CN113534092A - 一种微波雷达工频滤波装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种微波雷达工频滤波装置和方法，属于微波雷达滤波的技术领域，具体装置包括工频信号检测模块和多个工频滤波器，工频检测模块检测微波雷达当前的干扰信号的频率，不同工频滤波器滤除不同频率的工频信号，且多个工频滤波器滤除的工频信号的所有频率中包括微波雷达当前的干扰信号的频率，工频信号检测模块根据微波雷达当前的干扰信号的频率，控制频率与干扰信号的频率对应的工频滤波器开启，其他频率的工频滤波器关闭。通过本申请的处理方案，在一个***中自适应过滤不同频率的工频信号，节约成本的同时又不会滤除其它有效信号。
Description
技术领域
本申请涉及微波雷达滤波的领域，尤其是涉及一种微波雷达工频滤波装置和方法。
背景技术
在微波雷达照明领域通常使用市电供电，市电电压的频率为50Hz或60Hz，它产生电磁波辐射会对周围的设备造成干扰，即工频干扰。在微波雷达照明领域，工频干扰非常常见，需要通过特殊处理将工频及其高次谐波滤除干净，以提取真正需要的有效信号用于运动物体检测的算法处理。
现有的通常采用以下几种方法进行滤除干扰信号：
方案1：通过硬件电路设计的方法滤除50Hz或60Hz工频，其电路设计复杂，需要额外的成本，并且在一个板子上不能同时滤除50Hz和60Hz工频干扰信号。通过硬件电路实现，只能过滤50Hz或60Hz工频，增加电路设计复杂度，增加额外硬件成本，实现的产品需要根据不同国家地区设计不同的滤波器电路。
方案2：通过软件滤波方式，但实现方式通常只滤50Hz或只滤60Hz工频干扰信号，设计的产品不能适应全球客户需求；或者直接粗暴的滤除50Hz-60Hz范围的工频干扰信号，这种方式会同时将带内的有效信号滤除，从而影响产品性能。通过软件滤波实现，只过滤50Hz或60Hz工频，或者直接粗暴的过滤50Hz～60Hz范围的工频干扰信号；前者设计的产品无法适配多个地区的需求，后者则会将有效信号过滤掉，导致微波雷达检测性能降低。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种微波雷达工频滤波装置和方法，解决了现有技术中的问题，在一个***中自适应过滤不同频率的工频信号，同时又不会滤除其它有效信号。
一方面本申请提供的一种微波雷达工频滤波装置采用如下的技术方案：
一种微波雷达工频滤波装置，包括工频信号检测模块和多个工频滤波器，所述工频检测模块检测所述微波雷达当前的干扰信号的频率，不同所述工频滤波器滤除不同频率的工频信号，且多个所述工频滤波器滤除的工频信号的所有频率中包括所述微波雷达当前的干扰信号的频率，所述工频信号检测模块根据所述微波雷达当前的干扰信号的频率，控制频率与干扰信号的频率对应的工频滤波器开启，其他频率的所述工频滤波器关闭。
可选的，还包括雷达中频信号采样模块，所述雷达中频信号采样模块采集中频信号，并对所述中频信号数据进行转换和存储。
可选的，还包括预滤波器，所述预滤波器滤除所述微波雷达监测目标对应频率范围以外的信号，所述雷达中频信号模块储存经过预滤波器滤除后的信号数据。
可选的，所述微波雷达监测运动目标对应频率小于90-150HZ。
可选的，所述预滤波器为IIR低通滤波器。
可选的，所述工频滤波器为IIR陷波器和/或IIR带阻滤波器。
可选的，多个所述工频滤波器包括50HZ工频滤波器和60HZ工频滤波器。
另一方面本申请提供的一种微波雷达工频滤波方法采用如下的技术方案：
一种微波雷达工频滤波方法，包括如下步骤：
雷达中频信号采集；
预先打开所有工频滤波器；
静默状态下关闭滤除任一频率的工频滤波器，作为试验频率工频滤波器；
判断微波雷达是否有触发信号；
有触发信号，重新打开试验频率工频滤波器，关闭滤除其他频率的工频滤波器，进行正常的运动物体检测处理，结束；
