专利名称：具有雷达检测的照明系统的制作方法
技术领域：
本发明的一个方面涉及一种包括雷达装置的照明系统。所述照明系统例如可以被用来以功率高效率的方式提供街道照明。本发明的其它方面涉及控制照明系统的方法，以及使得处理器能够执行这样的方法的计算机程序产品。
背景技术：
照明系统能够配备有能够检测移动对象的雷达装置。在移动对象已被检测到时照明被提供。例如，在GB 2 444 734号下公开的英国专利申请描述了一种为沿着道路经过的对象提供光照的街道照明系统。对象的存在由一个或多个传感器来检测，所述传感器可能是运动检测雷达的形式。雷达单元能够以以下方式来检测移动对象。雷达单元以给定频率辐射传输信号。足够接近于该雷达单元的对象引起传输信号的反射，该雷达单元能够接收所述反射。所述反射与具有与传输信号的频率相对应的频率的振荡信号相乘。因此，中频信号被获得。在引起反射的对象正相对于雷达单元移动的情况下，中频信号将包括交流电分量。前面是电容器的峰值检测器检测交流电分量。如果对象是不动的，则所述电容器拒绝将发生的直流电分量。因此，峰值检测器提供了移动对象是否在给定范围内的指示。
发明内容
存在对于允许基于雷达检测对照明进行更通用的控制的解决方案的需要。依照本发明的一个方面，照明系统包括:
-雷达装置，其被布置成发射信号并且检测所接收到的信号的频谱功率分布，所述所接收到的信号容许包括已被发射的所述信号的反射；以及
-控制装置，其被布置成根据已被检测到的所述频谱功率分布来控制照明。所接收到的信号的频谱功率分布除了提供移动对象是否存在的简单指示之外还提供有用信息。即，频谱功率分布可以提供速度信息并且可以进一步提供距离信息。此外，频谱功率分布可以提供关于在所述雷达装置的检测范围内的多个对象的这样的信息。考虑对象移动的速度的照明控制比仅检测对象的移动的照明控制是更通用的。这个更大的通用性允许更加功率高效率的照明，并且进一步允许有助于舒适和安全的照明。本发明的实施方案有利地包括以下附加的特征中的一个或多个，所述附加的特征在单独的段落中被描述。这些附加的特征每个都有助于实现照明的通用控制。所述控制装置被有利地布置成根据已被检测到的频谱功率分布来控制照明的以下属性中的至少一个:所述照明覆盖的面积、所述照明的强度以及所述照明的时间变化。所述雷达装置被有利地布置成在与被发射的信号与所接收到的信号之间的相应频率差相对应的相应频率范围内执行相应的水平检测。所述控制装置然后被有利地布置成根据所述相应频率范围内的所述相应的水平检测来控制照明。所述照明系统可以包括被安排用于照亮慢车道的至少一个灯，以及被安排用于照亮快车道的至少一个灯。所述控制装置然后被有利地布置成如果与低的频率差相对应的频率范围内的水平检测指示频谱功率分布超过该频率范围内的门限则激活被安排用于照亮慢车道的至少一个灯，并且布置成如果与高的频率差相对应的频率范围内的水平检测指示频谱功率分布超过该频率范围内的门限则激活被安排用于照亮快车道的至少一个灯。所述照明系统可以包括被安排用于照亮车道的相应部分的相应的灯。所述控制装置然后被有利地布置成激活许多连续的灯，由此，在其中水平检测指示频谱功率分布超过频率范围内的门限的该频率范围越高，被激活的连续的灯的数目越大。所述控制装置被有利地布置成根据在相应频率范围内的相应的水平检测来控制照明的时间变化。所述雷达装置被有利地布置成将相应的门限应用于相应频率范围内的相应的水平检测。所述雷达装置有利地包括射束成形装置以便将信号的功率集中在特定方向上。相应的门限然后依赖于所述特定方向而被有利地调节，在所述特定方向上信号的功率被集中。所述雷达装置有利地包括:傅里叶变换模块，其被布置成提供所接收到的信号的频域表示；以及检测模块，其被布置成从频域表示中检测所接收的信号的频谱功率分布。所述照明系统可以包括一组照明模块。