生物探测方法及生物探测雷达与流程

本发明是关于一种探测方法，特别是关于一种生物探测方法。

背景技术：

小型囓齿动物常藏躲于货物中并随着货物的运送而传播疾病或对货物造成污染，如何在货运中侦测是否藏有小型动物已经成为疾病防治不可忽视的重点之一。其中，由于囓齿动物所发出的声音频率介于20至110khz之间，因此，先前技术会使用超声波微麦克风进行声音侦测，或是使用热影像仪侦测进行热影像侦测，以感测货运中是否躲藏有囓齿动物。但无论是以超声波微麦克风或是以热影像仪进行侦测，皆会受到货柜或是货品的阻挡，使其侦测范围受到影响而受限。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于借由无线射频信号对区域进行感测，而可测得该区域中是否有生物，由于无线射频信号具有穿越非金属制品的特性，而可具有较大的侦测范围。

本发明的一种生物探测方法包含：信号收发单元发射发射信号至区域，并接收该区域反射的反射信号为侦测信号，解调单元耦接该信号收发单元以接收该侦测信号，该解调单元用以对该侦测信号解调而输出解调信号，计算单元耦接该解调单元以接收该解调信号，且该计算单元计算该解调信号的方均根值(rootmeansquarevalue)，判断单元耦接该计算单元以接收该解调信号的该方均根值，且该判断单元根据该方均根值及方均根门槛值判断该区域是否有生物存在。

前述的生物探测方法，其中该判断单元用以比较该解调信号的该方均根值及该方均根门槛值的大小，若该方均根值大于该方均根门槛值，则该判断单元判断该区域存在该生物。

前述的生物探测方法，其中该信号收发单元具有自我注入锁定振荡器及天线装置，该自我注入锁定振荡器用以产生振荡信号，该天线装置接收该振荡信号，且该天线装置用以将该振荡信号发射为该发射信号至该区域，该天线装置将该反射信号接收为该侦测信号，该侦测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(self-injectionlockedstate)。

前述的生物探测方法，其中该天线装置具有多个收发天线及开关装置，该开关装置耦接该自我注入锁定振荡器，所述收发天线电性连接该开关装置，其中该开关装置用以切换其中的该收发天线耦接至该自我注入锁定振荡器。

前述的生物探测方法，其中该信号收发单元具有低噪音放大器及混合耦合器，该低噪音放大器电性连接该自我注入锁定振荡器的输出端，以放大该振荡信号，该混合耦合器电性连接该低噪音放大器、该自我注入锁定振荡器的注入端及该计算单元，该混合耦合器将该振荡信号耦合至该天线装置及该计算单元，且该混合耦合器将该侦测信号耦合至该自我注入锁定振荡器的该注入端。

前述的生物探测方法，其中频谱分析单元对该解调信号进行频谱分析而输出频谱信号，该计算单元接收该频谱信号并计算该频谱信号在频率范围中的最大强度值(db)及平均强度值(db)，且该计算单元计算该最大强度值(db)及该平均强度值(db)之间的强度差异值(db)。

前述的生物探测方法，其中该判断单元耦接该计算单元以接收该强度差异值(db)，且该判断单元根据该强度差异值(db)及强度门槛值(db)判断该区域是否有移动生物。

前述的生物探测方法，其中该判断单元用以比较该强度差异值(db)及该强度门槛值(db)的大小，若该强度差异值(db)大于该强度门槛值(db)，则该判断单元判断该区域中有该移动生物。

本发明的一种生物探测雷达包含信号收发单元、解调单元及信号处理器，该信号收发单元具有自我注入锁定振荡器及天线装置，该天线装置耦接该自我注入锁定振荡器以接收振荡信号，该天线装置用以将该振荡信号发射为发射信号至区域，且该天线装置接收由该区域反射的反射信号为侦测信号，该侦测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，该解调单元电性连接该信号收发单元以接收该振荡信号，该解调单元用以将该振荡信号解调为解调信号，该信号处理器电性连接该解调单元以接收解调信号，该信号处理器具有计算单元及判断单元，该判断单元电性连接该计算单元，该计算单元用以计算该解调信号的方均根值，该判断单元耦接该计算单元以接收该方均根值，且该判断单元用以根据该方均根值及方均根门槛值判断该区域是否有生物存在。

前述的生物探测雷达，其中该信号处理器具有频谱分析单元，该频谱分析单元对该解调信号进行频谱分析而输出频谱信号，该计算单元接收该频谱信号并计算该频谱信号在频率范围中的最大强度值(db)及平均强度值(db)，且该计算单元计算该最大强度值(db)及该平均强度值(db)之间的强度差异值(db)，该判断单元耦接该计算单元以接收该强度差异值(db)，且该判断单元根据该强度差异值(db)及强度门槛值(db)判断该区域是否有移动生物。

