利用由行動電話站發射的信號進行被動移動目標探測的系統和方法
2023-04-23 18:13:56 1
專利名稱：利用由行動電話站發射的信號進行被動移動目標探測的系統和方法
技術領域：
本發明涉及一種目標探測系統和方法，特別是用於探測移動目標。
背景技術：
在許多情況下，期望探測移動目標並提供那些目標的位置和/或速度信息，以便例如探測飛行器、監視交通流、或探測車輛超速。主動雷達系統常常用於實現這些目標，但這要求射頻(RF)發射。利用RF發射有一些缺點。該發射可以由簡單的接收器探測到，從而暴露檢測器的存在(如，由超速司機使用的車載雷達探測器)。此外，對射頻發射還有許多法律限制，該限制在不同的國家可能不同，因此，適合在一個國家使用的系統在另一個國家可能就是非法的。
有人建議使用電視發射器的被動系統，但這也有某些缺點。儘管它們採用大功率發射器，但被探測的目標通常離得較遠，接收到的信號功率會很弱。
發明內容
根據本發明，一個被動目標探測系統包括第一和第二天線，以及處理裝置，其中，第一天線用於接收由行動電話基站發射的信號，第二天線用於接收由行動電話基站發射的經目標反射後的信號，而處理裝置比較從行動電話基站接收的信號和從目標反射的信號，並從中導出目標位置或速度信息。
根據本發明的第二方面，探測目標的一種被動方法包括接收由一個行動電話基站發射的第一信號；接收一個第二信號，該第二信號包含由所述行動電話基站發射的經目標反射後的第一信號；以及比較該第一和第二信號，以導出該目標的位置或移動速度的相關數據。
本發明包含一種被動電子系統，其利用從行動電話基站發射的射頻信號，特別是從諸如車輛、人和動物等目標反射的射頻波，以探測這些目標的位置和移動速度。其不需要系統發射信號，並且該系統可以從一個地方搬到另一個地方，以及與附近現有的行動電話基站結合使用。這對於警察執行速度限制特別有利，因為車輛無法探測到傳感器的存在。而行動電話基站在城鎮和主要道路上的增長在所要求的地區形成良好的覆蓋。
下面將參考附圖描述根據本發明的被動目標探測系統和方法的一個實例。
圖1是現有技術的平面圖；圖2是根據本發明的被動目標探測系統的一個例子的示意圖；圖3是說明圖2所示系統的操作的平面圖；圖4更詳細地示出圖2所示系統的一個檢測器；圖5示出圖2所示的傳感器的一種可選安排；和圖6示出圖2所示系統中使用的一種算法的流程圖。
具體實施例方式
圖1示出探測目標的現有技術系統如何操作的平面圖，在本例中是採用電視發射器。電視發射器20發射一個信號，該信號經過距離R1，並被目標21反射。被反射的信號經過距離R2，被接收器22接收。接PR=PTG1G2(4)3R12R222]]>收器22接收的反射信號的功率PR可以從以下公式計算其中，PT是發射的功率，G1是第一天線的增益，G2是第二天線的增益，σ是感興趣的目標的雷達橫截面，λ是發射的信號波長，R1是發射器與目標間的距離，R2是接收器與目標間的距離。
在使用電視發射器的現有技術系統中，當目標移動離開發射器時，距離R1和R2以相似的速率增加，因此，可以假設接收到的功率PR正比於1/R4，即，隨著目標離開，接收到的功率會快速顯著降低。
圖2示出根據本發明的被動目標探測系統1如何與由行動電話基站2發射的無線電波和由目標3反射的無線電波結合使用。本例中，所述目標是一輛車，但其它目標同樣也可以被檢測。該目標可以是移動的，也可以是靜止的。該系統包含一個第一天線4，其直接指向基站2，並探測經過最短路徑的無線電波5。第二天線6指向感興趣的目標的方向，探測從目標3反射的無線電波7。天線的類型可以是任意合適的，如八木天線或相控陣天線。處理器8分析第一和第二天線4和6接收的信號，比較該兩個接收到的信號的相位和頻率。這在圖4中更詳細說明。該處理器還測量兩個接收到的信號之間的時間延遲。然後可以顯示或存儲該兩個信號。
