用于检测对象的运动的检测系统和方法

技术领域

本发明涉及一种用于检测对象的运动的检测系统、方法和计算机程序。

背景技术

如今，在家庭和办公室应用中使用多个设备的网络使用射频感测来检测对象的运动越来越受关注。射频的基本思想是网络设备(包括例如灯具、智能开关、智能应用设备等)通过频繁地交换消息来形成无线电网络，其中消息的幅度然后被监测，并且例如与基线信号进行比较，以确定网络设备的环境中的变化。例如，这些变化可以被解释为人的移动、人的不活动、物体状态的变化(如门的打开或关闭)等。然而，对交换消息的幅度的监测是一个复杂且容易出错的过程，其经常导致误报或漏报结果，例如，导致房间中的人的错误检测。因为射频感测经常用于控制网络设备的功能(例如照明功能)，所以不准确的射频感测结果导致网络设备应用中的干扰，并且是非常不期望的。因此，为网络设备的网络提供允许更高精度的运动检测系统将是有利的。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种检测系统、一种方法和一种计算机程序，它们允许对检测系统的环境中的对象的运动进行改进的检测。

在本发明的第一方面中，提出了一种通过利用适于发送和接收射频信号的至少两个设备来检测对象的运动的检测系统，其中所述系统包括a)控制单元，用于控制所述至少两个设备，使得所述至少两个设备中的至少一个是发送具有发送信号频率的射频信号的发送设备，并且使得所述至少两个设备中的至少一个是接收射频信号的接收设备，所述射频信号指示对象的发送的射频信号的反射，b)信号频率提供单元，用于提供发送信号频率，射频信号已经以该发送信号频率被发送，以及c)检测单元，用于通过基于接收的射频信号和提供的发送信号频率执行被动多普勒(passive Doppler)感测来检测对象的运动。

由于检测单元适于通过基于由所述至少两个设备中的一个发送并由所述至少两个设备中的另一个接收的接收射频信号和所提供的发送信号频率执行被动多普勒感测来检测对象的运动，因此被动多普勒感测可以基于发送信号频率的知识来执行，即不必根据接收的射频信号本身来确定发送信号频率。这允许使用射频信号高精度地检测运动。因此，检测系统允许改进的运动检测。

用于检测对象的运动的检测系统利用适于发送和接收射频信号的至少两个设备。对象可以指例如生物或物体，特别是指移动的生物或物体。生物可以指人类或动物；并且物体可以指任何物体，例如指机器人家用电器或门。在优选实施例中，检测系统适于检测至少两个设备附近的人类的运动。一般地，简单的物体(如房间中的机器人清洁器)提供简单的多普勒信号，即物体只具有一个速度。更复杂的物体或生物包括更复杂的多普勒信号，因为复杂物体或生物的不同部分通常以不同的速度在不同的方向上移动。这些更复杂的多普勒信号也可以被认为是多普勒特征，并且允许容易地在不同的对象和他们的行为之间区分。

优选地，这两个设备是作为至少由这两个网络设备形成的网络的一部分的网络设备。然而，网络也可以包括多于两个网络设备，其中在这种情况下，检测系统可以利用所有网络设备或仅一部分网络设备作为用于执行运动检测的至少两个网络设备。网络设备的网络通常由网络设备彼此的通信形成，其中网络的网络设备的通信可以基于任何已知的通信协议，例如WiFi通信协议、ZigBee通信协议、蓝牙通信协议等。因此，优选的是，优选为网络设备的两个设备包括网络设备通信单元，其中网络设备通信单元适于发送和接收无线信号(特别是射频信号)和/或有线信号。例如，网络设备通信单元可以包括用于接收和发射射频信号的网络设备收发器，或者用于发射射频信号的发射器和用于接收射频信号的接收器。特别地，所述至少两个设备可以是智能网络设备，即包括用于发送和接收无线信号(特别是射频信号)的通信单元的任何设备，但是其以其他方式实现对应的传统设备的功能。例如，这种智能网络设备可以是智能家庭设备，在这种情况下，对应的传统功能可以是传统家庭设备(如照明设备或家用电器)的功能。在优选实施例中，所述至少两个设备指的是智能光模块、智能插头或智能开关。

检测系统可以是包括至少两个设备的网络的一部分，例如，通过作为软件或硬件被提供在网络设备之一中或者分布在彼此通信的多个网络设备之上。然而，检测系统也可以是独立的系统或者不属于网络但是可以与优选地是网络的一部分的至少一个设备通信的一个或多个设备的一部分。例如，检测系统可以被提供为在手持计算设备上或在另一个网络中运行的软件，该软件可以例如经由网关与网络或优选地是网络的一部分的至少一个设备通信。如果至少两个设备不是网络的一部分，则检测系统可以作为两个设备之一的一部分(例如作为在至少两个设备之一中提供的软件或硬件)来提供，并且可以适于经由有线或无线通信协议与至少两个设备中的两个进行通信。此外，同样在这种情况下，检测系统可以是在至少两个设备外部提供的独立系统，例如，在手持计算设备、网络解决方案、或适于与至少两个设备通信的任何其他计算设备上。

控制单元适于控制至少两个设备。此外，如果提供多于两个的设备，例如作为多个网络设备的网络的一部分，则控制单元可以适于控制这些设备的全部或一部分。一般地，控制单元可以适于通过向至少两个设备发送控制命令来控制至少两个设备，该控制命令当由至少两个设备执行时导致提供由控制命令指示的至少两个设备的功能。

