CN114296141A - 多目标生命征象侦测器及其侦测方法 - Google Patents

多目标生命征象侦测器及其侦测方法 Download PDF

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Abstract

本发明是一种多目标生命征象侦测器及其侦测方法。所述多目标生命征象侦测器包含自我注入锁定振荡器、啁啾升降频转换器、频率解调单元及多目标生命征象处理单元，该啁啾升降频转换器将该自我注入锁定振荡器的振荡信号转换为频率调变连续波信号以侦测区域，并将该区域反射的频率调变连续波接收信号转换为注入信号，该注入信号注入该自我注入锁定振荡器使其处于自我入锁定状态，最后通过该频率解调单元及该多目标生命征象处理单元由该振荡信号中取得多个生物体的位置与生命征象，使用该自我注入锁定振荡器的目的在于提高频率调变连续波侦测器的灵敏度，而能有效的分辨出位于不同位置下的多个生物体的生命征象。

Description

多目标生命征象侦测器及其侦测方法
技术领域
本发明是关于一种生命征象侦测器，特别是关于一种多目标生命征象侦测器及其侦测方法。
背景技术
一般来说，非接触式生命征象侦测器是借由发射无线信号至生物体并接收由生物体反射的无线信号，以侦测生物***移造成的多普勒效应(Doppler Effect)而测得生物体的生命征象，但非接触式生命征象侦测器一般仅能用以侦测单一目标的生命征象，多个生物体的生命征象侦测则会因为各个生物体反射的无线信号之间互相干扰而无法辨识。
频率调变连续波雷达(Frequency-Modulated Continuous Wave Radar,FMCWradar)发射频率随时间变化的发射信号至物体，并接收来自该物体的反射信号，以借由同一时间点下的发射信号及反射信号之间的频率差求得物体与雷达之间的距离。但由于频率调变连续波雷达的灵敏度较低，而不适用于侦测生物体因生命征象引起的微小位移量。
发明内容
本发明揭露了一种多目标生命征象侦测器，借由于频率调变连续波雷达中使用自我注入锁定振荡器，而大幅提升不同距离下的生物体的生命征象的侦测灵敏度。
本发明的一种多目标生命征象侦测器包含自我注入锁定振荡器、啁啾升降频转换器、频率解调单元及多目标生命征象处理单元，该自我注入锁定振荡器产生振荡信号，该啁啾升降频转换器具有升频混波器、收发天线及降频混波器，该升频混波器电性连接该自我注入锁定振荡器以转换该振荡信号为频率调变连续波信号，该收发天线电性连接该升频混波器以将该频率调变连续波信号发射为发射信号至区域，接着，该收发天线接收该区域反射的反射信号为频率调变连续波接收信号，该降频混波器电性连接该收发天线以将该频率调变连续波接收信号转换为注入信号，该自我注入锁定振荡器电性连接该降频混波器并接收该注入信号而处于自我注入锁定状态，该频率解调单元电性连接该自我注入锁定振荡器以频率解调该振荡信号为频率解调信号，该多目标生命征象处理单元电性连接该频率解调单元以取样及处理该频率解调信号而建构出距离对生命征象多普勒图像。
较佳地，该啁啾升降频转换器具有啁啾信号产生器，该啁啾信号产生器用以输出啁啾信号，该升频混波器电性连接该啁啾信号产生器以将该振荡信号及该啁啾信号混波而将该振荡信号转换为该频率调变连续波信号，该降频混波器电性连接该啁啾信号产生器以将该频率调变连续波接收信号及该啁啾信号混波而将该频率调变连续波接收信号转换为该注入信号。
较佳地，其包含有第一功率分配器，该第一功率分配器电性连接该自我注入锁定振荡器并用以将该振荡信号区分为两路，其中一路的该振荡信号传送至该升频混波器，另一路的该振荡信号传送至该频率解调单元。
较佳地，该啁啾升降频转换器具有第二功率分配器，该第二功率分配器电性连接该啁啾信号产生器以接收该啁啾信号，该第二功率分配器用以将该啁啾信号分为两路，其中一路的该啁啾信号传送至该升频混波器，另一路的该啁啾信号传送至该降频混波器。
较佳地，该多目标生命征象处理单元具有距离多普勒图像模块，该距离多普勒图像模块用以对该频率解调信号进行取样及处理而输出距离多普勒图像。
