CN110023780B - 用于检测和分类车辆内部车辆乘员和其他对象的极化雷达系统和方法 - Google Patents

用于检测和分类车辆内部车辆乘员和其他对象的极化雷达系统和方法 Download PDF

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Abstract

用于检测和分类位于车辆(66)的内部(68)中的对象(66)的极化雷达系统(10)包括用于发射至少两个不同极化的雷达波的雷达发射器单元(12)，用于接收至少两个不同极化的雷达波的雷达接收单元(22)，用于产生和提供由至少一个雷达发射器单元(12)发射的雷达波的雷达信号生成单元(32)，用于处理所生成的要发送的雷达波和接收的雷达波的信号处理电路(38)，以及信号评估单元(56)。该信号评估单元(56)被配置为从信号处理电路(38)接收经处理的信号，基于接收的经处理的信号来估计一组预定的对象参数的值，并在检测到估计的该组对象参数的值与多组预定的对象参数中的一个匹配时，从多个预定的对象类中选择对象类。

Description

用于检测和分类车辆内部车辆乘员和其他对象的极化雷达系 统和方法
技术领域
本发明涉及一种用于检测和分类位于车辆内部的对象的极化雷达系统，一种用于通过使用这种极化雷达系统对位于车辆内部的至少一个对象进行分类的方法，以及一种用于控制方法的自动执行的软件模块。
背景技术
目前广泛使用车辆内部乘员感测技术，例如用于检测留守宠物和/或儿童、生命体征监测、用于安全带提醒(SBR)系统的车辆座位占用检测、或防盗警报。
在专利US 7,983,817 B2中公开了采用基于光学的感测技术的示例，其描述了用于获得关于车辆的车厢中的车辆乘员的信息的布置和方法，其中光源安装在车辆中。结构光，例如由红外光束图案形成的或通过极化来自光源的光线形成的，被投射到车厢中的感兴趣区域中。源自光源并被反射的结构光被在图像传感器处在与结构光投射的位置不同的位置处检测。相对于投射的结构光分析反射光以获得关于感兴趣区域的信息。结构光被设计成看起来好像来自光源(虚拟或实际)，其位于与图像传感器的位置不同的位置。分类被描述为由使用模式识别算法的神经网络执行，并且因此基于车辆乘员的3D轮廓。分类被描述为在环境光条件下更加困难，因为背景被阳光照射，并且有时明亮的阳光将锐利的阴影投射到座位上，这在用于模式识别的特征向量中产生模式。
专利申请公开US 2012/0232749 A1描述了一种用于提供儿童在汽车座位中的远程通知的系统。该系统包括放置在车辆中的儿童检测器，例如压力传感器，儿童检测器检测车辆中儿童的存在；运动传感器，运动传感器检测到车辆在运动中；计算机处理器，其获得儿童检测器和运动传感器的输出，并在车辆不运动时确定儿童是否在车辆中；以及用于将处理器的确定发送到接收器的通信设备，接收器向用户显示确定的结果。每个座位都需要一个儿童检测器。
国际申请WO 2015/140333 A1描述了一种用于确定无人看管儿童是否存在于机动车内的方法和系统。该方法使用雷达传感器系统，其包括发射器，以及至少一个传感器和处理电路。该方法包括：用辐射照射车辆内的至少一个可占据位置，该辐射表现出多个频率；从发射的辐射导致的反射的辐射产生雷达传感器信号，多个雷达传感器信号对应于不同的频率；操作处理电路，用于基于雷达传感器信号产生第一指标值，第一指标值指示与可占用位置相关联的运动程度；确定第一指标值是否满足第一预定标准；若第一指标值满足第一预定标准，则基于雷达传感器信号产生第二指标值，第二指标值指示雷达传感器信号内的重复模式程度；并且如果第二指标值满足第二预定标准，则确定机动车内存在无人看管的儿童。
发明内容
雷达极化测定涉及当电磁波在其撞击雷达目标或散射表面之后被重新极化并且被反射时，测量雷达频率电磁波的极化状态。在雷达极化侧定中，雷达波在散射条件下的极化状态通常由包括复矩阵的形式描述。