所述雷达装置然后可以有利地包括与相应的照明模块关联的相应的雷达模块，由此雷达模块被布置成单独地发射信号并且单独地检测接收信号的频谱功率分布，所述接收信号容许包括已被发射的信号的反射。所述控制装置可以有利地包括与相应的照明模块关联的相应的控制模块。控制模块被布置成控制所述控制模块与其关联的照明模块和至少一个其它的照明模块。所述雷达装置被有利地布置以便被发射的信号至少暂时是经频率调制的载波。所述雷达装置被有利地布置成将相应的门限应用于相应频率范围内的相应的水平检测，由此所述门限随着相应频率范围与被发射的信号与所接收到的信号之间的更大的频率差相对应而增加。所述控制装置有利地包括控制超越模块，通过所述控制超越模块，用户能够独立于所接收的信号的已被检测到的频谱功率分布来控制照明。出于本发明以及附加特征的说明的目的，参考图提供了特定实施例的具体描述。
图1是图示包括多个雷达单元的街道照明系统的示意图。图2是图示雷达单元的框图。图3是图示雷达单元中的中频信号的频域表示的信号图。图4是图示能够检测中频信号的频谱功率分布的检测模块的框图。图5是图示检测中频信号的频谱功率分布的例子的信号图。
具体实施例方式图1形象地图示了街道照明系统SLS。该街道照明系统SLS包括相应的灯杆LP1-LP4，其配备有相应的雷达单元RU1-RU4。灯杆典型地包括被收容在发光体单元中的一个或多个灯。雷达单元被优选地集成在灯杆的发光体单元中，其中雷达单元相对地免于攻击，特别是故意破坏。街道照明系统SLS进一步包括系统控制器SCT和电源EPS，其共同地耦合到分离器-组合器SC。电源分配电缆CB将相应灯杆LP1-LP4耦合到分离器-组合器SC，所述相应灯杆具有它们的相应的雷达单元RU1-RU4。街道照明系统SLS沿着道路被安排，所述道路包括两个车道:快车道FTL和慢车道STL0快车道FTL主要意在供机动车辆使用。图1描绘了以给定速度Smv在快车道FTL上驾驶的机动车辆MV。慢车道STL主要意在供行人和非机动车辆(诸如，例如自行车)使用。图1描绘了以给定速度Spd在慢车道STL上行走的行人H)。灯杆LP1、LP2主要被安排用于照亮快车道FTL。灯杆LP3、LP4主要被安排用于照亮慢车道STL。街道照明系统SLS基本上操作如下。与灯杆关联的雷达单元根据对移动对象的检测来控制灯杆。例如，雷达单元RUl可以在这个雷达单元检测到机动车辆MV的情况下接通灯杆LPl，所述机动车辆MV以速度Smv驾驶。雷达单元RUl可以进一步通过直接地或间接地经由系统控制器SCT向这个灯杆传送命令来接通灯杆LP2。雷达单元RU3可以在这个雷达单元检测到以速度Spd行走的行人H)的情况下接通灯杆LP3。系统控制器SCT能够传送数据DT并且接收数据DT，其在下文中将分别被称为下行链路数据和上行链路数据。分离器-组合器SC按原样将来自系统控制器SCT的下行链路数据叠加在电源EPS提供的电力信号PW上。因此，下行链路数据能够经由电源分配电缆CB到达相应的雷达单元RU1-RU4。相反地，雷达单元通过将这个数据叠加在电力信号PW上来传送上行链路数据。上行链路数据经由电源分配电缆CB到达分离器-组合器SC。该分离器-组合器SC提取上行链路数据以便系统控制器SCT接收这个数据。图2示意性地图示了雷达单元RU,其能够被认为是在图1中图示的相应雷达单元RU1-RU4的表示。雷达单元RU因此能够与灯杆LP1-LP4中的任一个关联。雷达单元RU包括以下基本模块:载波发生器CWG、发射放大器TX、天线模块AM、接收放大器RX、混频器MIX、接收滤波器FIL、模拟至数字转换器ADC、可编程处理器PPR以及通信接口 CIF。通信接口CIF可以经由分离器-组合器被耦合到图1中图示的电源分配电缆CB，所述分离器-组合器能够从电源信号中分离数据以及将数据叠加在电源信号上。更详细地，载波发生器CWG可以包括例如锁相环，其接收基准频率。