较佳地，该多目标生命征象处理单元另具有去背模块、振幅标准化模块及峰值搜寻模块，该去背模块用以去除该距离多普勒图像的背景并输出去背距离多普勒图像，该振幅标准化模块用以对该去背距离多普勒图像进行振幅标准化并输出标准化距离多普勒图像，该峰值搜寻模块用以搜寻该标准化距离多普勒图像中高于门槛值的多个峰值而建构出距离对生命征象多普勒图像，该距离对生命征象多普勒图像同时显示出距离及生命征象的频率资讯。
较佳地，该收发天线具有发射天线及接收天线，该发射天线电性连接该升频混波器以将该频率调变连续波信号发射为该发射信号至该区域，该接收天线电性连接该降频混波器以将该区域反射的该反射信号接收为该频率调变连续波接收信号并传送至该降频混波器。
较佳地，该接收天线为切换式天线阵列，该切换式天线阵列具有开关及多个接收天线阵列单元，所述接收天线阵列单元用以接收该区域反射的该反射信号为该频率调变连续波接收信号，该开关电性连接该降频混波器及该接收天线阵列单元并用以切换其中的该接收天线阵列单元耦接至该降频混波器，该降频混波器用以将该频率调变连续波接收信号转换为该注入信号，相移器电性连接该降频混波器及该自我注入锁定振荡器并用以相移该注入信号0度或90度而产生正交相移注入信号，该正交相移注入信号用以注入该自我注入锁定振荡器，使该自我注入锁定振荡器进入自我注入锁定状态。
较佳地，该自我注入锁定振荡器用以操作于自我注入锁定状态而产生正交相移振荡信号，第一功率分配器用以将该正交相移振荡信号区分为两路，其中一路的该正交相移振荡信号用以传送至该升频混波器并被转换为该频率调变连续波信号，另一路的该正交相移振荡信号则传送至该频率解调单元，该频率解调单元用以频率解调该正交相移振荡信号为正交频率解调信号。
较佳地，该多目标生命征象处理单元具有距离多普勒图像模块及方位角数字波束成型模块，该距离多普勒图像模块用以取样及处理该正交频率解调信号而产生所述接收天线阵列单元对应的多个距离多普勒图像，该方位角数字波束成型模块耦接该距离多普勒图像模块并用以由所述接收天线阵列单元对应的所述多个距离多普勒图像中撷取出距离对方位角图像。
本发明的一种多目标生命征象侦测器的侦测方法包含：自我注入锁定振荡器产生振荡信号；啁啾升降频转换器转换该振荡信号为频率调变连续波信号，用来对区域进行侦测，且该啁啾升降频转换器转换该区域反射的反射信号为注入信号，该注入信号注入该自我注入锁定振荡器，使该自我注入锁定振荡器处于自我注入锁定状态；频率解调单元对该振荡信号进行频率解调而产生频率解调信号；以及多目标生命征象处理单元对该频率解调信号进行取样及处理而建构出距离对生命征象多普勒图像。
较佳地，该多目标生命征象处理单元具有距离多普勒图像模块、去背模块、振幅标准化模块及峰值搜寻模块，该距离多普勒图像模块用以对该频率解调单元的该频率解调信号进行取样及处理而输出距离多普勒图像，该去背模块用以去除该距离多普勒图像的背景并输出去背距离多普勒图像，该振幅标准化模块用以对该去背距离多普勒图像进行振幅标准化并输出标准化距离多普勒图像，该峰值搜寻模块用以搜寻该标准化距离多普勒图像中高于门槛值的多个峰值而建构出距离对生命征象多普勒图像，该距离对生命征象多普勒图像同时显示出距离及生命征象的频率资讯。
较佳地，该收发天线具有发射天线及接收天线，该发射天线电性连接该升频混波器以将该频率调变连续波信号发射为该发射信号至该区域，该接收天线电性连接该降频混波器以将该区域反射的该反射信号接收为该频率调变连续波接收信号并传送至该降频混波器。
较佳地，该接收天线为切换式天线阵列，该切换式天线阵列具有开关及多个接收天线阵列单元，所述接收天线阵列单元用以接收该区域反射的该反射信号为该频率调变连续波接收信号，该开关电性连接该降频混波器及该接收天线阵列单元并用以切换其中的该接收天线阵列单元耦接至该降频混波器，该降频混波器用以将该频率调变连续波接收信号转换为该注入信号，相移器电性连接该降频混波器及该自我注入锁定振荡器并用以相移该注入信号0度或90度而产生正交相移注入信号，该正交相移注入信号用以注入该自我注入锁定振荡器，使该自我注入锁定振荡器进入自我注入锁定状态。
较佳地，该自我注入锁定振荡器用以操作于自我注入锁定状态而产生正交相移振荡信号，该正交相移振荡信号被区分为两路，其中一路的该正交相移振荡信号传送至该升频混波器并被转换为该频率调变连续波信号，另一路的该正交相移振荡信号则传送至该频率解调单元，该频率解调单元用以频率解调该正交相移振荡信号为正交频率解调信号。