没有触发信号，将其他所有的工频滤波器依次作为试验频率工频滤波器重复如下步骤；
静默状态下关闭试验工频滤波器，判断是否有触发信号；
直至有触发信号，打开试验频率工频滤波器，关闭滤除其他频率的工频滤波器，进行正常的运动物体检测处理，结束；
至所有工频滤波器作为试验频率工频滤波器时均无触发信号，进行正常的运动物体检测处理，结束。
可选的，在所述打开所有的工频滤波器的步骤之前，对微波雷达监测运动目标对应频率范围以外的频率进行滤除。
可选的，所述方法基于上述的装置上执行。
综上所述，本申请包括以下有益技术效果：
1、通过工频信号检测模块判定当前的干扰信号频率，比如是50Hz还是60Hz工频再打开对应的工频滤波算法，根据干扰信号的频率，选择打开对应频率的滤波器，对干扰信号进行滤除，不需要额外的复杂算法即可实现一套软件实现单独滤除50Hz或60Hz工频信号，节约成本的同时又不会滤除有用信号；
2、预滤波器滤除微波雷达监测目标对应频率以外的信号，雷达中频信号模块储存经过预滤波器滤除后的信号数据，检测目标频率以外的频率为无效信号，将检测目标频率以外的频率提前进行滤除，减少微波雷达处理的信号数据，方便微波雷达的算法处理。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本申请微波雷达工频滤波装置的结构框图；
图2为本申请微波雷达传感芯片的结构框图；
图3为本申请微波雷达工频滤波装置的另一结构框图；
图4为本申请微波雷达工频滤波方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。
以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本申请，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本申请的基本构想，图式中仅显示与本申请中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。
本申请实施例提供一种微波雷达工频滤波装置。
如图1所示，一种微波雷达工频滤波装置，包括雷达中频信号采样模块、工频信号检测模块、多个工频滤波器和运动物体检测模块。
雷达中频信号采样模块采集中频信号，并对中频信号进行转换，然后进行储存。具体的，通过设置采样周期采集中频信号，将中频信号通过模拟数字转换器(Analog-to-Digital Converter，简称ADC)进行转换，并将ADC转换之后的中频采样数据存储在存储器上以备后续算法使用，本申请的储存器为静态随机存取存储器(StaticRandom-AccessMemory，简称SRAM)。
信号经过滤波算法后得到比较干净的信号，这时通过算法处理来判断雷达周围是否有物体在运动。
如图2所示，本申请实施例基于微波雷达传感芯片AT5820平台上实现，在一颗芯片上同时集成了Cortex-M0+处理器、微波收发模块、雷达中频模块以及雷达信号处理等。芯片内部锁相回路(Phase Locked Loop，简称PLL)产生的微波信号经PA放大后通过天线发射出去，微波信号在空中碰到物体会产生发射，当物体处于运动状态时，反射信号和发射信号存在一定的频率差，即多普勒效应，将接收到的反射信号和发射信号混频得到相应的中频信号，经过ADC转换后的中频信号输出到微控制单元(Microcontroller Unit，简称MCU)端，在MCU端进行滤波处理和算法分析等可以反推出物体的速度、大小以及距离等信息，微波雷达芯片充分利用了多普勒效应实现传感功能。
在其他实施例中，也可以基于其他类型的微波雷达芯片上实现。
工频检测模块检测微波雷达当前的干扰信号的频率，不同工频滤波器滤除不同频率的工频信号，且多个工频滤波器滤除的工频信号的所有频率中包括微波雷达当前的干扰信号的频率，工频信号检测模块根据微波雷达当前的干扰信号的频率，控制频率与干扰信号的频率对应的工频滤波器开启，其他频率的工频滤波器关闭。
