于所述双边带电磁波一个边带的信号响应中的尖峰与对应于所述双边带电磁波另一个边带的信号响应的零点基本上交叠。2. 如权利要求l所述的方法，其中，所述尖峰包括最优点。3. 如权利要求1所述的方法，还包括确定所述第一频率分量与所述 第二频率分量之间的、使得所述尖峰与所^点基本上交叠的间隔。4. 如权利要求1所述的方法，还包括对所述第一频率分量和所述第 二频率分量中的至少 一个进行调节从而实现使所述尖峰与所述零点基本 上交叠的间隔。5. 如权利要求4所述的方法，其中，确定所述间隔的步骤包括对 多个探测灵敏度测量值进行采样，其中每个测量值对应于不同的间隔；以 及从所述不同的间隔中选出产生最高探测灵敏度的间隔。6. 如权利要求1所述的方法，还包括通过将第一信号与第二信号相 乘产生所述双边带电磁波，其中，所述第一信号的频率等于所述第一频率 分量，所述第二信号的频率等于所述第二频率分量。7. 如权利要求1所述的方法，其中，所述第一频率分量和所述第二 频率分量的频率在电磁频谱的Ka波段内。8. —种感测系统，该系统包括收发器，该收发器包括发射器链，其发射具有第一频率分量和第二频率分量的双边带电 磁波，以及接收链，其在所述双边带电磁波被目标反射后该接收双边带电磁波；以及基带电路，其用于从所述双边带电磁波中提取信息内容； 其中，所述第 一频率分量与所述第二频率分量之间的间隔4吏得所述双 边带电磁波一个边带产生的信号响应中的尖峰与所述双边带电磁波另一 个边带产生的信号响应中的零点基本上交叠。9. 如权利要求8所述的系统，其中，所述尖峰是最优点。10. 如权利要求8所述的系统，其中，所述接收链是按照两步间接变 换接收器架构而配置的。11. 如权利要求8所述的系统，其中，所述目标是受监测患者。12. 如权利要求8所述的系统，还包括频率确定单元。13. 如权利要求12所述的系统，其中所述频率确定单元包括频率确 定模块、精确度估计模块和频率控制模块中的至少一个。14. 如权利要求8所述的系统，其中，所述系统包括嬰儿监测器。15. 如权利要求8所述的系统，其中，所述系统包括用于对参加健身 的个人进行监测的锻练监测器。16. —种机器可读的存储介质，该存储介质包括机器操纵的指令，所 述机器操纵的指令用于发射包括第一频率分量和第二频率分量的双边带电磁波；以及 在所述电磁波被对象反射之后接收该电磁波；其中，所述第一频率分量和所述第二频率分量之间的间隔4吏得对应于 所述双边带电磁波一个边带的信号响应中的尖峰与对应于所述双边带电 磁波另 一个边带的信号响应中的零点基本上交叠。17. 如权利要求16所述的存储介质，其中，所述尖峰是最优点。18. 如权利要求16所述的存储介质，还包括用于对所述第一频率分 量和所述第二频率分量中的至...

【专利技术属性】
技术研发人员：林仁山，肖艳明，
申请(专利权)人：佛罗里达大学研究基金会有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]