较佳地，该多目标生命征象处理单元具有距离多普勒图像模块及方位角数字波束成型模块，该距离多普勒图像模块用以取样及处理该正交频率解调信号而产生所述接收天线阵列单元对应的多个距离多普勒图像，该方位角数字波束成型模块耦接该距离多普勒图像模块并用以由所述接收天线阵列单元对应的所述多个距离多普勒图像中撷取出距离对方位角图像。
本发明的该多目标生命征象侦测器使用了自我注入锁定振荡器，以提供高灵敏度的生命征象监测，此外，该多目标生命征象侦测器基于频率调变连续波雷达技术，而能够配合使用生物体的距离资讯分辨出各该生物体的生命征象。
附图说明
图1：依据本发明的第一实施例，多目标生命征象侦测器的电路图。
图2：依据本发明的第一实施例，多目标生命征象处理单元的功能方块图。
图3：依据本发明的第一实施例，距离多普勒图像模块进行信号处理的示意图。
图4：依据本发明的第一实施例，多目标生命征象侦测器的侦测方法的流程图。
图5：依据本发明的第一实施例，多目标生命征象处理单元的处理方法的流程图。
图6：依据本发明的第二实施例，多目标生命征象侦测器的电路图。
图7：依据本发明的第二实施例，多目标生命征象处理单元的功能方块图。
图8：本发明第一实施例的多目标生命征象侦测器量测产生的距离频谱图。
图9A至图9C：本发明第一实施例的多目标生命征象侦测器量测产生的多普勒频谱图。
图10：本发明第一实施例的多目标生命征象侦测器建构的距离对生命征象多普勒图像。
图11：本发明第二实施例的多目标生命征象侦测器建构的距离对方位角图像。
图12A至图12C：本发明第二实施例的多目标生命征象侦测器产生的多普勒频谱图。
【主要元件符号说明】
100：多目标生命征象侦测器110：自我注入锁定振荡器
120：啁啾升降频转换器121：升频混波器
122：收发天线122a：发射天线
122b：接收天线122c：开关
122d：接收天线阵列单元123：降频混波器
124：啁啾信号产生器125：第二功率分配器
126：相移器130：频率解调单元
140：多目标生命征象处理单元141：距离多普勒图像模块
142：去背模块143：振幅标准化模块
144：峰值搜寻模块145：方位角数字波束成型模块
150：第一功率分配器10：多目标生命征象侦测方法
11：连续波信号转换为频率调变连续波信号12：对区域进行侦测
13：自我注入锁定14：频率解调
15：多目标生命征象处理15a：产生距离多普勒图像
15b：背景去除15c：振幅标准化
15d：峰值搜寻SO：振荡信号
SFCO：频率调变连续波信号SFCR：频率调变连续波接收信号
SI：注入信号SDM：频率解调信号
SCH：啁啾信号ST：发射信号
SR：反射信号F：滤波器
PA：功率放大器LNA：低噪音放大器
BPF：带通滤波器Amp：放大器
A：区域
具体实施方式
请参阅图1，其为本发明的一实施例，一种多目标生命征象侦测器100的电路图，该多目标生命征象侦测器100具有自我注入锁定振荡器110、啁啾升降频转换器120、频率解调单元130、多目标生命征象处理单元140及第一功率分配器150。
该自我注入锁定振荡器110为压控振荡器，其接收控制电压(图未绘出)并产生振荡信号SO，该第一功率分配器150电性连接该自我注入锁定振荡器110以将该振荡信号SO区分为两路。
请参阅图1，该啁啾升降频转换器120具有升频混波器121、收发天线122、降频混波器123、啁啾信号产生器124及第二功率分配器125。其中，该啁啾信号产生器124产生啁啾信号SCH，该第二功率分配器125电性连接该啁啾信号产生器124以将该啁啾信号SCH分为两路，该升频混波器121电性连接该第一功率分配器150及该第二功率分配器125，以由该第一功率分配器150接收其中一路的该振荡信号SO，并由该第二功率分配器125接收其中一路的该啁啾信号SCH，该升频混波器121将该啁啾信号SCH及该振荡信号SO混波为频率调变连续波信号SFCO。其中，若该啁啾信号产生器124是产生步阶啁啾信号，则可让该频率调变连续波信号SFCO成为步阶频率连续波信号(Stepped-frequency continuous wave signal)。