本申请以市电电压的50HZ和60HZ两种频率的干扰工频为例进行详细说明，本申请在其他实施例中，可以适用其他频率的干扰信号，也可以适用存在三种或三种以上不同频率的干扰信号。
具体的，微波雷达工频滤波装置包括工频信号检测模块、50HZ工频滤波器和60HZ工频滤波器。工频信号检测模块检测出当前干扰信号的频率，如果干扰信号的频率为50HZ，则控制50HZ工频滤波器打开，60HZ工频滤波器关闭；如果干扰信号的频率为60HZ，则控制60HZ工频滤波器打开，50HZ工频滤波器关闭。
本申请实施例，通过工频信号检测模块判定当前是50Hz还是60Hz工频信号，再打开对应的工频滤波器进行算法处理，根据干扰信号的频率，选择打开对应频率的滤波器，对干扰信号进行滤除，不需要额外的复杂算法即可实现一套软件实现单独滤除50Hz或60Hz工频信号，同时又不会滤除有用信号。
如图3所示，本申请微波雷达工频滤波装置还包括预滤波器，预滤波器滤除微波雷达监测目标对应频率范围以外的信号，雷达中频信号模块储存经过预滤波器滤除后的信号数据。检测目标频率以外的频率为无效信号，将检测目标频率以外的频率提前进行滤除，减少微波雷达处理的信号数据量，方便微波雷达的算法处理。
微波雷达监测运动目标对应频率小于90-150HZ。微波雷达传感器主要用于检测人体运动和低速运动目标，一般人体运动速度在1-10公里每小时，主要频率成分在100Hz以内，本申请实施例的微波雷达的预滤波器对100HZ以上的信号进行滤除。在其他实施例中，预滤波器滤除的信号，根据微波雷达检测运动目标的频率进行选择，并不限于是100HZ以上。
预滤波器为递归滤波器(Infinite Impulse Response，简称IIR滤波器)，具体为IIR低通滤波器。在其他实施例中，也可以是其他类型的滤波器。
工频滤波器为IIR陷波器和/或IIR带阻滤波器。所有的工频滤波器可以均为IIR陷波器，也可以均为IIR带阻滤波器，也可以为一部分是IIR陷波器，一部分是IIR带阻滤波器。在其他实施例中，也可以是其他滤波器。
本申请实施例还公开一种微波雷达工频滤波方法。
如图4所示，一种微波雷达工频滤波方法，包括如下步骤：
雷达中频信号采集；
预先打开所有工频滤波器；
静默状态下关闭滤除任一频率的工频滤波器，作为试验频率工频滤波器；
判断微波雷达是否有触发信号；
有触发信号，重新打开试验频率工频滤波器，关闭滤除其他频率的工频滤波器，进行正常的运动物体检测处理，结束；
没有触发信号，将其他所有的工频滤波器依次作为试验频率工频滤波器重复如下步骤；
静默状态下关闭试验工频滤波器，判断是否有触发信号；
直至有触发信号，打开试验频率工频滤波器，关闭滤除其他频率的工频滤波器，进行正常的运动物体检测处理，结束；
或者，至所有工频滤波器作为试验频率工频滤波器时均无触发信号，进行正常的运动物体检测处理，结束。
具体的，本申请实施例的方法以市电电压的50HZ和60HZ两种频率的干扰工频为例进行详细说明。本申请的方法在其他实施例中，可以适用其他频率的干扰信号，也可以适用存在三种或三种以上不同频率的干扰信号。
通过AT5820内部ADC采集雷达中频信号并存储在内部SRAM中。
设计50Hz工频滤波器和60Hz工频滤波器，通过MATLAB软件设计IIR陷波器或带阻滤波器并仿真验证效果，再使用C语言在AT5820平台上实现滤除50Hz和60Hz工频干扰信号，默认同时把50Hz和60Hz两个工频滤波器都打开。
静默状态即当前微波雷达检测处于无物体运动状态，关闭50Hz工频滤波器，判断当前是否会触发信号状态，如果有触发信号，说明存在50Hz干扰信号，因为一个地区只会存在一种工频，则说明当前的市电频率是50Hz，需要将50Hz工频滤波器重新打开，关闭60HZ工频滤波器。如果没有触发信号，则说明当前没有50Hz干扰信号，不用重新打开50Hz工频滤波器，继续下一步的处理。