形式上，入射雷达波可以由双分量矢量描述，其中矢量分量分别表示水平方向的复电场和垂直方向的复电场/>反射或散射的雷达波可以由另一个双分量矢量描述，其中矢量分量表示水平方向的复电场/>和垂直方向的复电场/>在这种形式中，每个散射对象被认为是极化变换器，并且从发射波矢量到接收波矢量的变换可以被描述为将称为散射矩阵的矩阵应用于表示入射雷达波的矢量。
对角矩阵元素通常称为同极化，非对角元素称为交叉极化。该矩阵包含有关散射过程和散射体本身的所有信息。散射矩阵或等效矩阵的元素，例如已知的协方差矩阵和相干矩阵，是可观察的幂项。不同的相关矩阵形式存在并用于雷达极化测定，例如Jones矩阵、S矩阵、Müller M矩阵和Kennaugh K矩阵。通过测量散射矩阵或等效物，可以计算入射波的任意极化的散射雷达波的强度和极化。
例如，在Wolfgang-Martin Boerner，“Basic Concepts in Radar Polarimetry”，PolSARpro v3.0-Lecture Notes(可从http://earth.esa.int/landtraining07/polsar_basic_concepts.pdf获取)中可以找到处理散射矩阵和提取包含在观察到的幂项的测量散射矩阵中的信息的数学方法的概要。本文档的全部内容通过引用并入本文，对于允许以引用方式并入的管辖区域具有效力。
发明目的
本发明的一个目的是提供一种雷达系统，该雷达系统能够可靠且有效地检测和分类位于车辆内部的对象(人类、动物、无生命对象)，对车辆内部任何所谓对象存在产生少量假阳性或者假阴性分类。
发明概述
在本发明的一个方面，该目的通过一种极化雷达系统来实现，该雷达系统被配置用于检测和分类位于车辆内部的对象。
在本申请中使用的短语“被配置为”应特别理解为被具体编程、布局、提供或布置。在本申请中使用的术语“车辆”应特别理解为包括乘用车、卡车和公共汽车。
极化雷达系统包括至少一个雷达发射器单元、至少一个雷达接收单元、雷达信号生成单元、信号处理电路和信号评估单元。
所述至少一个雷达发射器单元被配置用于发射至少两个不同极化的雷达波。至少一个雷达接收单元被配置用于接收至少两个不同极化的雷达波。雷达信号生成单元被配置为生成并且提供要由所述至少一个雷达发射器单元发射的雷达波。信号处理电路被配置用于处理要发送的所生成的雷达波和所接收的雷达波。信号评估单元被配置为接收来自所述信号处理电路的经处理的信号并且例如根据从所接收的经处理的信号得到的雷达功率的同极化比率来估计对象的介电常数的值，或者基于所接收的经处理的信号来估计一组预定的对象参数的值，包括对象的介电常数。信号评估单元还被配置为在检测到估计的介电常数的值与多个介电常数中的特定介电常数匹配时，从多个预定的对象类别中选择与所述特定介电常数相对应的对象类，或者在检测到估计的一组对象参数的值与多组预定的对象参数中的特定的一组预定的对象参数(包括对象的介电常数)匹配时，从多个预定的对象类中选择对应于所述特定的一组预定的对象参数的对象类。
此外，信号评估单元被配置为提供指示至少一个分类对象的信息。
本申请中使用的术语“接收的雷达波”应特别理解为通过由位于车辆内部的对象反射或散射而从发射雷达波产生的雷达波。例如，这可以通过在车辆内部的至少一个雷达发射器单元和至少一个雷达接收单元的适当布置来确保。
在本申请中使用的术语“对象参数”应特别理解为作为特定对象的特征的参数，并且由此可用于将特定对象与其他对象区分开。对象参数的示例包括但不限于尺寸、距离、相对于车辆内部的位置、至少两个对象之间的相互位置、相对速度、生命体征(呼吸、心率等)，以及诸如例如介电常数的电性质。
发射的雷达波被理解为被传输以至少部分地覆盖车辆的内部，其中预期有所考虑的对象。
以这种方式，可以提供用于机动车应用的雷达系统，其具有低数量的假阴性分类结果和低数量的假阳性分类结果。