请参阅图1，该收发天线122经由滤波器F及功率放大器PA耦接该升频单元121以将该频率调变连续波信号SFCO发射为发射信号ST至区域A，该滤波器F用以滤除该频率调变连续波信号SFCO的赘余成份，该功率放大器PA用以放大该频率调变连续波信号SFCO。该收发天线122接收该区域A反射的反射信号SR为频率调变连续波接收信号SFCR，该降频混波器123经由低噪音放大器LNA电性连接该收发天线122以接收该频率调变连续波接收信号SFCR，并由该第二功率分配器125接收另一路的该啁啾信号SCH，该频率调变连续波接收信号SFCR经由该低噪音放大器LNA放大后，由该降频混波器123将其与该啁啾信号SCH混波而转换为注入信号SI。在本实施例中，该收发天线122的发射天线122a及接收天线122b分别电性连接该升频混波器121及该降频混波器123，该发射天线122a将该频率调变连续波信号SFCO发射为该发射信号ST至该区域A，该接收天线122b将该区域A反射的该反射信号SR接收为该频率调变连续波接收信号SFCR并传送至该降频混波器123。
请参阅图1，该自我注入锁定振荡器110经由带通滤波器BPF及放大器Amp耦接该降频单元123并接收该注入信号SI，使该自我注入锁定振荡器110处于自我注入锁定状态(Self-injection-locked state)，该带通滤波器BPF及该放大器Amp用以在窄频宽内放大该注入信号SI。
若该区域A中具有至少一个生物体时，该生物体与该收发天线122之间的相对位移会对该发射信号ST产生多普勒效应，使得该反射信号SR中具有相对位移造成的多普勒相移成份。由于该发射信号ST是频率随着时间线性变化的线性啁啾波，因此，若该区域A中有着多个生物体时，位于不同距离下的该生物体会让该发射信号ST及该反射信号SR之间产生不同的频率差。借此，该频率调变连续波接收信号SFCR及该注入信号SI皆含有位于该区域A中的所述生物体的距离及位移资讯。而在该注入信号SI注入该自我注入锁定振荡器110后，对该自我注入锁定振荡器110的该振荡信号SO产生的频率调变也会含有所述生物体的距离及位移资讯。
请参阅图1，该频率解调单元130经由该第一功率分配器150电性连接该自我注入锁定振荡器110以接收另一路的该振荡信号SO，且该频率解调单元130对该振荡信号SO进行频率解调而输出频率解调信号SDM，其中该频率解调单元130可为延迟线频率解调单元或锁相回路频率解调单元。
请参阅图1及图2，该多目标生命征象处理单元140具有距离多普勒图像(Range-Doppler map)模块141、去背模块142、振幅标准化模块143及峰值搜寻模块144，在本实施例中，该多目标生命征象处理单元140为资料撷取及计算***，在其他实施例中，该多目标生命征象处理单元140可为其他计算装置。
请参阅图2，该距离多普勒图像模块141对该频率解调单元130的该频率解调信号SDM进行取样及处理而输出距离多普勒图像(Range-Doppler map)。请参阅图3左上图，其为该距离多普勒图像模块141对该频率解调信号SDM进行处理首先建构的J×N原始数据矩阵(时间对扫描频率)，其中J为不同时间点下的总频率扫描周期数，N为总扫描频率点数。接着，对左上图的各个横轴原始数据矩阵进行第一次快速傅立叶转换，可以得到右上图的J×M的范围资料矩阵(时间对距离轴)，M为总距离点数。最后，对右上图的各个直轴数据进行第二次快速傅立叶转换，可以得到右下图的L×M的距离多普勒矩阵(频率对距离轴)，L为总多普勒频谱点数。该距离多普勒图像是使用该距离多普勒矩阵表示出不同距离下的生物体的多普勒频谱建构而成。
但无论如何，因为静止物体的干扰，由该距离多普勒图像判读各该生物体的生命征象相当困难，因此，本实施例另借由该去背模块142、该振幅标准化模块143及该峰值搜寻模块144对该距离多普勒图像进行处理。其中，该去背模块142由该距离多普勒图像模块141接收该距离多普勒图像，该去背模块142借由不同时间下的该距离多普勒图像去除该距离多普勒图像的背景并输出去背距离多普勒图像。由于生命征象引起的多普勒频谱会随时间而改变，与静止物体引起的多普勒频谱不会随时间改变不同，因此使用该去背距离多普勒图像可以消除静止物体的干扰，让判读各个生物体的生命征象更加容易。