特别地，控制单元适于控制至少两个设备中的至少一个，使得它充当发送设备，用于发送具有发送信号频率的射频信号。发送信号频率可以指一个频率或一个频率范围。此外，控制单元还可以适于控制感测设备，使得发送多于一个的射频信号，每个射频信号具有不同的感测信号频率。特别地，发送的射频信号是以位于预定信号频率范围内——例如，在由2.4GHz的ZigBee标准所定义的信号频率范围内，或者在位于大约2.5GHz、50GHz或甚至60GHz的频率范围内的WiFi标准通信的频率范围内－－的发送信号频率发送的。在这样的预定义频率范围内，控制单元可以适于控制发送设备，使得它发送具有从可用范围中选择的特定发送信号频率的射频信号。然而，由发送设备发送的具有发送信号频率的射频信号也可以例如通过发送设备的硬件或者通过发送设备内提供的规则来预先确定，使得在这种情况下，控制单元仅通过使发送设备发送具有由发送设备本身指示的发送信号频率的射频信号来控制发送设备。如果所述至少两个设备指的是网络设备，则优选的是，发送网络设备适于利用其网络设备通信单元，特别是网络设备通信单元的发射器，用于发射具有发送信号频率的射频信号。然而，如果发送网络设备包括仅适用于有线网络通信或者仅适用于除射频范围之外的另一范围中的网络通信的网络设备通信单元，则网络设备可以包括用于发送射频信号的附加单元。在优选实施例中，由发送设备发送的射频信号是指网络内的通信信号，即用于网络设备之间通信的信号。

控制单元还适于控制所述至少两个设备中的至少一个充当接收射频信号的接收设备，该射频信号指示对象的发送的射频信号的反射。特别地，控制单元可以适于控制接收设备，使得它监测在预定频率范围内接收的信号，在该预定频率范围内，发送的射频信号的反射(特别是当被对象反射时)是预期的。优选地，如果接收设备指的是网络设备，则接收设备利用网络设备通信单元(特别是网络设备通信单元的接收器)来接收反射的射频信号。然而，接收设备还可以包括专用接收单元，该专用接收单元不是用于接收反射的射频信号的网络设备通信单元的一部分。发送设备和接收设备通常不是指至少两个设备中的同一设备。因此，如果只使用两个设备，则这两个设备中的一个是发送设备并且这两个设备中的另一个是接收设备。特别地，至少两个设备彼此独立，并且不在相同的位置提供。优选地，发送设备和接收设备彼此之间提供有特定的预定距离，其中该距离优选地大于1m、更优选地大于2m。因此，在优选实施例中，控制单元对至少两个设备的控制包括选择至少两个设备中的哪一个充当发送设备以及至少两个设备中的哪一个充当接收设备。特别地，如果提供了多于两个的设备(即多个设备)，则选择可以包括基于例如多个设备的位置、多个设备的特性(例如，设备是否包括射频发送和/或接收单元)、和/或设备的可用性等，选择设备中的一个或多个充当发送设备，以及选择设备中的一个或多个充当接收设备。因此，控制单元通常适于控制设备对的形成，其中这种设备对中的设备之一被视为该设备对的发送设备，并且另一个设备被视为该设备对的接收设备。然而，也可以考虑这样的对的重叠，使得例如一个设备在一个设备对中充当发送设备并且在另一个设备对中充当接收设备，或者使得发送设备对于不同的设备对是相同的、但是接收设备对于每一对是不同的。在最后一种情况下，可以认为所有包括相同发送设备的设备对形成了设备组。可以通过区分由每个设备对或组的发送设备发送的信号来区分设备对或组。例如，控制单元可以适于控制设备对或组的每个发送设备在不同的时间或通过利用不同的发送信号频率发送射频信号。

一般地，控制单元可以适于在扫描模式中控制发送设备和/或接收设备，其中扫描模式允许对感测区域的至少一部分进行定向扫描。优选地，在扫描模式中，控制单元适于控制感测设备和/或接收设备执行定向发送和/或接收。例如，使用已知的定向方法，可以控制感测设备将射频信号随后引导到房间的不同区域，以系统地扫描房间中运动的存在。然而，在其他实施例中，控制单元可以适于控制发送设备和/或接收设备执行不定向发送，特别是同时在多个方向上/从多个方向发送和/或接收信号。

此外，检测系统包括信号频率提供单元，用于提供发送信号频率，射频信号已经以该发送信号频率被发送。信号频率提供单元可以是例如存储发送信号频率的存储单元(该发送信号频率例如是预定的发送信号频率)，或者可以连接到存储发送信号频率的存储单元。信号频率提供单元也可以适于作为接收单元，用于例如从控制发送设备的控制单元或者从发送设备本身接收发送信号频率，并且然后提供接收的发送信号频率。例如，发送设备可以适于监测和提供由其自身发送的射频信号的发送信号频率，并且将发送信号频率提供给信号频率提供单元以提供发送信号频率。特别地，信号频率提供单元可以是发送设备的一部分，并且然后可以适于与检测单元通信以提供发送信号频率。通常，对于所有实施例，如果控制单元控制多于一个发送设备，则信号频率提供单元可以适于提供每个发送设备的发送信号频率，特别是，在发送设备使用不同的发送信号频率的情况下。

检测单元然后适于通过基于接收的射频信号和提供的发送信号频率执行被动多普勒感测来检测对象的运动。通常，被动多普勒感测包括对接收的信号执行多普勒分析，其中信号的接收器与发射器不同，即其中发射器被提供在与信号的接收器不同的位置。在本发明中，被动多普勒感测不仅基于接收到的射频信号，而且基于对发送信号频率的了解，即，对发送的射频信号的了解。这具有以下优点：可以省略用于从接收的射频信号中提取发送信号频率的对接收的射频信号的复杂且容易出错的分析。特别地，基于接收的射频信号和提供的发送信号频率，可以执行已知的多普勒分析。多普勒分析基于以下原理：从移动对象反射的波的频率将取决于移动对象的速度而改变。因此，通过向检测单元提供所接收的射频信号和所提供的发送信号频率，检测单元可以确定所接收的射频信号是否包括至少一个信号部分，所述至少一个信号部分具有相对于所提供的发送信号频率偏移的频率，该频率指示对象的运动存在。为了基于所接收的射频信号和所提供的发送信号频率来检测对象的运动，检测单元可以适于利用任何已知的软件或硬件解决方案来从指示对象的运动的所接收的射频信号中提取频移(即执行多普勒分析)，如信号频率分析方法、信号混合方法等。此外，检测单元优选地适于例如基于多普勒分析结果的复杂性来区分生物和简单物体。例如，对于一个简单物体，结果通常只包括一个速度，而对于一个生物，预期该结果导致不止一个确定的速度，即速度特征。然后，检测单元可以适于进一步分析速度特征，例如，基于速度特征以确定生物的身份、平均速度、呼吸运动、移动方向等。例如，检测单元可以适于在接收的信号的频谱中确定是否可以发现不止一个多普勒频移，并且可以确定这指示生物的存在。