顯示設備9接收處理器的輸出，並顯示關於兩個信號之間的頻率差和時間延遲的導出信息。如果目標是移動的，則該顯示器可以將所述信息轉換為目標的距離和速度。還可以提供一個記錄機構。這樣的系統在監視交通流中會特別有用。
本發明的優點可以從圖3看出，圖3為該系統操作中的平面圖。如現有技術中一樣，有一個接收器22，但本發明不是依賴於一個發射器，而是利用大量的行動電話發射器天線23。這樣做的效果是不會由於目標移出發射器的範圍而增加距離R1，當目標移出一個發射器的範圍時，會進入另一個發射器的範圍，從而當R2變化時，R1保持基本恆定。據此，PR可以被認為正比於1/R2，從而顯著增加接收到的功率。通過採用遠離接收器的發射器，設備的範圍將大於現有技術系統，因為目標總是接近發射器，而不管行動電話發射器在高於還是低於電視發射器的頻率運行。
圖4更詳細示出信號處理。由每個天線4、6接收到的信號在相應的前置放大器10、11中放大，然後通過模數轉換器(ADC)12、13轉換為數位訊號。實踐中，在被ADC採樣前，如圖3所示，接收到的信號可能被混合為較低頻率。
ADC 12、13的輸出信號送到處理器8，該處理器8可以是數位訊號處理器或算法的硬體實現，如FPGA、EPLD、ASIC等。該處理器被設置為運行如圖6中的流程圖所示的算法。該算法具有兩個獨立的功能。首先，該算法將確定所述兩個信號之間的延時差，第二，其將確定由於目標的移動產生的任何都卜勒變化。
為了確定延時，該算法對來自第一天線的信號與來自第二天線的信號執行互相關。然後利用都卜勒效應確定目標的速度。為此，連續互相關的結果被存儲，在所關心的延遲(或多個延遲)，來自天線1和天線2的信號之間的相對相位變化通過DFT(離散傅立葉變換)或FFT(快速傅立葉變換)或類似算法計算。所述「關心的延遲」可以包含由互相關計算的所有可能延遲。
權利要求
1.一種被動目標探測系統，該系統包括第一和第二天線，以及處理裝置，其中所述第一天線用於接收行動電話基站發射的信號，第二天線用於接收行動電話基站發射的被一個目標反射後的信號，所述處理裝置比較從行動電話基站接收的信號與所述從目標反射的信號，並從中導出關於目標的速度或位置的信息。
2.根據權利要求1所述的系統，其中所述目標是移動目標。
3.根據權利要求1或2所述的系統，其中導出目標的精確速度。
4.一種探測目標的被動方法，該方法包括接收由行動電話基站發射的第一信號；接收第二信號，該第二信號包含從行動電話基站發射的經一個目標反射後的第一信號；以及比較所述第一和第二信號，以導出關於所述目標的位置或移動速度的數據。
5.根據權利要求4所述的方法，該方法進一步包括通過對從第一天線接收的信號和從第二天線接收的信號執行互相關，確定接收第一和第二信號之間的延時；利用都卜勒效應確定目標的速度；存儲連續互相關的結果；在所關心的延時計算從第一天線和第二天線接收的信號之間的相對相位變化。
6.根據權利要求5所述的方法，其中所述相對相位的變化是利用離散傅立葉變換、快速傅立葉變換、或類似算法計算的。
全文摘要
一種被動目標探測系統(1)包括第一和第二天線(4，6)和一個處理器(8)。第一天線(4)用於接收由行動電話基站發射的信號；第二天線(6)用於接收經過目標(3)反射後的由由行動電話基站發射的信號(2)，而處理器比較從行動電話基站接收的信號和從目標反射的信號，並從中導出關於目標的速度和位置信息。
文檔編號H04Q7/34GK1537237SQ02815090
公開日2004年10月13日 申請日期2002年7月25日 優先權日2001年8月1日
發明者P·G·羅伊德, G·L·哈裡斯, B·P·斯託塔德, P G 羅伊德, 哈裡斯, 斯託塔德 申請人:羅克馬諾爾研究有限公司