该振幅标准化模块143接收该去背距离多普勒图像，并对该去背距离多普勒图像进行振幅标准化而输出标准化距离多普勒图像。借由振幅标准化，无论该生物***于多远的距离，各该生物体的生命征象信号的最大振幅皆相同，以利于显示各该生物体的呼吸及心跳频率。该峰值搜寻模块144搜寻该标准化距离多普勒图像中高于门槛值的多个峰值以建构出距离对生命征象多普勒图像，以同时显示出各该生物体的距离及生命征象的频率资讯。
本发明的该多目标生命征象侦测器100使用该自我注入锁定振荡器110提升频率调变连续波侦测过程的灵敏度，而能够让该多目标生命征象侦测器100分辨出位于不同距离下的生物体的生命征象。
请参阅图4，其为本发明的该多目标生命征象侦测器100的侦测方法10的一实施例，该侦测方法10包含：「连续波信号转换为频率调变连续波信号11」、「对区域进行侦测12」、「自我注入锁定13」、「频率解调14」及「多目标生命征象处理15」。
首先，请参阅图1及图4，在步骤11中，该自我注入锁定振荡器110输出该振荡信号SO，且该振荡信号SO为连续波信号，该啁啾升降频转换器120接收该振荡信号SO并将该振荡信号SO转换为该频率调变连续波信号SFCO。接着，在步骤12中，该啁啾升降频转换器120将该频率调变连续波信号SFCO发射为该发射信号ST至该区域A进行生命征象侦测。其中，请参阅图1，该啁啾升降频转换器120的该升频混波器121由该第一功率分配器150接收该自我注入锁定振荡器110的该振荡信号SO，并经由该第二功率分配器125接收该啁啾信号产生器124的该啁啾信号SCH以将该振荡信号SO转换为该频率调变连续波信号SFCO，该发射天线122a由该升频混波器121接收该频率调变连续波信号SFCO并将其发射为该发射信号ST至该区域A，该接收天线122b接收该区域A反射的该反射信号SR为该频率调变连续波接收信号SFCR，该降频混波器123接收该频率调变连续波接收信号SFCR并经由该第二功率分配器125接收该啁啾信号产生器124的该啁啾信号SCH，且该降频单元123将该频率调变连续波接收信号SFCR转换为该注入信号SI。
请参阅图1及图4，在步骤13中，该注入信号SI注入该自我注入锁定振荡器110，使该自我注入锁定振荡器110处于该自我注入锁定状态，其中，若该区域A中包含有至少一个生物体时，该自我注入锁定振荡器110的该振荡信号SO会产生与该生物体的距离及位移资讯有关的频率调变。在步骤14中，该频率解调单元130由该第一功率分配器150接收该自我注入锁定振荡器110的该振荡信号SO，且该频率解调单元130对该振荡信号SO进行频率解调而产生该频率解调信号SDM。最后，在步骤15中，该多目标生命征象处理单元140对该频率解调信号SDM进行取样及处理而建构出该距离对生命征象多普勒图像。
请参阅图2及图5，在本实施例中，该多目标生命征象处理单元140进行的步骤15包含「产生距离多普勒图像15a」、「背景去除15b」、「振幅标准化15c」及「峰值搜寻15d」，在步骤15a中，该距离多普勒图像模块141对该频率解调信号SDM进行取样及处理而产生该距离多普勒图像。在步骤15b中，该去背模块142去除该距离多普勒图像的该背景而产生该去背距离多普勒图像。在步骤15c中，该振幅标准化模块143接收该去背距离多普勒图像并对该去背距离多普勒图像进行振幅标准化而产生该标准化距离多普勒图像。最后，在步骤15d中，该峰值搜寻模块144搜寻该标准化距离多普勒图像中高于该门槛值的多个峰值以建构出该距离对生命征象多普勒图像，以同时显示出各该生物体的距离及生命征象的频率资讯。由于该多目标生命征象侦测器的侦测方法10中各个步骤的详细作动已在该多目标生命征象侦测器100的说明中揭示，因此不再赘述。
请参阅图6，为本发明第二实施例的多目标生命征象侦测器100的电路图，在第二实施例中，该啁啾升降频转换器120另包含相移器126，此外，该接收天线122b为切换式天线阵列，其具有开关122c及多个接收天线阵列单元122d。各该接收天线阵列单元122d用以接收该区域A反射的反射信号SR为各该频率调变连续波接收信号SFCR，而能够进一步得到生物体的位置资讯。