所述基准频率可以在雷达单元本身中生成，或者可以经由例如电源分配电缆CB而被应用到雷达单元RU。天线模块AM可以包括单个天线或单组天线，其被用于传输和接收。替换地，天线模块AM可以包括一对天线或一对成组的天线，一个被用于传输，另一个被用于接收。发射放大器TX可以包括射束成形装置，其可以辅以射束转向装置。在这种情况下，发射放大器TX典型地将包括一堆移相器或一堆延迟线或两者。发射放大器TX可以进一步包括与这堆移相器或这堆延迟线耦合的一堆放大器，这两个中的无论哪一个都存在于射束成形装置中。应当指出，接收放大器RX同样可以包括射束成形加转向装置。可编程处理器PPR包括傅里叶变换模块FFT1、检测模块DETl以及控制模块CTM。可选地，可编程处理器PPR可以进一步包括附加的傅里叶变换模块FFT2和附加的检测模块DET2，其借助于虚线来图示。前述模块都可以是例如指令的集合的形式，所述指令的集合已被加载到可编程处理器PPR的程序存储器中。在这样的基于软件的实施方案中，指令的集合定义了相关模块执行的操作，其将在下文中被描述。
控制模块CTM被通信地耦合到灯杆，所述灯杆与雷达单元RU关联。为此目的，该雷达单元可以包括控制接口，出于简单性的原因在图2中未表示所述控制接口。控制模块CTM经由通信接口 CIF而被进一步通信地耦合到其它灯杆。雷达单元RU基本上操作如下。载波发生器CWG提供载波信号CW。载波信号CW可以具有固定频率或被调制的频率。在载波信号CW具有频率调制的情况下，所述频率调制例如可以是三角或锯齿状。可编程处理器PPR可以控制载波信号CW的频率和频率调制，若有的话。这个频率控制优选地是这样的，即载波信号CW的频率不同于邻近雷达单元中的其它载波信号的频率。这防止能够引起错误检测的干扰。可编程处理器PPR可以进一步控制载波发生器CWG，以便载波信号CW替换地具有固定频率和经调制的频率。发射放大器TX放大载波信号CW，所述载波信号CW借助于天线模块AM被发射。因此，基本雷达单元RU辐射出为载波信号CW的放大版本的传输信号。在发射放大器TX包括射束成形装置的情况下，传输信号能够在特定方向上被发射。在这个射束成形装置被辅以射束转向装置的情况下，这个特定方向能够依赖于射束控制信号BC被调整，可编程处理器PPR可以像图2中图示的那样提供射束控制信号BC。在对象足够接近于雷达单元RU的情况下，天线模块AM接收传输信号的足够强的反射。接收放大器RX提供接收信号RF，其包括这个反射，或更确切地说为其放大版本。混频器MIX有效地将接收信号RF乘以载波信号CW。因此，混频器MIX提供中频信号IF，其是接收信号RF的频移版本。具有给定频率通带的接收滤波器FIL对中频信号IF进行滤波。接收滤波器FIL提供经滤波的中频信号IFF，其包括中频信号IF的落入给定频率通带内的频谱分量。在频率通带外的频谱分量相对大程度地被衰减。接收滤波器FIL优选地有助于防止混叠，所述混叠是模拟至数字转换器ADC中的采样操作固有的。此外，接收滤波器FIL可以基于模拟至数字转换器ADC的动态范围属性来提供所谓的预加重。模拟至数字转换器ADC提供经滤波的中频信号IFF的数字表示IFD。在下文中这个数字表示将被称为数字中频信号IFD。该数字中频信号IFD是样本流。傅里叶变换模块FFTl提供数字中频信号IFD的频域表示IFSl。在下文中这个频域表示将被称为中频频谱表示IFSl。更具体地，傅里叶变换模块FFTl将数字中频信号IFD中的相应的连续的一系列样本转换成相应的连续的瞬时中频频谱表示。也就是说，覆盖特定时间间隔的一系列样本转化为适用于这个特定时间间隔的瞬时频谱表示。覆盖后续时间间隔的后续的一系列样本转化为适用于这个后续时间间隔的后续的瞬时频谱，依此类推。附加的傅里叶变换模块FFT2以类似的方式操作。该附加的傅里叶变换模块提供附加的中频频谱表示IFS2。图3图示了中频频谱表示IFSl的例子。更准确地说，图3图示了瞬时中频频谱表示的例子。图3是具有表示频率F的水平轴和表示幅度的垂直轴的图形。在这个例子中，中频频谱表示IFSl包括16个样本，其被表示为相对胖的黑点并且在水平轴下面被编号为