在一个实施例中，控制单元还适于：控制所述至少两个设备，使得所述至少两个设备中的每一个充当发送设备，每一个发送设备都发送具有不同信号频率的射频信号；并且控制所述至少两个设备，使得每一个设备充当接收设备，以接收与相应的另一设备的发送的射频信号相对应的对象的发送的射频信号的反射，其中检测单元适于基于所接收的射频信号执行被动多普勒感测。因此，在该实施例中，控制单元适于控制可供用作发送设备和接收设备的设备，使得设备对或组形成为重叠的设备对或组。特别地，在该实施例中，可以为能够充当发送设备的每个设备定义设备组，其中设备组然后包括充当发送设备的设备和能够作为接收设备接收发送设备的反射的射频信号的所有其他设备。因此，也能够接收射频信号的发送设备充当其自己组中的发送设备和其他组中的接收设备。检测单元然后适于基于接收的射频信号执行被动多普勒感测，即多普勒分析。例如，检测设备可以适于对彼此独立的每个组执行被动多普勒感测，优选地，基于该组的所有对的多普勒分析的结果。然而，检测单元也可以适于利用从不同组接收的射频信号来执行被动多普勒感测。例如，检测单元可以适于将由一组中的不同对或者由不同组执行的被动多普勒感测的结果相互比较，并且将逻辑规则应用于该比较，以确定该结果是否确实涉及对象(特别是人类)的运动，或者是由其他原因(例如噪声、设备本身的振动等)引起的。特别地，为了减少例如由设备内或设备环境中的过程引起的振动对运动检测的影响，优选的是，检测单元适于比较所有设备对的被动多普勒感测结果，其中一对的接收设备是另一对的发送设备，并且反之亦然。因此，可以比较优选地基于不同发送信号频率并且对应于基本上相同的检测区域(特别地，形成两个设备对的两个设备之间的区域)的被动多普勒感测结果，并且可以将逻辑规则应用于该比较，以确定检测结果是否是由对象的运动引起的。例如，如果被动多普勒感测结果指示对象以不同速度运动，则检测结果很可能不由移动对象引起、而是很可能例如由噪声引起。

在一个实施例中，控制单元适于控制发送设备来检测由其自身发送的发送的射频信号的反射产生的射频信号，并且其中检测单元适于监测所检测的射频信号并且进一步基于所监测的射频信号来检测对象的运动。特别地，发送设备适于监测由自身发送的、未被对象反射的发送的射频信号的反射产生的射频信号。信号频率提供单元然后还可以适于向检测单元提供检测到的射频信号。检测单元然后适于监测由发送设备检测到的检测到的射频信号。监测可以包括例如确定检测到的射频信号的时间变化。特别地，突然(即在预定的短时间范围内)发生的变化可以指示在检测对象的运动时应该考虑的事件。优选地，检测单元适于通过监测检测到的射频信号中出现的频率来监测检测到的射频信号。特别地，优选的是，检测单元在检测到的射频信号的频谱中识别窄频带，即小于预定范围的频率范围中的信号，优选地，根据多普勒关系，该范围是指20cm/s、更优选地10cm/s的速度变化。这种窄频率通常是发送设备本身或发送设备的环境的振动的结果。因此，当检测系统的应用旨在检测对象(优选为人类)的运动时，优选的是，检测单元适于使用所识别的窄频率范围来滤除所接收的射频信号中的所识别的窄频率范围，因为可以预期，所接收的射频信号也包括所识别的窄频带中的频率，即在频谱中示出激励，然而，该激励很可能不是由对象的运动引起的。检测单元然后适于通过基于滤波后的接收射频信号执行被动多普勒感测来确定对象的运动。

在一个实施例中，检测单元适于：确定所接收的射频信号的频谱中的频率范围内的激励，其中该激励在预定时间段内基本恒定；并且通过滤除所接收的射频信号的频谱中的频率范围来基于所接收的射频信号执行被动多普勒感测。由于可以预期对象(特别是人类)的运动在长时间段内不是恒定的，因此在长时间段内基本恒定的频率范围内的激励很可能不是由对象的移动引起的，而是例如由环境中的振动或由噪声引起的。基于检测系统的应用，优选的是，例如，根据应该被检测的对象的运动所预期的运动的时间尺度来确定预定时间段。例如，如果应该检测其运动的对象是人类，则预定时间段可以指几分钟(例如3或4分钟)，因为人类例如在小房间中的运动在这样的时间段期间不改变是非常不可能的。因此，可以观察到的接收到的射频信号中基本恒定的激励——即在超过几分钟的预定范围内恒定的激励——很可能不是由对象的运动引起的，并且可以被滤除。在本上下文中，术语“基本恒定”指的是在预定时间段期间以相同的频率或频率范围出现的激励，其幅度不低于噪声阈值。

在优选实施例中，检测单元可以适于确定在比预定频率范围窄的频率范围中激励的出现，并且基于接收的射频信号通过滤除接收的射频信号的频谱中的窄频率范围来执行被动多普勒感测。特别地，如果应当被检测的对象的运动指的是人类的运动，则可以预期由移动的人类引起的接收射频信号的频率范围中的激励在宽的频率范围上扩展或模糊，例如，由于人类的身体的不同部分以不同的速度移动，像手臂和腿以不同于人类的躯干的速度移动。因此，在非常窄的频率范围内出现的接收到的射频信号的激励很可能不是由人类或实际上任何生物的运动引起的，而是由发送设备或接收设备的环境中的机械部件的振动引起的。优选地，根据多普勒关系，预定频率范围指的是20cm/s、更优选地是10cm/s的速度变化。因此，通过滤除激励——该激励很可能由运动源引起(该运动源相对于检测系统的应用而言不应被检测到)，或者指的是检测系统的环境中的任何种类的噪声——可以提高运动检测的精度，特别是考虑到检测系统的具体应用。