指示至少一个分类对象的信息可以被提供给车辆的电子控制和/或呼叫中心和/或中央应急中心和/或远程电信单元，例如智能手机，其中在本申请中使用的术语“远程电信单元”应特别包括位于车辆内部之外的任何电信单元。
分类信息的提供可以取决于一个或多个预定条件的实现。
分类可以包括一组类，其包括但不限于“儿童”、“成人”、“宠物”和“无生命对象”。
优选地，一组预定的对象参数包括该组对象参数的每个参数的预定范围。在本申请中使用的术语“匹配”应特别理解为使得对于该组对象参数的所有参数，该组预定的对象参数的对象参数的每个估计值应位于该参数的预定范围内。
还优选地，至少一个雷达发射器单元能够提供连续波(CW)雷达能量。
在优选实施例中，极化雷达系统还包括用于产生频率调制(FM)雷达波(更优选地：频率调制连续波(FMCW))的调制单元，该雷达波将由至少一个雷达发射器单元发射，此外，还包括用于解调接收的雷达波的解调单元。
由此，可以将绝对速度和距离作为特征和重要对象参数添加到该组对象参数，从而有助于改善分类性能。
优选地，所生成的要发射的调频雷达波在时间上线性调制。例如，至少一个雷达发射器单元的雷达频率可以上升或下降为锯齿波或三角波。
在极化雷达系统的一些实施例中，信号评估单元包括微控制器，该微控制器具有至少一个处理器单元和至少一个数字数据存储器单元，处理器单元具有对数字数据存储器单元的数据访问权限。以这种方式，可以实现利用极化雷达系统对车辆前方的对象进行分类的自动测量过程。
如果微控制器还包括电连接到雷达接收单元的模数转换器，则可以实现快速且不受干扰的数字信号处理。这种配备的微控制器现在可以以许多变型和经济的价格在市场上买到。
在极化雷达系统的一些实施例中，至少一个雷达发射器单元包括至少一个可布置在车辆内部的发射天线，并且至少一个雷达接收单元包括至少一个可布置在车辆内部的接收天线。以这种方式，可以容易地实现雷达波向可能位于车辆内部的对象的传输以及接收通过由这些对象反射或散射而从发射的雷达波产生的雷达波。
优选地，所述至少一个发射天线和所述至少一个接收天线以间隔开的方式彼此分开布置(双静态布置)，但是还考虑了单静态布置，其中所述至少一个发射天线和至少一个接收天线位于附近。
优选地，信号评估单元被配置为实时地从多个预定的对象类中选择对象类。本申请中使用的短语“实时”应特别理解为在针对特定应用而言适当的特定和预定时间限制内的响应，以便例如通过车辆的电子控制单元或紧急救援队的优化反应可以得以促进。
在极化雷达系统的一些实施例中，至少一个雷达发射器单元包括多个发射天线，和/或至少一个雷达接收单元包括多个接收天线。以这种方式，可以避免关于将雷达波发射到可能位于车辆内部的对象并且关于接收通过由这些对象反射或散射而从发射的雷达波产生的雷达波的阴影效应。
在极化雷达系统的一些实施例中，其中所述至少一个雷达发射器单元包括多个发射天线，和/或所述至少一个雷达接收单元包括多个接收天线，所述多个发射天线和多个接收天线中的至少一个形成为相控阵天线。
这允许应用公知的数字波束形成技术之一，以使得能够区分和分类车辆内部的多于一个对象。在极化雷达系统的合适实施例中，相控阵天线可以与适当的数字波束形成技术结合使用，以产生视场中的覆盖区的、从由对象反射或散射的雷达波的测量中得到的接收的雷达功率的同极化比率的实时图像(同极化：发射的和接收的极化是相同的)。
在本发明的另一方面，提供了一种通过使用如本文所公开的极化雷达系统对位于车辆内部的至少一个对象进行分类的方法。该方法包括以下步骤：
-用具有至少两个不同极化的雷达波照射车辆内部，
-接收由至少一个要分类的对象反射的至少两个不同极化的雷达波，
-基于接收到的雷达波估计一组预定的对象参数的值，
-将估计的一组预定的对象参数的值与多组预定的对象参数进行比较，