该开关122c电性连接该降频混波器123及该天线接收阵列单元122d，因此各该天线接收阵列单元122d接收的该频率调变连续波信号SFCR经由该开关122c传送至该降频混波器123。接着，该降频混波器123由该第二功率分配器150接收该啁啾信号产生器124的该啁啾信号SCH并与该频率调变连续波接收信号SFCR进行混波而将其转换为该注入信号SI。
该相移器126电性连接该降频混波器123及该自我注入锁定振荡器110，并提供该注入信号SI0度或90度的相移而产生正交相移注入信号SI,QUAD，该正交相移注入信号SI,QUAD注入锁定该自我注入锁定振荡器110使其进入自我注入锁定状态，借此，令处在自我注入锁定状态下的该自我注入锁定振荡器110产生正交相移振荡信号SO,QUAD。在传输路径中，该正交相移振荡信号SO,QUAD经由该第一功率分配器传送至该升频混波器121而与该啁啾信号产生器124产生的该啁啾信号SCH混波，以得到该频率调变连续波信号SFCO。
该频率解调单元130经由该第一功率分配器150接收该自我注入锁定振荡器110的该正交相移振荡信号SO,QUAD并进行频率解调而得到正交频率解调信号SDM,QUAD。该正交频率解调信号SDM,QUAD可被该多目标生命征象处理单元140使用数字波束成型技术计算出各该天线阵列单元122d之间的相位差，进而撷取出所述生物体在该区域A中的方位角。
请参阅图7，该第二实施例的该多目标生命征象处理单元140包含该距离多普勒图像模块141及方位角数字波束成型模块145。该距离多普勒图像模块141取样并处理该频率解调单元130的该正交频率解调信号SDM,QUAD以产生对应于所述接收天线阵列单元122d的所述多个距离多普勒图像。该方位角波束成型模块154耦接该距离多普勒图像模块141并借由数字波束成型技术由对应所述天线阵列单元122d的所述多个距离多普勒图像中撷取出距离对方位角图像。
第二实施例的目的不只是能够借由该自我注入锁定振荡器110及该啁啾升降频转换器120使该多目标生命征象侦测器100能够分辨出位于不同距离下的该生物体的生命征象，还另借由该啁啾升降频转换器120中新增的该开关122c、所述接收天线阵列单元122d及该相移器126让该多目标生命征象侦测器100能够区分出位于不同方位角下的该生物体的生命征象。
请参阅图8至图10，为本发明第一实施例的该多目标生命征象侦测器100的实测数据，在本实测中有三个为人类的生物***于相对于该多目标生命征象侦测器100的不同距离上，且所述生物体都在该啁啾升降频转换器120的该发射天线122a的波束宽涵盖范围中，其中第1至3生物体分别坐在距离该多目标生命征象侦测器100为135、210及285厘米的位置上。图8为该频率解调信号SDM进行第一次快速傅立叶转换所得的距离频谱信号(Rangespectrum signal)，在距离频谱信号中，具有最大峰值的成分的频率分别是第1至3生物体与该多目标生命征象侦测器之间的距离所对应的频率160、210及260Hz。图9A至图9C显示了对距离频谱信号中位于频率160、210及260Hz的成分经过多个扫描周期变化进行第二次快速傅立叶转换而得的多普勒频谱，且图9A至图9C横轴的频率转换为速率，第1至3生物体的呼吸速率及心跳速率可分别由各该多普勒频谱中速率为10至30次/分钟的范围及速率为60至120次/分钟的范围中具有最大峰值的成分辨识而得。
图10为该多目标生命征象处理单元140产生的该距离对生命征象多普勒图像，该距离对生命征象多普勒图像同时显示出第1至3生物体的距离及生命征象频率。其中，第1至3生物***于同一距离下的各该生命征象频率由低到高分别是由呼吸、呼吸谐波及心跳所引起。
图11及图12A至图12C是本发明第二实施例的该多目标生命征象侦测器100的实测数据，本实测中第1至3生物体分别位相对于该多目标生命征象侦测器100的3个极坐标位置(135厘米，70度)、(210厘米，110度)及(285厘米，90度)上。图11是由该多目标生命征象处理单元140的该方位角数字波束成型模块145建构的该距离对方位角图像，图中显现出第1至3生物体实际位置与侦测位置之间良好的一致性。该实测结果证明了第二实施例的该多目标生命征象侦测器100能够量测所述生物体相对于该多目标生命征象侦测器100的距离及方位角。图12A至图12C显示出由图11的距离对方位角图像中第1至3生物体所在位置上的多普勒频谱，第1至3生物体的呼吸及心跳频率皆可清楚地由图12A至图12C的多普勒频谱中辨识，显示出第二实施例的该多目标生命征象侦测器100可同时测得位于不同位置的所述生物体的生命征象。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (16)