在一个实施例中，检测单元适于基于接收的射频信号确定I信道和Q信道，并基于I信道和Q信道执行被动多普勒感测。

特别地，检测单元可以通过将接收到的射频信号乘以包括所提供的发送信号频率的信号来确定I信道，并且通过将接收到的射频信号再次乘以包括所提供的发送信号频率的信号来确定Q信道(其中这两个信号之一被相移例如90°)，从而确定I信道和Q信道。优选地，检测单元然后适于从Q信道和I信道构造复信号，其中I信道指复信号的虚部，并且Q信道指复信号的实部。然后，优选的是，利用复信号来检测对象的运动。特别地，优选的是，复信号的频谱由检测单元确定，例如，通过执行复信号的傅立叶变换，并通过基于复信号的频谱检测对象的运动。例如，这种构造的复信号可以在频谱中示出正频率和负频率，其中正频率中的激励指示具有朝向接收设备的运动分量的运动，而负频率指示具有远离接收设备的运动分量的运动。然而，运动和所确定的频率之间的确切关系取决于用于构造Q信道的相移。通常，独立于所使用的精确相移，复信号的构造允许不仅精确确定对象的运动速度，而且至少相对于接收设备精确确定对象的运动方向。此外，在复信号中(特别是在复信号的频谱中)，可以甚至更清楚地区分不是由对象(特别是人类)引起的运动，而是例如由设备环境中的振动引起的运动。特别地，由环境中的振动引起的噪声导致正频率和负频率两者中的复信号的频谱中的激励，因为振动包括两种运动分量。与之相反，对象(像人类)的一般移动包括更固定的方向，并且因此仅导致正频率或负频率中的激励。因此，优选的是，检测单元适于识别由振动导致的复信号的频谱中的激励，例如，由于激励存在于正频率和负频率两者中，从而从接收的射频信号中过滤出该激励出现的频率范围，并且将多普勒分析基于滤波后的接收的射频信号。在这种情况下，要注意的是，以其他方式不移动的人的呼吸运动也可以被认为是振动，并且因此可以利用上述方法通过监测正频率和负频率来检测。

在一个实施例中，控制单元还适于控制发送设备发送具有不同于发送信号频率的信号频率的附加射频信号，并控制接收设备接收由来自对象的附加射频信号的反射产生的附加射频信号，其中检测单元还适于基于附加接收的射频信号执行被动多普勒感测。因此，在该实施例中，由控制单元控制的每个发送设备适于发送具有不同发送信号频率的两个射频信号，使得由控制单元控制的每个接收设备可以接收已经基于两个不同的发送的射频信号从对象反射的两个射频信号。由于多普勒效应(即由于反射的射频信号中的运动而产生的频移)对于移动对象是依赖于频率的，因此根据多普勒效应的原理，在两个不同的接收到的射频信号中可以发现不同的频移。通常，发送信号频率提供单元在这种情况下适于向检测单元提供两种发送信号频率。

在优选实施例中，检测单元适于通过将附加接收的射频信号与接收的射频信号进行比较，进一步基于附加接收的射频信号来执行被动多普勒感测。优选地，该比较指的是从频域中的接收到的射频信号中减去附加的接收到的射频信号，其中检测单元适于基于由相减得到的信号来检测运动。通常，由于多普勒效应的原理，对象的真实运动导致两个不同的接收到的射频信号的不同频率范围内的激励，而由例如设备环境中的振动引起的噪声通常导致独立于发送信号频率的频率范围内的激励。因此，通过将两个接收到的射频信号彼此相减，可以去除位于相同频率范围内的频率激励，并且然后检测单元可以对由相减得到的不包含由噪声引起的频率范围内的激励的信号应用多普勒分析。在另一个优选实施例中，检测单元可以适于通过利用为每个信号提供的相应发送信号频率对彼此独立的两个接收到的射频信号执行多普勒分析来执行被动多普勒感测。检测单元然后可以适于比较两个独立的多普勒分析的结果，以执行被动多普勒感测。例如，如果存在真实的移动对象(例如人类)，则两次独立的多普勒分析中的每一次都将导致针对该对象的基本相同的所确定的速度。然而，如果多普勒分析的结果是由噪声引起的，则很可能在每个独立的多普勒分析中确定不同的速度，其指示相应的信号不是由真实的移动对象引起的，而是可能由噪声或振动引起的。因此，检测单元可以适于对来自两个独立多普勒分析的两个结果的比较应用逻辑规则，以执行被动多普勒感测。逻辑规则可以是预先确定的，或者可以是由检测单元例如在训练阶段期间学习的学习规则，其中检测单元面临不同的环境情形，并且被动多普勒感测的期望结果也作为输入提供给检测单元(例如由用户提供)，并且然后检测单元适于使用已知的机器学习算法来学习可以被应用来实现被动多普勒感测的期望结果的逻辑规则。因此，优选的是，比较是指对彼此独立的两个信号执行多普勒分析，并且在一致性方面比较多普勒分析的结果。

在一个实施例中，执行多普勒分析包括在频域中对接收的射频信号应用阈值滤波器。特别地，例如，通过应用快速傅立叶变换(FFT)，可以在频域中提供接收的射频信号。在频域中，可以可选地进一步修改接收的射频信号，例如通过对接收的射频信号求平方。然后，阈值可以例如基于校准测量或经验来预先确定，并被提供给阈值滤波器。阈值滤波器然后增加接收的射频信号在频域中位于预定阈值之上的所有信号部分，并且减少接收的射频信号在频域中位于阈值之外的所有信号部分。减少和增加可以基于分别增加或减少的预定值，可以指取决于信号部分与阈值之差的应用函数(例如比例函数)，等等。然后可以基于滤波后的接收到的射频信号来确定移动。这种滤波允许更精确地确定移动。