借由上述技术方案，本发明生物探测方法及生物探测雷达可达到相当的技术进步性及实用性，并具有产业上的广泛利用价值，其至少具有下列优点：

本发明借由该计算单元计算该解调信号的该方均根值，该判断单元即可借由该方均根值及该方均根门槛值判断该区域中是否有生物存在，由于是以无线信号进行侦测，可让生物探测不受到货物阻挡的限制，且由于计算过程并不复杂，而具有快速生物探测的功效。

附图说明

图1：依据本发明的一实施例，一种生物探测方法的流程图。

图2：依据本发明的一实施例，一生物探测雷达的功能方框图。

图3：依据本发明的二实施例，信号收发单元及解调单元的电路图。

图4：依据本发明的二实施例，信号处理器的功能方框图。

【主要元件符号说明】

10：生物探测方法11：发射及接收信号

12：解调信号13：计算解调信号的方均根值

14：判断是否有生物存在15：对解调信号进行频谱分析

16：计算频谱信号的强度差异17：判断是否有移动生物

100：生物探测雷达110：信号收发单元

111：自我注入锁定振荡器111a：输出端

111b：注入端112：低噪音放大器

113：混合耦合器114：天线装置

114a：收发天线114b：开关装置

120：解调单元121：功率分配器

122：延迟单元123：第一混波器

124：第二混波器130：信号处理器

131：计算单元132：判断单元

133：频谱分析单元134：反正切解调单元

135：直流偏移消除单元a：区域

st：发射信号sr：反射信号

sd：侦测信号so：振荡信号

sb：解调信号sf：频谱信号

sm1：第一混波信号sm2：第二混波信号

具体实施方式

请参阅图1及图2，其为本发明的第一实施例，一种生物探测雷达100的生物探测方法10的流程图，该生物探测雷达100可为连续波或脉冲波的都普勒雷达，请参阅图2，该生物探测方法10包含：发射及接收信号11、解调信号12、计算解调信号的方均根值13、判断是否有生物存在14、对解调信号进行频谱分析15、计算频谱信号的强度差异16及判断是否有移动生物17。

请参阅图1及图2，在「发射及接收信号11」中，该生物探测雷达100的信号收发单元110发射发射信号st至区域a，图中该区域a为木箱，但该区域a亦可为非金属外壳的容器或是开放空间，本发明不在此限。该发射信号st发射至该区域a后，该区域a反射反射信号sr，该信号收发单元110接收该区域a反射的该反射信号sr为侦测信号。

请参阅图1及图2，在「解调信号12」中，解调单元120耦接该信号收发单元110以接收该侦测信号，该解调单元120用以对该侦测信号解调而输出解调信号sb。

接着，在「计算解调信号的方均根值13」中，该生物探测雷达100的信号处理器130接收该解调单元120的该解调信号sb，在本实施例中，该信号处理器130具有计算单元131及判断单元132，该计算单元131电性连接该解调单元120以接收该解调信号sb，且该计算单元131计算该解调信号sb的方均根值(rootmeansquarevalue)。

最后，在「判断是否有生物存在14」中，该信号处理器130的该判断单元132电性连接该计算单元131，以由该计算单元131接收该解调信号sb的该方均根值，且该判断单元132根据该方均根值及方均根门槛值判断该区域a是否有生物存在。

其中，若区域a中有生物存在，生物与该信号收发单元110之间的相对动作会对该信号收发单元110发出的该发射信号st产生都普勒效应(dopplereffect)，且就算生物是静止状态，生物的细微振动如生理征象亦会对该发射信号st产生都普勒效应，这样的效应会让反射的该反射信号sr及该侦测信号中含有生物的位移的相位位移量。因此，若该区域a中有生物存在，该解调单元120解调该侦测信号而得的该解调信号sb中会有着明显的振幅变化，令该解调信号sb的该方均根值上升。因此，在本实施例中，该判断单元132比较该解调信号sb的该方均根值及该方均根门槛值的大小，若该方均根值大于该方均根门槛值，则可判断该区域a存在生物。

请参阅图1，较佳的，在本实施例中，该生物探测方法10除了可用以侦测该区域a中是否有生物存在外，还可借由步骤15、16及17侦测该区域a中是否有移动生物，但在其他实施例中，亦可仅以步骤11、12、13及14侦测是否有生物存在。请参阅图1及图2，在「对解调信号进行频谱分析15」中，该生物探测雷达100的频谱分析单元133对该解调信号sb进行频谱分析而输出频谱信号sf，而若该解调信号sb中含有生物的动作或是生理征象造成的相位位移量，该频谱信号sf中该生物的位移量对应的频率成份也会有明显的强度，而可借此侦测是否有移动生物。

请参阅图1及图2，在「计算频谱信号的强度差异16」中，该计算单元131接收该频谱信号sf，由于生物的移动于该频谱信号sf中对应的频率通常较低，因此，该计算单元131计算该频谱信号sf在频率范围中的最大强度值(db)及平均强度值(db)，在本实施例中，该频率范围介于0hz至100hz之间，该计算单元131将该频谱信号sf的该最大强度值(db)减去该平均强度值(db)，而求得该最大强度值(db)与该平均强度值(db)之间的强度差异值(db)。