1.一种多目标生命征象侦测器，其特征在于，其包含：
自我注入锁定振荡器，用以输出振荡信号；
啁啾升降频转换器，具有升频混波器、收发天线及降频混波器，该升频混波器电性连接该自我注入锁定振荡器以将该振荡信号转换为频率调变连续波信号，该收发天线电性连接该升频混波器以接收该频率调变连续波信号并将其发射为发射信号至区域，该收发天线并用以接收该区域反射的反射信号为频率调变连续波接收信号，该降频混波器电性连接该收发天线并将该频率调变连续波接收信号转换为注入信号，其中，该自我注入锁定振荡器电性连接该降频混波器并接收该注入信号而处于自我注入锁定状态；
频率解调单元，电性连接该自我注入锁定振荡器以对该振荡信号进行频率解调而输出频率解调信号；以及
多目标生命征象处理单元，电性连接该频率解调单元以对该频率解调信号进行取样及处理而建构出距离对生命征象多普勒图像。
2.根据权利要求1所述的多目标生命征象侦测器，其特征在于，该啁啾升降频转换器具有啁啾信号产生器，该啁啾信号产生器用以输出啁啾信号，该升频混波器电性连接该啁啾信号产生器以将该振荡信号及该啁啾信号混波而将该振荡信号转换为该频率调变连续波信号，该降频混波器电性连接该啁啾信号产生器以将该频率调变连续波接收信号及该啁啾信号混波而将该频率调变连续波接收信号转换为该注入信号。
3.根据权利要求1所述的多目标生命征象侦测器，其特征在于，其包含有第一功率分配器，该第一功率分配器电性连接该自我注入锁定振荡器并用以将该振荡信号区分为两路，其中一路的该振荡信号传送至该升频混波器，另一路的该振荡信号传送至该频率解调单元。
4.根据权利要求2所述的多目标生命征象侦测器，其特征在于，该啁啾升降频转换器具有第二功率分配器，该第二功率分配器电性连接该啁啾信号产生器以接收该啁啾信号，该第二功率分配器用以将该啁啾信号分为两路，其中一路的该啁啾信号传送至该升频混波器，另一路的该啁啾信号传送至该降频混波器。
5.根据权利要求1所述的多目标生命征象侦测器，其特征在于，该多目标生命征象处理单元具有距离多普勒图像模块，该距离多普勒图像模块用以对该频率解调信号进行取样及处理而输出距离多普勒图像。
6.根据权利要求5所述的多目标生命征象侦测器，其特征在于，该多目标生命征象处理单元另具有去背模块、振幅标准化模块及峰值搜寻模块，该去背模块用以去除该距离多普勒图像的背景并输出去背距离多普勒图像，该振幅标准化模块用以对该去背距离多普勒图像进行振幅标准化并输出标准化距离多普勒图像，该峰值搜寻模块用以搜寻该标准化距离多普勒图像中高于门槛值的多个峰值而建构出距离对生命征象多普勒图像，该距离对生命征象多普勒图像同时显示出距离及生命征象的频率资讯。
7.根据权利要求1所述的多目标生命征象侦测器，其特征在于，该收发天线具有发射天线及接收天线，该发射天线电性连接该升频混波器以将该频率调变连续波信号发射为该发射信号至该区域，该接收天线电性连接该降频混波器以将该区域反射的该反射信号接收为该频率调变连续波接收信号并传送至该降频混波器。
8.根据权利要求7所述的多目标生命征象侦测器，其特征在于，该接收天线为切换式天线阵列，该切换式天线阵列具有开关及多个接收天线阵列单元，所述接收天线阵列单元用以接收该区域反射的该反射信号为该频率调变连续波接收信号，该开关电性连接该降频混波器及该接收天线阵列单元并用以切换其中的该接收天线阵列单元耦接至该降频混波器，该降频混波器用以将该频率调变连续波接收信号转换为该注入信号，相移器电性连接该降频混波器及该自我注入锁定振荡器并用以相移该注入信号0度或90度而产生正交相移注入信号，该正交相移注入信号用以注入该自我注入锁定振荡器，使该自我注入锁定振荡器进入自我注入锁定状态。
9.根据权利要求8所述的多目标生命征象侦测器，其特征在于，该自我注入锁定振荡器用以操作于自我注入锁定状态而产生正交相移振荡信号，第一功率分配器用以将该正交相移振荡信号区分为两路，其中一路的该正交相移振荡信号用以传送至该升频混波器并被转换为该频率调变连续波信号，另一路的该正交相移振荡信号则传送至该频率解调单元，该频率解调单元用以频率解调该正交相移振荡信号为正交频率解调信号。