继续判断60Hz工频的处理：静默状态即当前微波雷达检测处于无物体运动状态，关闭60Hz工频滤波器，判断当前是否会触发信号状态，如果有触发信号，说明存在60Hz干扰信号，当前的市电频率是60Hz，需要将60Hz滤波器重新打开，关闭50HZ工频滤波器，如果没有触发信号，则说明当前没有60Hz工频信号，不用重新打开60Hz工频滤波器。
正常的运动物体检测处理。
50HZ工频滤波器和60HZ工频滤波器分别关闭时均没有触发信号，则说明不存50HZ和60HZ的干扰信号；可以进行正常的运动物体检测处理。
在打开所有的工频滤波器的步骤之前，对微波雷达监测运动目标对应频率范围以外的频率进行滤除。本申请实施例中，设计IIR低通滤波器将100Hz以上高频信号过滤掉。微波雷达传感器主要用于检测人体运动和低速运动目标，一般人体运动速度在1-10公里每小时，主要频率成分在100Hz以内，为了过滤无效信号和方便其它算法处理，通过设计IIR低通滤波器将100Hz以上信号滤除，便于MCU端后续的算法分析。在其他实施例中，根据微波雷达检测运动目标的频率进行选择，并不限于是100HZ以上。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种微波雷达工频滤波装置，其特征在于，包括工频信号检测模块和多个工频滤波器，所述工频检测模块检测所述微波雷达当前的干扰信号的频率，不同所述工频滤波器滤除不同频率的工频信号，且多个所述工频滤波器滤除的工频信号的所有频率中包括所述微波雷达当前的干扰信号的频率，所述工频信号检测模块根据所述微波雷达当前的干扰信号的频率，控制频率与干扰信号的频率对应的工频滤波器开启，其他频率的所述工频滤波器关闭。
2.根据权利要求1所述的微波雷达工频滤波装置，其特征在于，还包括雷达中频信号采样模块，所述雷达中频信号采样模块采集中频信号，并对所述中频信号数据进行转换和存储。
3.根据权利要求2所述的微波雷达工频滤波装置，其特征在于，还包括预滤波器，所述预滤波器滤除所述微波雷达监测目标对应频率范围以外的信号，所述雷达中频信号模块储存经过预滤波器滤除后的信号数据。
4.根据权利要求3所述的微波雷达工频滤波装置，其特征在于，所述微波雷达监测运动目标对应频率小于90-150HZ。
5.根据权利要求3所述的微波雷达工频滤波装置，其特征在于，所述预滤波器为IIR低通滤波器。
6.根据权利要求1所述的微波雷达工频滤波装置，其特征在于，所述工频滤波器为IIR陷波器和/或IIR带阻滤波器。
7.根据权利要求1所述的微波雷达工频滤波装置，其特征在于，多个所述工频滤波器包括50HZ工频滤波器和60HZ工频滤波器。
8.一种微波雷达工频滤波方法，其特征在于：包括如下步骤：
雷达中频信号采集；
预先打开所有工频滤波器；
静默状态下关闭滤除任一频率的工频滤波器，作为试验频率工频滤波器；
判断微波雷达是否有触发信号；
有触发信号，重新打开试验频率工频滤波器，关闭滤除其他频率的工频滤波器，进行正常的运动物体检测处理，结束；
没有触发信号，将其他所有的工频滤波器依次作为试验频率工频滤波器，并重复在静默状态下关闭试验工频滤波器，判断是否有触发信号；
直至有触发信号，打开试验频率工频滤波器，关闭滤除其他频率的工频滤波器，进行正常的运动物体检测处理，结束；
至所有工频滤波器作为试验频率工频滤波器时均无触发信号后，进行正常的运动物体检测处理，结束。
9.根据权利要求8所述的微波雷达工频滤波方法，其特征在于，在所述打开所有的工频滤波器的步骤之前，对微波雷达监测运动目标对应频率范围以外的频率进行滤除。
10.根据权利要求8或9所述的微波雷达工频滤波方法，其特征在于，所述方法基于权利要求1-7中任一项中的装置上执行。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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