-一旦检测到估计的该组对象参数的值与多组预定的对象参数中的特定的预定的组匹配，将对应于所述特定的预定的组的类分配给所述至少一个对象，并且
-提供指示所述至少一个分类对象的信息。
在所公开的极化雷达系统的上下文中描述的益处完全适用于该方法。
再次，可以将信息提供给车辆的电子控制单元和/或呼叫中心和/或中央应急中心和/或远程电信单元，例如智能手机。
优选地，照射车辆内部的步骤包括用频率调制的连续雷达波(FMCW)照射车辆内部。这允许增加绝对速度，特别是垂直于视线，以及与该组对象参数的距离，以便于改进分类性能。
因此，在该方法的一些实施例中，估计一组预定的对象参数的值的步骤包括估计至少一个对象相对于车辆内部的位置。例如，这可以通过利用所接收的雷达波的频率内容来实现。本申请中使用的术语“位置”应特别理解为包括相对于至少一个接收天线的方向和距离。
在该方法的一些实施例中，估计一组预定的对象参数的值的步骤包括根据从由至少一个对象反射或散射的雷达波的测量中得到的雷达功率的同极化比率估计至少一个对象的介电常数(同极化：发射的和接收的极化是相同的)。
对象的介电常数是复数。针对发射的入射雷达波的特定频率估计介电常数。以这种方式，可以将介电常数添加到该组预定的对象参数中，这允许在人或动物和无生命对象之间进行分类和区分。
如果估计一组预定的对象参数的值的步骤包括根据从由对象在镜面方向上反射的雷达波的测量中得到的雷达功率的同极化比率来估计对象的介电常数，则可以实现特别有益的解决方案。在该方向上，入射角等于散射角，并且对于所有表面散射模型(平滑、中等粗糙和粗糙)，散射系数的同极化比率独立于目标粗糙度。散射系数的同极化比率的独立性可以进一步改善所公开方法的有效性和可靠性。
在该方法的一些实施例中，估计一组预定的对象参数的值的步骤包括执行通过利用所接收的雷达波形成的矩阵的极化分解，以及从极化分解中识别至少一个对象的步骤。
极化分解是矩阵的呈现，其描述入射雷达波的反射或散射，作为与对应的系数相乘的基础矩阵的线性和，以将矩阵表达为散射机制的线性和。
进行散射矩阵的极化分解的许多方案在本领域中是已知的，并且在相关教科书中以及在Wolfgang-Martin Boerner的引用参考文献“Basic Concepts in RadarPolarimetry”中进行了描述。一些极化分解是基于模型的，并且需要关于散射对象的性质的先验知识作为输入，并且一些极化分解方案不是基于模型的。预期两种类型的极化分解方案都可用于本文公开的方法中。
在本发明的又一个方面，提供了一种用于控制在此公开的方法的实施例的步骤的自动执行的软件模块。
将要进行的方法步骤转换为软件模块的程序代码，其中程序代码能在极化雷达系统的数字存储器单元中实现，并且能由极化雷达系统的处理器单元执行。优选地，数字存储器单元和/或处理器单元可以是极化雷达系统的信号评估单元的数字存储器单元和/或处理单元。作为替代或补充，处理器单元可以是另一个处理器单元，其特别指定用于执行至少一些方法步骤。
软件模块能够以自动方式实现方法的稳健且可靠的执行，并且可以允许快速修改方法步骤。
参考下文描述的实施例，本发明的这些方面和其他方面将变得显而易见并得以阐明。
附图说明
通过以下参考附图对非限制性实施例的详细描述，本发明的进一步细节和优点将变得显而易见，其中：
图1是根据本发明的极化雷达系统的实施例的示意电路图，
图2是在俯视图中的安装在车辆中的根据图1的极化雷达系统的实施例的示意图，
图3是在俯视图中的安装在根据图2的车辆中的根据本发明的极化雷达系统的替代实施例的示意图，
图4以俯视图示意性地示出了根据图3的极化雷达系统在车辆中的安装中的发射覆盖区和接收覆盖区，
图5是根据本发明的方法的实施例的流程图，以及
图6示意性地示出了评估由根据图1的极化雷达系统的雷达接收单元接收的雷达波的图。
具体实施方式