10.根据权利要求9所述的多目标生命征象侦测器，其特征在于，该多目标生命征象处理单元具有距离多普勒图像模块及方位角数字波束成型模块，该距离多普勒图像模块用以取样及处理该正交频率解调信号而产生所述接收天线阵列单元对应的多个距离多普勒图像，该方位角数字波束成型模块耦接该距离多普勒图像模块并用以由所述接收天线阵列单元对应的所述多个距离多普勒图像中撷取出距离对方位角图像。
11.一种多目标生命征象侦测器的侦测方法，其特征在于，其包含：
自我注入锁定振荡器输出振荡信号；
啁啾升降频转换器将该振荡信号转换为频率调变连续波信号，以对区域进行侦测，该啁啾升降频转换器并转换频率调变连续波接收信号为注入信号，该啁啾升降频转换器包含升频混波器、收发天线及降频混波器，该升频混波器电性连接该自我注入锁定振荡器以将该振荡信号转换为该频率调变连续波信号，该收发天线电性连接该升频混波器以将该频率调变连续波信号发射为发射信号至该区域并接收该区域反射的反射信号为该频率调变连续波接收信号，该降频混波器电性连接该收发天线以转换该频率调变连续波接收信号为该注入信号；
该注入信号注入该自我注入锁定振荡器，使该自我注入锁定振荡器处于自我注入锁定状态；
频率解调单元对该振荡信号进行频率解调而输出频率解调信号；以及
多目标生命征象处理单元对该频率解调信号进行取样及处理而建构出距离对生命征象多普勒图像。
12.根据权利要求11所述的多目标生命征象侦测器的侦测方法，其特征在于，该多目标生命征象处理单元具有距离多普勒图像模块、去背模块、振幅标准化模块及峰值搜寻模块，该距离多普勒图像模块用以对该频率解调单元的该频率解调信号进行取样及处理而输出距离多普勒图像，该去背模块用以去除该距离多普勒图像的背景并输出去背距离多普勒图像，该振幅标准化模块用以对该去背距离多普勒图像进行振幅标准化并输出标准化距离多普勒图像，该峰值搜寻模块用以搜寻该标准化距离多普勒图像中高于门槛值的多个峰值而建构出距离对生命征象多普勒图像，该距离对生命征象多普勒图像同时显示出距离及生命征象的频率资讯。
13.根据权利要求11所述的多目标生命征象侦测器的侦测方法，其特征在于，该收发天线具有发射天线及接收天线，该发射天线电性连接该升频混波器以将该频率调变连续波信号发射为该发射信号至该区域，该接收天线电性连接该降频混波器以将该区域反射的该反射信号接收为该频率调变连续波接收信号并传送至该降频混波器。
14.根据权利要求13所述的多目标生命征象侦测器的侦测方法，其特征在于，该接收天线为切换式天线阵列，该切换式天线阵列具有开关及多个接收天线阵列单元，所述接收天线阵列单元用以接收该区域反射的该反射信号为该频率调变连续波接收信号，该开关电性连接该降频混波器及该接收天线阵列单元并用以切换其中的该接收天线阵列单元耦接至该降频混波器，该降频混波器用以将该频率调变连续波接收信号转换为该注入信号，相移器电性连接该降频混波器及该自我注入锁定振荡器并用以相移该注入信号0度或90度而产生正交相移注入信号，该正交相移注入信号用以注入该自我注入锁定振荡器，使该自我注入锁定振荡器进入自我注入锁定状态。
15.根据权利要求14所述的多目标生命征象侦测器的侦测方法，其特征在于，该自我注入锁定振荡器用以操作于自我注入锁定状态而产生正交相移振荡信号，该正交相移振荡信号被区分为两路，其中一路的该正交相移振荡信号传送至该升频混波器并被转换为该频率调变连续波信号，另一路的该正交相移振荡信号则传送至该频率解调单元，该频率解调单元用以频率解调该正交相移振荡信号为正交频率解调信号。
16.根据权利要求15所述的多目标生命征象侦测器的侦测方法，其特征在于，该多目标生命征象处理单元具有距离多普勒图像模块及方位角数字波束成型模块，该距离多普勒图像模块用以取样及处理该正交频率解调信号而产生所述接收天线阵列单元对应的多个距离多普勒图像，该方位角数字波束成型模块耦接该距离多普勒图像模块并用以由所述接收天线阵列单元对应的所述多个距离多普勒图像中撷取出距离对方位角图像。
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