在一个实施例中，控制单元适于控制发送设备，使得利用具有不同发送信号频率(例如为2.4GHz和5.8GHz)的两个射频信号。在该实施例中，多普勒感测的执行可以包括确定运动的置信向量，例如，检测单元可以包括包含运动的置信向量的专用逻辑。该向量的每个分量描述了相对于接收设备在速度范围内运动的概率。优选地，通过分析源自两个不同发送信号(这里源自2.4GHz和5.8GHz频率信号)的接收到的射频信号，每100ms更新一次置信向量。对于两种发送信号频率，检测单元可以适于执行以下作为多普勒分析的一部分。具有例如120Hz的预定截止频率的低通滤波器被提供给每个接收到的射频信号，之后该信号以预定采样频率(例如以240Hz)被采样。然后，检测单元适于每100ms使用最后接收的256个样本来计算产生频谱的短快速傅立叶变换。然后，频谱是一组域，其中每个域包含可以被映射到相对速度范围的频率范围，该相对速度范围可以被映射到所述运动的置信向量。因此，检测单元可以适于随后通过对频谱的幅度求平方来使用频谱以构造功率谱。对于功率谱中其值高于所选阈值的每个域，然后可以增加置信向量的对应分量。对于功率谱中其值低于所选阈值的每个域，然后置信向量的对应分量可以被减少。然后，检测单元适于在已经更新了置信向量之后确定当所有分量的最大值超过0.5时检测到运动，否则检测单元适于确定不存在运动。

在一个实施例中，检测单元还适于基于接收的信号的幅度来执行射频感测，其中检测单元适于基于为至少两个设备中的至少一个确定的感测结果和/或基于至少两个设备中的至少一个的设备状态来执行被动多普勒感测，作为对射频感测的替代或补充。特别地，检测单元可以适于使用已知的射频算法来执行射频感测，如例如WO 2020/043606A1中所描述的。优选地，检测单元适于应用预定的逻辑规则，以基于射频感测的结果来决定是否应当例如在预定时间段内执行被动多普勒感测作为对射频感测的替代或补充。预定的逻辑规则可以适用于系统的应用，并且可以取决于情形。例如，检测单元可以适于通常执行射频感测，并且如果检测单元确定射频感测的结果可能不可靠(即可能不符合预定的质量标准)，则检测单元可以适于另外执行被动多普勒感测(例如，如以上实施例中所述)，以验证射频感测的结果。在另一个示例中，如果至少一个设备处于睡眠状态，例如，当不期望人们将在夜间期间出现在区域中时，检测单元可以适于不时地应用被动多普勒感测(而不是射频感测)来检测区域中的运动，其中，如果被动多普勒感测检测到运动，则检测单元可以适于例如通过唤醒设备来附加地启动射频感测的执行，以获得关于该区域中的所确定的运动的更多信息。

在一个实施例中，两对设备用于检测运动，其中控制单元适于控制每对设备，使得每对设备至少包括发送设备和接收设备，其中控制单元还适于控制发送设备和接收设备，使得不同频率的射频信号被两对设备用于被动多普勒感测，其中检测单元适于独立地为每对设备执行被动多普勒感测，并基于所得检测结果的比较来进一步检测运动。特别地，优选的是，检测到的运动是指对象的微小移动或振动。在本上下文中，微小移动被定义为指尺寸和/或时间小的移动，其中“小”在本上下文中意味着尺寸小于10cm且时间小于1分钟。例如，微小移动可以指人类身体的周期性移动，如呼吸移动或心跳移动。因此，在该实施例中，优选的是，该系统被具体调整，使得对象的移动指的是检测对象的振动移动或微小移动。在上述实施例中的许多中，优选的是，从对象的运动检测中消除这些振动或微小移动。然而，在其他应用中，具体检测振动是有利的，例如，在用于监测机器功能的机器监测的情况下，其中机器的振动通常指示机器内的状态变化。因此，上面讨论的关于去除振动的原理现在也可以应用于使检测单元适于检测对象的振动或微小移动。

在一个实施例中，运动检测的结果用于控制设备的功能。例如，优选的是，该设备是指照明设备，并且照明功能是基于运动检测来控制的。然而，其他功能也可以附加地或替代地通过由系统执行的运动检测的结果来控制。

在本发明的一个方面中，提出了一种通过利用适于发送和接收射频信号的至少两个设备来检测对象的运动的检测方法，其中所述方法包括a)控制所述至少两个设备，使得所述至少两个设备中的至少一个是发送具有发送信号频率的射频信号的发送设备，并且使得所述至少两个设备中的至少一个是接收射频信号的接收设备，所述射频信号指示对象的发送的射频信号的反射，b)提供发送信号频率，射频信号已经以该发送信号频率被发送，以及c)通过基于接收的射频信号和提供的发送信号频率执行被动多普勒感测来检测对象的运动。

在本发明的另一方面中，提出了一种用于检测运动的计算机程序产品，其中该计算机程序产品包括程序代码装置，该程序代码装置使得根据权利要求1的检测系统执行根据权利要求14的检测方法。

应当理解，如上所述的检测系统、如上所述的方法、和如上所述的计算机程序具有类似和/或相同的优选实施例，特别是如从属权利要求中所限定的。

应当理解，本发明的优选实施例也可以是从属权利要求或上述实施例与相应独立权利要求的任何组合。

参考下文描述的实施例，本发明的这些和其他方面将是清楚的并得到阐述。

附图说明

在下列附图中：

图1示意性和示例性地示出了在控制射频设备的检测系统中使用的两个射频设备，以及

图2示意性和示例性地示出了用于检测对象的运动的检测方法。

具体实施方式

图1示意性和示例性地示出了两个射频设备120、130和检测系统110。优选地，射频设备120、130是至少由两个射频设备120、130形成的网络的一部分，其中可选地，该网络包括图1中未示出的附加射频设备，该附加射频设备也可以由检测系统110控制。然而，为了更好地概述，在下文中，仅关于图1中所示的两个射频设备120、130描述了本发明的原理，而这些解释的原理然后也可以应用于包括多于两个射频设备120、130的系统。这里特别注意到，两个射频设备120、130指的是完全不同的设备，并且不位于相同的位置，但是彼此之间提供有优选地大于1 m、更优选地大于3m的距离。