图1是根据本发明的极化雷达系统10的实施例的示意性电路图，用于检测和分类位于车辆内部的对象。图2是在俯视图中的处于安装在车辆66中的状态的极化雷达系统10的实施例的示意图。车辆66设计为乘用车，即小型货车(大型多用途车辆)。车辆66的内部68包括两个并置的独立前座位70、72，具有两个座位加上位于两个座位之间的并置位置的辅助座位的中间座位排74，以及两个并置的独立座位的后座位排76。
极化雷达系统10包括
-雷达发射器单元12，
-雷达接收单元22，
-雷达信号生成单元32，
-信号处理电路38，以及
-信号评估单元56。
雷达发射器单元12包括相同设计的第一放大器14和第二放大器16，以及设计为贴片天线的两个发射天线18、20。两个发射天线18、20中的第一个18被配置为发射具有水平极化的雷达波。两个发射天线18、20中的第二个20被配置为发射具有垂直极化的雷达波。放大器14、16中的每一个与发射天线18、20中的一个的输出端口电连接。两个发射天线18、20布置在车辆66的内部68的顶部，位于车辆66的前座位70、72上方的中心位置，并且以与正常行驶方向86相反的方向指向朝向内部68的地板略微倾斜的取向。因此，雷达发射器单元12被配置用于发射水平和垂直极化的雷达波以便部分地覆盖车辆66的内部68，即中间座位排74和后座位排76，其中预期考虑的对象78、80、82、84。潜在对象78、80、82、84的示例在图2中示出为成人78、儿童80、宠物82和由盒子形成的无生命对象84。
在此应注意，术语“第一”、“第二”等在本申请中仅用于区分目的，并不意味着以任何方式指示或预期序列或优先级。
尽管在该特定实施例中，雷达发射器单元12包括两个发射天线18、20，但是对于其他实施例也可以预期，雷达发射器单元可以包括多于两个的多个发射天线，形成相控阵天线。在这种情况下需要提供额外的硬件，例如用于调整各种天线之间的相位关系，如本领域所公知的。
再次参照图1，雷达接收单元22包括第一低噪声放大器24和第二低噪声放大器26以及设计为贴片天线的两个接收天线28、30。接收天线28、30中的第一个28被配置为接收具有水平极化的雷达波。两个接收天线28、30中的第二个30被配置为接收具有垂直极化的雷达波。每个接收天线28、30电连接到低噪声放大器24、26中的一个的输入端口。两个接收天线28、30布置在车辆66的内部68的顶部(图2)，在后座位排76的座位上方的中心位置，其主灵敏度波瓣指向正常的行驶方向86。两个接收天线28、30适当地朝向内部68的地板倾斜，以避免直接接收由两个发射天线18、20发射的雷达波，并且相对于两个发射天线18、20以间隔的方式布置。雷达接收单元22因此被配置用于接收由雷达发射天线18、20发射并由位于车辆66的内部68的对象78、80、82、84反射或散射的雷达波所产生的水平和垂直极化的雷达波。
作为发射天线18、20和接收天线28、30朝向地板倾斜的替代方案，可以在发射天线18、20处设置适当的雷达屏幕，以避免雷达波直接传输到接收天线28、30。
尽管在该特定实施例中，雷达接收单元22包括两个接收天线28、30，但是对于其他实施例也可以预期雷达接收单元可以包括多于两个的多个接收天线，形成相控阵天线。在这种情况下需要提供额外的硬件，例如用于调整各种天线之间的相位关系，如本领域所公知的。
参考图1，雷达信号生成单元32包括雷达本地振荡器34和扫描发生器36。雷达本地振荡器34被配置为以例如大约24.0GHz的雷达频率生成雷达波，并且能够以连续波模式工作。扫描发生器36被配置为产生具有线性变化频率的恒定幅度的正弦信号，在雷达频率为24GHz时其带宽例如为200MHz。
雷达信号生成单元32被配置为生成并提供由雷达发射器单元12的雷达发射天线18、20发射的雷达波。