最后，在「判断是否有移动生物17」中，该判断单元132耦接该计算单元131以接收该强度差异值(db)，且该判断单元132根据该强度差异值(db)及强度门槛值(db)判断该区域a是否有移动生物，由于该生物有移动时，该频谱信号sf的该最大强度值(db)将会大于该平均强度值(db)许多，因此，在此步骤中，该判断单元132比较该强度差异值(db)及该强度门槛值(db)的大小，若该强度差异值(db)大于该强度门槛值(db)，则该判断单元132即可判断该区域a中有移动物体，此外，若该区域a中有移动生物，也意味着该区域a中有生物存在，因此，步骤17也可同时判断该区域a中是否有生物存在。

请参阅图3，其为本发明的第二实施例，在本实施例中，该生物探测雷达100为自我注入锁定雷达，其中，该信号收发单元110具有自我注入锁定振荡器111、低噪音放大器112、混合耦合器113及天线装置114，该低噪音放大器112电性连接该自我注入锁定振荡器111，该混合耦合器113电性连接该低噪音放大器112及该自我注入锁定振荡器111，该天线装置114及该解调单元120电性连接该混合耦合器113。其中，该自我注入锁定振荡器111具有输出端111a及注入端111b，该自我注入锁定振荡器111产生振荡信号so，该振荡信号so由该输出端111a输出，该低噪音放大器112接收并放大该振荡信号so，而放大的该振荡信号so传送至该混合耦合器113，该混合耦合器113将放大的该振荡信号so耦合至该天线装置114及该解调单元120。

请参阅图3，该天线装置114具有多个收发天线114a及开关装置114b，该开关装置114b电性连接该混合耦合器113而经由该混合耦合器113及该低噪音放大器112耦接至该自我注入锁定振荡器111，该开关装置114b由该混合耦合器113接收放大的该振荡信号so，所述收发天线114a电性连接该开关装置114b，其中，该开关装置114b用以切换其中的该收发天线114a电性连接至该混合耦合器113。

借此，其中的该收发天线114a借由该开关装置114b耦接至该混合耦合器113，而可接收到放大的该振荡信号so，且该收发天线114a将放大的该振荡信号so发射为该发射信号st至该区域a，在本实施例中，该天线装置114具有三个该收发天线114a，而可通过该开关装置114b的切换，令三个该收发天线114a发射三个该发射信号st至三个不同的该区域a，以扩大该生物探测雷达100的侦测区域，在其他实施例中，该天线装置114亦可具有较多或较少的所述收发天线114a，本发明不在此限。

该发射信号st发射至该区域a后，该区域a反射该反射信号sr，该收发天线114a将该反射信号sr接收为该侦测信号sd，该侦测信号sd并借由该开关装置114b传送至该混合耦合器113，该混合耦合器113将该侦测信号sd耦合至该自我注入锁定振荡器111的该注入端111b，该侦测信号sd注入该自我注入锁定振荡器111，使该自我注入锁定振荡器111处于自我注入锁定状态(self-injectionlockedstate)，这将让该自我注入锁定振荡器111输出的该振荡信号so的频率会与该侦测信号sd中的相位位移量成正比，而可通过对该振荡信号so的解调得知该侦测信号sd的相位位移量，且由于该自我注入锁定振荡器111的自我注入锁定特性可让该振荡信号so对生物的微小振动相当敏感，而利于该信号处理器130判断是否有生物存在及是否有移动生物。

请参阅图3，在本实施例中，该解调单元120为正交解调单元，其中，该解调单元120具有功率分配器121、延迟单元122、第一混波器123及第二混波器124，该功率分配器121电性连接该混合耦合器113以接收该混合耦合器113耦合的该振荡信号so，该功率分配器121用以将该振荡信号so分为两路，其中一路传送至该第一混波器123及该第二混波器124作为本地振荡信号，另一路则经由该延迟单元122及功率正交分配器(图未绘出)传送两个相位差90度的信号至该第一混波器123及该第二混波器124，该第一混波器123将接收的所述信号混波后输出第一混波信号sm1，该第二混波器124将接收的所述信号混波后输出第二混波信号sm2。

请参阅图4，较佳的，在本实施例中，该信号处理器130另具有反正切解调单元134及直流偏移消除单元135，该反正切解调单元134接收该第一混波信号sm1及该第二混波信号sm2并进行反正切解调而输出该解调信号，该直流偏移消除单元135电性连接该反正切解调单元134以接收该解调信号，该直流偏移消除单元135将该解调信号中的直流成份消除，以避免后端计算出现突波。

本发明借由该计算单元131计算该解调信号sb的该方均根值，即可通过该判断单元132借由该方均根值及该方均根门槛值判断该区域a中是否有生物存在，由于是以无线信号进行侦测，让生物探测不受到货物阻挡的限制，且由于计算过程并不复杂，而具有快速生物探测的功效。

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。