检测系统110可以是与至少两个射频设备120、130通信接触的独立系统；或者可以作为至少两个射频设备120、130之一的一部分提供，例如在外壳内提供或者作为至少两个设备120、130之一中提供的软件和/或硬件的一部分提供。优选地，如果至少两个射频设备120、130是网络的一部分，则检测系统也是网络的一部分(例如作为网络的设备之一的一部分)或者分布在网络的多个设备之上。在这种情况下，检测系统110和至少两个设备120、130以及可选的其他网络设备之间的通信可以是一般网络通信的一部分，即，来自和去往检测系统110的消息作为由网络使用的通信协议的一部分被发送。

检测系统110包括控制单元111、信号频率提供单元112和检测单元113。控制单元111适于控制射频设备120和射频设备130。特别地，控制单元111适于控制射频设备120充当发送具有发送信号频率的射频信号121的发送设备。此外，控制单元111适于控制射频设备130充当接收射频信号131的接收设备，该射频信号131是来自对象(在这种情况下是在方向141上移动的人140)的射频信号121的反射的结果。由于多普勒效应，由射频设备130接收的反射信号131包括关于人140的移动141的信息，特别地，从人140反射的信号131相对于发送的射频信号121经历了频移。优选地，发送的射频信号121也作为一般网络通信的一部分发送，即，指的是包括例如用于另一网络设备的消息的一般网络通信信号。然而，发送的射频信号121也可以是仅发送用于运动检测的专用信号。

信号频率提供单元112适于提供发送的射频信号121的发送信号频率。特别地，检测系统110与充当发送设备的射频设备120通信，使得射频设备120可以向信号频率提供单元112提供关于发送信号频率的信息。例如，信号频率提供单元112可以适于优选地经由包含发送信号频率的网络通信信号来启动射频设备120的通信。然而，在其他实施例中，充当发送设备的射频设备120可以适于由自身向信号频率提供单元112提供发送信号频率，或者发送信号频率可以被预先确定并存储在存储器上，信号频率提供单元112可以从该存储器读取发送信号频率。信号频率提供单元112然后适于向检测单元113提供发送信号频率。

检测单元113适于通过基于接收的射频信号131和提供的发送信号频率执行被动多普勒感测来检测人140的运动。被动多普勒感测至少包括基于接收的射频信号131和提供的发送信号频率的多普勒分析。例如，检测单元113可以适于经由硬件或软件将接收到的射频信号131的电子表示与具有发送信号频率的周期信号的电子表示相乘。可选地，还可以在所得的相乘信号上提供低通滤波器，使得滤波后的信号仅包括低于预定频率阈值的频率。在数学上，信号的乘法和低通滤波可以被认为是确定两个输入信号之间的差，其中所得信号中非零频率范围内的激励是由于移动的人140对发送的射频信号121的多普勒效应。在第一近似中，可以认为激励频率与移动的人140的相对速度成正比(directedproportional)。因此，根据激励频率，可以确定人140的移动141以及甚至速度。然而，检测单元113也可以适于将更复杂的分析方法包括到被动多普勒感测中。例如，检测单元131还可以利用I信道和Q信道来确定由人140的移动141引起的多普勒频移。

下面将描述检测系统110的一些另外的更详细的实施例和应用。在下面的实施例中，至少两个设备是可以由控制单元控制的网络设备的网络的一部分。一般地，网络可以基于不同的网络通信协议，如WiFi、蓝牙、Zigbee等。

在一个实施例中，网络指的是例如WiFi(例如2.4GHz)网络。在这种情况下，控制单元可以适于控制网络设备在不重叠的频率上发送超宽带频率范围内的射频信号。这种不重叠可以通过使用可用的信道来实现，但是也可以通过使用完全不同的频率(例如WiFi通信协议的2.4GHz和60GHz)来实现。此外，可以向检测单元提供所有网络设备的发送信号频率，即使用的频道。然而，如果检测单元是每个网络设备的一部分，则网络设备的检测单元可以仅被提供有相邻网络设备的发送信号频率。使用被动多普勒感测，检测单元(可选地，每个网络设备的每个检测单元独立地)然后可以尝试感测运动，例如，通过在接收的射频信号和具有对应发送信号频率的信号的乘积中寻找非零频率分量。此外，检测单元可以适于识别可能的噪声源(如振动)，其可以表现为例如接收到的射频信号中的窄频率范围激励，并且通常由机械振动或电磁干扰引起。对接收到的射频信号中的噪声的识别可以基于对没有被对象反射的发送的射频信号的低频谱的监测。特别地，每个网络设备还可以接收由它自己发送的信号产生的射频信号，它自己发送的信号没有被对象反射。然后可以识别在这些具有窄频率范围的被监测信号中的激励频率，该激励频率在被监测信号中经常突然出现。因此，在被动多普勒感测中，这样的频率然后可以被检测单元忽略。附加地或替代地，振动的监测可以由检测单元通过分析接收到的射频信号的多普勒频谱来实现。恒定的窄频率激励－—即在超过例如500ms的时间内在频谱中不移动—－然后可以被识别为振动并被滤出用于多普勒感测。此外，检测单元可以适于采用相移例如90°的两个信道，即指的是I信道和Q信道的信道c1(t)和c2(t)。根据这些信道，检测单元可以适于构造新的信号s(t)＝c1(t)+i c2(t)，其中i是虚数。基于该新信号的复傅立叶变换，可以执行多普勒感测，例如，通过从复傅立叶变换的负频谱中减去正频谱，并对结果执行多普勒分析。