1、2、...16ο样本表示中频频谱表示IFSl的特定部分。也就是说,样本表示中频频谱表示IFSl中的特定频率间隔。样本具有特定幅度，所述幅度借助于与垂直轴平行并且在表示样本的点与水平轴之间延伸的相对细的线来图示。样本的幅度与该样本表示的频率间隔中的频谱功率相对应。
应当指出，中频频谱表示IFSl典型地从零(直流电)延伸直到最大频率。最大频率典型地取决于取样频率，即，经历傅里叶式变换以便获得中频频谱表示IFSl的样本以其发生的频率。在任何情况下，考虑到模拟至数字转换器ADC中的采样操作以给定的采样频率被执行，中频频谱表示IFSl的最大频率典型地将不超过这个采样频率的一半。此外，对于延伸到接收滤波器FIL的通带之外的、中频频谱表示IFSl的最大频率是不需要的。中频频谱表示IFSl提供了关于对象的存在的信息，并且此外提供了与这些对象有关的速度信息。这适用于载波信号CW具有固定频率(不存在频率调制)的情况。在载波信号CW被频率调制的情况下，中频频谱表示IFSl进一步提供与被检测的对象有关的距离信息。速度信息然后同样可以从中频频谱表示IFSl导出。更详细地，假定载波信号CW具有固定频率。在存在由于移动对象而导致的反射的情况下，所述反射将具有相对于载波信号CW的频率被移位的频率。也就是说，在载波信号Cff与接收信号RF之间将存在频率差，所述接收信号RF包括所述反射。这个被称为多普勒效应。因此，中频频谱表示IFSl将在等于前述频率差的频率处包括相对大幅度的分量。对象相对于雷达单元RU的速度越大，在中频频谱表示IFSl中这个分量将发生在其上的频率越高。速度因此有效地转化为频率。在对象是不动的情况下，这意指“零”速度，分量将在中频频谱表示IFSl中发生在“零”频率处。这是因为中频信号IF将包括显著的直流电分量。 例如，在这个段落中呈现的表图示了对象相对于雷达单元RU的速度与在中频频谱表示IFSl中相对大幅度的分量将发生在其上的频率之间的关系。这个关系针对载波信号CW的两个不同频率被呈现。
权利要求
1.一种照明系统(SLS),其包括: 雷达装置(RU)，其被布置成发射信号(CW)并且检测接收信号(RF)的频谱功率分布，所述接收信号容许包括已被发射的所述信号的反射；以及 控制装置(SCT，CTM)，其被布置成根据已被检测到的所述频谱功率分布来控制照明。
2.根据权利要求1所述的照明系统，其中，所述控制装置(SCT，CTM)被布置成根据已被检测到的所述频谱功率分布来控制所述照明的以下属性中的至少一个:所述照明覆盖的面积、所述照明的强度以及所述照明的时间变化。
3.根据权利要求1所述的照明系统，其中 所述雷达装置(RU)被布置成在相应频率范围(FRl，…，FRN)内执行相应的水平检测(LDI,…，LDN)，所述相应频率范围与被发射的所述信号(CW)与所接收到的信号(RF)之间的相应的频率差相对应；以及 所述控制装置(SCT，CTM)被布置成根据所述相应频率范围(FR1，…，FRN)内的所述相应的水平检测(LD1，…，LDN)来控制所述照明。
4.根据权利要求3所述的照明系统，包括: 被安排用于照亮慢车道(STL)的至少一个灯(LP3)，以及被安排用于照亮快车道(FTL)的至少一个灯(LPl);并且其中 所述控制装置(SCT，CT M)被布置成如果与低的频率差相对应的频率范围内的水平检测指示所述频谱功率分布超过该频率范围内的门限则激活被安排用于照亮所述慢车道的至少一个灯，并且布置成在与高的频率差相对应的频率范围内的水平检测指示所述频谱功率分布超过该频率范围内的门限的情况下激活被安排用于照亮所述快车道的至少一个灯。