在一个实施例中，网络可以进一步适于执行射频感测，例如，通过交换短网络消息和通过监测这些消息的幅度变化，这些消息的幅度变化指示了环境中的时间变化。在这种情况下，检测可以适于通过被动多普勒感测的临时切换来双重确认射频感测的结果。这具有以下益处：网络设备的默认操作模式是待机功率友好的。

在一个实施例中，网络也可以适于利用5.8GHz多信道。例如，控制单元可以适于提供触发信号或者使得网络设备之一提供触发信号，其中基于该触发信号，网络设备适于发送两个射频信号，一个在5.8GHz范围内并且一个在24GHz范围内。然后，检测单元可以适于分析接收信号的两个频谱，并减去重叠部分。该实施例中的见解是，运动信号通常出现在频谱的不同部分中，并且因此仍将存在于所得的频谱中。与此相反，在两个频谱中以相似的频率出现振动，并且因此将通过所得频谱中的减法来抵消。一般地，检测设备可以适于将较低的发送信号频率(例如2.4GHz)分配给预期遭受更多振动(例如，由于位于振动源附近)的发送设备，并将较高的发送信号频率(例如60GHz)分配给预期遭受较少振动的发送设备。

接收信号中振动或突出(singular)尖峰的存在有时与温度变化的周期相关，并且是网络设备的机械元件膨胀和/或收缩的结果。如果网络设备包括照明功能，则这尤其发生在灯打开或关闭时。一般地，当灯刚刚已经打开时，由于振动引起的运动或存在的误报检测不是很成问题，因为无论如何应该有人存在。然而，当灯刚刚已经关闭时，这种检测到的误报是不期望的。因此，为了避免被动多普勒感测结果或射频感测结果中的误报检测，检测单元可以适于以两种感测方法中的任一种开始，并且然后仅在困难的关闭时间段期间(例如在灯已经关闭之后的0至30分钟)附加地执行另一种，以最大化检测对振动的鲁棒性，并实现完全待机功率系统。

在一个实施例中，不是试图避免振动的影响，而是可以期望具体检测对象的振动。在这种情况下，检测单元可以适于控制发送设备发送具有发送信号频率的射频信号，该发送信号频率对发送设备本身和/或其视野中的对象的机械振动敏感。例如，照明设备因此可以用于监测办公室天花板附近的供暖、通风和空调(HVAC)装置的振动。在这个示例中，HVAC设备的突然增加的振动可能导致附近的照明设备的振动，并且指示即将发生的HVAC设备故障。然后，上述系统可以用于监测这种振动事件。在另一个示例性应用中，检测设备可以适于采用被动多普勒感测，可选地具有附加的射频感测，以监测机器(如传送带)的激活时间，并且还例如监测指示对机器部件即将发生的损坏的机器振动模式的变化。基于这样的监测，可以主动地安排维护，以避免对机器更严重的损坏和计划外的停机。

在一个实施例中，控制单元可以适于选择发送设备和接收设备，使得两个不同的设备对被分配来监测移动的环境，其中两个设备对具有重叠的感测视野。控制单元可以例如控制第一对，使得它使用5GHz WiFi范围内的发送信号频率，同时控制第二对，使得它使用60GHz WiFi范围内的发送信号频率。然后，检测单元可以适于基于两对接收信号执行被动多普勒感测，例如，以便执行例如仓库中的人或包裹的跌落检测。跌落通常以1g的加速度、随后是大约-5g的减速度为特征。通过以两种不同的频率同时监测目标区域，有可能监测跌落检测和监测人的存在。例如，检测单元可以适于将5.8GHz信号用于跌落检测，因为物体的跌落经常导致大的频率差，这在5.8GHz设备对的接收信号的频谱中是可见的。为了例如通过感测呼吸来监测人类的存在，检测单元可以适于利用倾向于提供更高分辨率频谱的更高频率。而且当刚性物体跌落到地板时，它们将在用力撞击地板后短暂地振动。因此，检测单元还可以适于监测例如从仓库货架/叉车刚刚跌落的物体的振动，以评估该物体已经撞击地板的力度。

图2示意性和示例性地示出了用于检测对象的移动的方法。方法200包括第一步骤210：控制至少两个射频设备(例如图1中所示的射频设备120、130)，使得至少两个设备中的至少一个是发送设备，该发送设备发送具有发送信号频率的射频信号(例如射频信号121)；并且使得至少两个射频设备120、130中的至少一个是接收设备，该接收设备接收由对象的发送的射频信号的反射产生的射频信号(例如射频信号131)。在另外的步骤220中，该方法包括提供发送信号频率，射频信号已经以该发送信号频率被发送，例如供在下一个步骤230中使用。在步骤230中，例如根据上面解释的原理，通过基于接收的射频信号和提供的发送信号频率执行被动多普勒感测来检测对象的运动。

下面将解释一些一般原理。射频感测是一项越来越受关注的技术。基本思想是一个无线射频设备的系统交换其幅度受到监测的消息。幅度的任何变化都指示发射器射频设备和接收器射频设备附近的环境的变化。射频感测可以利用标准的无线射频设备。例如，ZigBee设备大多使用2.4GHz信号，尽管ZigBee标准也可以在868MHz下实现。许多现代WiFi设备现在使用2.4GHz和5GHz信号两者，并且几年后甚至将使用60GHz WiFi信号。

近年来，开发了所谓的被动多普勒感测。这项技术具有挑战性，因为人们需要在信号中识别来自移动物体的信号以及载波频率两者。然而，与标准射频检测相比，使用被动多普勒检测的优势在于可以获得的丰富的信息。

一般地，频率越高(即波长越短)，采用射频信号进行发送设备或接收设备的机械振动的感测系统就越容易受到影响。例如，来自例如作为网络设备的灯具的百叶窗的机械振动可以严重影响大众市场5.8GHz射频传感器的性能。因此，在利用射频感测时，存在仔细设计感测算法的需要，其中考虑到对振动的鲁棒性。此外，已知的是，传统的预防性维护解决了18％的机器问题，而82％的机器由于随机或未知因素而出故障。现有技术还教导说，82％的未知因素最好通过对机器的持续监测来识别，并利用预测性维护来解决。已知的是，很多时候，机器内的电机本身是当存在计划外停机风险时的早期指示器。已知的是，尤其是振动和温度传感器揭示了电机(例如用于传送带的电机)的状态。为了一天24小时跟踪电机运行，基于上述发明，建议采用利用如上所述的检测系统的振动感测来确定例如机器的平均总使用时间，这有助于理解预防性或定期维护的阈值。例如，利用所获得的数据，可以得出2500小时的使用的阈值仍然是可接受的，但是预防性维护应该安排在2000小时，以限制计划外停机的风险。特别地，如上所述的检测系统可以用于监测机器的振动，而不需要将振动传感器直接附接到机器。例如，通过仔细监测振动频率和模式，可以建立电机状态的基线，并且最终可以估计电机健康状态。例如，几个月来，电机的振动水平保持与预定基线一致，使得无需维护。然而，最终振动频率和/或振幅开始增加，例如，因为电机部件已经磨损变薄。基于与基线的差异，可以确定电机部件需要尽快更换。

在另一个应用中，检测系统可以用于自动照明控制。对自动照明控制的要求通常非常严格。当有人进入时打开灯应该是迅速的，但是当没有人在那里时打开灯(即误报)是非常不期望的。在一些应用中，灯的启动也具有安全元件，例如，在多过道仓库中，在两个小岛之间的交叉路口打开灯警告叉车正在接近交叉路口。此外，如果在大多数应用中将射频感测应用于照明控制，则感测性能取决于灯状态本身，例如，当灯关闭时，误报是非常不期望的，因为它导致系统非常明显的故障(即失灵)。上述发明允许通过提供用于控制照明系统的被动多普勒感测作为对射频感测的补充或替代来克服这些问题。

优选地，对于被动多普勒发送，两个不同的发送信号频率(例如2.4GHz WiFi和5GHz WiFi)被用于消除由于振动引起的错误触发，如上面详细描述的。特别地，在预期受到强烈振动影响的应用中——如，其中办公室暗灯槽安装在靠近HVAC管道的系统天花板中，或者仓库中的悬挂式灯具放置在重型机器附近——使用两个发送信号频率可以是有利的。此外，除了发送设备和/或接收设备本身的振动之外，感测系统的视野内的物体的振动也可以导致错误触发。这也可以通过利用两个不同的频率作为如上所述的发送信号频率来解决。

此外，为了允许减少振动的影响，如上所述的检测系统可以适于控制网络设备系统(例如照明系统)，并且可以适于应用被动多普勒感测，如果网络设备系统处于关闭状态，则该被动多普勒感测忽略窄频率激励。在这种情况下，检测单元可以适于例如通过使用I信道和Q信道对接收的信号进行滤波，并从负频率中减去正频率。优选地，在照明系统中，被动多普勒感测由检测单元在关灯状态下应用和/或仅在射频感测已经观察到触发(如人的存在)之后应用。在一个实施例中，两个不同的频率载波(即两个不同的发送信号频率)被用于被动多普勒感测，并且在两个信号之间进行比较，以识别在设备中或者在感测的视野中存在的振动。可以在频域中进行比较，并且可以减去所得的频谱。振动发生的频率不取决于载波频率，而多普勒效应取决于载波频率。因此，通过减去所得的频谱，可以从信号中去除振动，但保留真实的运动。附加地或替代地，通过比较两个信道中存在的能量，可以在时域中进行比较。只有在两个信道都足够高于预定阈值的情况下，才执行进一步的运动分析。

优选地，被动多普勒感测在设备的冷却阶段期间执行。在设备的冷却阶段期间，由于载波偏移，由设备发射的微波载波频率可以干扰附近的射频传感器。因此，虽然第一对光意味着具有不同的载波频率(即发送信号频率)，但是相邻的第二对光在射频范围内执行感测，由于第一对光的温度变化，第一对光的载波频率变化，并且可能变成与第二对光的载波频率相同的频率。因此，第一对光和第二对光的感测可以相互干扰。然而，这在当时只可以发生在一个信道(即发送信号频率)上。因此，基于多个不同的发送信号频率执行被动多普勒感测可以帮助识别和避免这个问题。该实施例也可以应用于设备的开启阶段。

在一个实施例中，优选的是，如果设备(例如，灯)的功能已经关闭了相当长的时间量(例如，超过30分钟)，则关闭射频信号的发送，以节省能量以及减少不想要的无线烟雾。

通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时可以理解和实现所公开实施例的其他变型。

在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。

单个单元或设备可以实现权利要求中列举的几个项目的功能。在相互不同的从属权利要求中引用某些措施的纯粹事实不指示这些措施的组合不能被有利地使用。

由一个或几个单元或设备执行的过程(如：至少两个设备的控制、发送射频信号的提供、和运动的检测，等等)可以由任何其他数量的单元或设备执行。这些过程可以实现为计算机程序的程序代码装置和/或实现为专用硬件。

计算机程序产品可以存储/分布在合适的介质上，例如光学存储介质或固态介质，与其他硬件一起提供或作为其他硬件的一部分提供；但是也可以以其他形式分布，例如经由互联网、或者其他有线或无线电信系统。

权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。

本发明涉及一种检测系统，用于通过利用适于发送和接收射频信号的至少两个设备来检测对象的运动。该系统包括：控制单元，用于控制所述至少两个设备，使得所述至少两个设备中的至少一个是发送具有发送信号频率的射频信号的发送设备，并且使得所述至少两个设备中的至少一个是接收射频信号的接收设备，所述射频信号指示对象的发送的射频信号的反射；信号频率提供单元，用于提供发送信号频率，射频信号已经以该发送信号频率被发送；以及检测单元，用于通过基于接收的射频信号和提供的发送信号频率执行被动多普勒感测来检测对象的运动。