5.根据权利要求3所述的照明系统，包括: 被安排用于照亮车道(FTL)的相应部分的相应灯(LP1，LP2);并且其中 所述控制装置(SCT，CTM)被布置成激活许多连续的灯(LP1，LP2)，由此其中水平检测指示所述频谱功率分布超过频率范围内的门限的该频率范围越高，被激活的连续的灯的数目越大。
6.根据权利要求3所述的照明系统，其中: 所述控制装置(SCT，CTM)被布置成根据在所述相应频率范围(FR1，…，FRN)内的所述相应的水平检测(LD1，…，LDN)来控制所述照明的时间变化。
7.根据权利要求3所述的照明系统，其中，所述雷达装置(RU)被布置成将相应的门限(TH1,…，THN)应用于在相应频率范围(FR1，…，FRN)内的相应的水平检测(LDl，…，LDN)。
8.根据权利要求7所述的照明系统，其中，所述雷达装置(RU)包括射束成形装置以便将所述信号(CW)的功率集中在特定方向上，所述雷达装置被布置成依赖于所述信号的功率被集中在其上的所述特定方向来调整所述相应的门限(TH1，…，ΤΗΝ)。
9.根据权利要求1所述的照明系统，其中，所述雷达装置(RU)包括被布置成提供所述接收到的信号(RF)的频域表示(IFSl)的傅里叶变换模块(FFTl)，以及被布置成从所述频域表示中检测所述接收到的信号的频谱功率分布的检测模块(DETl)。
10.根据权利要求1所述的照明系统，包括: 一组照明模块(LP1-LP4);并且其中所述雷达装置(RU)包括与相应的照明模块关联的相应的雷达模块(RU1-RU4)，雷达模块被布置成单独地发射信号(CW)并且单独地检测接收信号(RF)的频谱功率分布，所述接收信号容许包括已被发射的所述信号的反射；并且 所述控制装置(SCT，CTM)包括与相应的照明模块关联的相应的控制模块，控制模块(CTM)被布置成控制所述控制模块与其关联的所述照明模块和至少一个其它的照明模块。
11.根据权利要求1所述的照明系统，其中，所述雷达装置(RU)被布置以便被发射的所述信号(CW)至少暂时地是经频率调制的载波。
12.根据权利要求3所述的照明系统，其中: 所述雷达装置(RU)被布置以便被发射的所述信号(CW)至少暂时地是经频率调制的载波；并且 所述雷达装置(RU)被布置成将相应的门限(TH1，…，THN)应用于在相应的频率范围(FRl,…，FRN)内的相应的水平检测(LDl，…，LDN)，由此所述门限随着所述相应的频率范围(FR1，…，FRN)与被发射的所述信号与所述接收到的信号之间的更大的频率差相对应而增加。
13.根据权利要求1所述的照明系统，其中，所述控制装置(SCT，CTM)包括控制超越模块，通过所述控制超越模块，用户能够独立于所述接收到的信号(RF)的已被检测到的频谱功率分布来控制所述照明。
14.一种控制照明系统的方法，所述照明系统包括: 雷达装置(RU)，其被布置成发射信号(CW)并且检测接收信号(RF)的频谱功率分布，所述接收信号容许 包括已被发射的所述信号的反射， 所述方法包括: 控制步骤，其中照明根据已被检测到的所述频谱功率分布被控制。
15.一种计算机程序产品，其包括使得处理器能够执行根据权利要求14所述的方法的指令的集合，所述处理器能够执行所述指令的集合。
全文摘要
在一种照明系统(SLS)中，雷达装置(RU1)发射信号(CW)。所述雷达装置(RU)检测接收的信号(RF)的频谱功率分布，所述接收的信号容许包括已被发射的所述信号的反射。照明根据已被检测到的所述频谱功率分布被控制。
文档编号H05B37/02GK103181242SQ201180052845
公开日2013年6月26日 申请日期2011年10月25日 优先权日2010年11月2日
发明者P.T.M.范泽伊尔, H.T.范德赞登 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司