信号处理电路38被配置用于处理要发射的所生成的雷达波。为此，信号处理电路38包括用作调制单元的第一电子倍频混频器40和第二电子倍频混频器42。来自扫描发生器36的信号和来自雷达本地振荡器34的信号电连接到第一混频器40和第二混频器42。第一混频器40的输出信号被馈送到两个放大器14、16中的第一放大器14，用于向第一发射天线18提供雷达功率。第二混频器42的输出信号被传送到两个放大器14、16中的第二放大器16，其用于向第二发射天线20提供雷达功率。
第一混频器40和第二混频器42的输出信号包括雷达本地振荡器34的频率与扫描发生器36的频率之和以及差。通过适当的滤波器(未示出)消除差频信号。
以这种方式，可以生成频率调制的连续雷达波，其将经由雷达发射器单元12的第一发射天线18和第二发射天线20发射。
信号处理电路38还被配置用于处理接收的雷达波。为此，信号处理电路38包括用作解调单元的第三电子倍频混频器44和第四电子倍频混频器46。承载具有水平极化的接收的雷达波的信号的第一低噪声放大器24的输出端口以及雷达本地振荡器34电连接到信号处理电路38的第三混频器44。承载具有垂直极化的接收的雷达波的信号的第二低噪声放大器26的输出端口以及雷达本地振荡器34电连接到信号处理电路38的第四混频器46。
第三混频器44和第四混频器46的输出信号包括由发射天线18、20发射的雷达波的频率与雷达本地振荡器34的频率之和以及差。通过信号处理电路38的后续低通滤波器48从第三混频器44的输出信号中消除和频信号，并且仅通过模数转换器(ADC)50对差信号进行数字转换。第四混频器46的输出信号由另一个低通滤波器52处理，并由另一个ADC 54以相同的方式进行数字转换。
经滤波和数字转换的输出信号被馈送到信号评估单元56的输入端口，所述信号评估单元56被配置为从信号处理电路38接收经处理的信号。信号评估单元56包括具有处理器单元60和数字数据存储器单元62的微控制器58，处理器单元60具有对数字数据存储器单元62的数据访问权限。在图1中，信号评估单元56和ADC 50、54被示为单独的单元。实际上，ADC50、54可以是微控制器58的组成部分。
如下文将更详细描述的，信号评估单元56被配置为基于所接收的处理信号来估计一组预定的对象参数的值。信号评估单元56还被配置为，在检测到估计的该组对象参数的值与多组预定的对象参数中的特定的一组预定的对象参数匹配时，从多个预定的对象类中选择与所述多组预定的对象参数中的所述特定的一组预定的对象参数相对应的对象类。微控制器58被配置为实时选择对象类。
图3是在俯视图中的安装在根据图2的车辆66中的根据本发明的极化雷达系统的替代实施例的示意图。为了避免重复，仅描述与第一实施例的不同之处。对于未描述的特征，参考第一实施例的描述。
与极化雷达系统的第一实施例10相比，极化雷达系统的替代实施例包括两个雷达发射器单元和两个雷达接收单元，其中每个雷达发射器单元被与极化雷达系统的第一实施例10的雷达发射器单元12相同地设计，其中每个雷达接收单元被与极化雷达系统的第一实施例10的雷达接收单元22相同地设计。
两个雷达发射器单元的发射天线18、20、18'、20'布置在车辆66的内部68的顶部处，位于中间座位排74的座位上方的中心位置处。两个雷达发射器单元中的第一个的两个发射天线18、20以朝向内部68的地板略微倾斜的取向指向正常行驶方向86。因此，第一雷达发射器单元被配置用于发射水平和垂直极化的雷达波以便部分地覆盖车辆66的内部68，即中间座位排74。两个雷达发射器单元中的第二个的两个发射天线18'、20'在朝向内部68的地板略微倾斜的取向上指向与正常行驶方向86相反的方向。因此，第二雷达发射器单元被配置用于发射水平和垂直极化的雷达波以部分地覆盖车辆66的内部68，即后座位排76。
两个雷达接收单元中的第一个的接收天线28、30布置在车辆66的内部68的顶部处，位于前座位70、72上方的中心位置处，其主要灵敏度波瓣主要指向正常行驶方向86的相反方向，并且适当地朝向内部68的地板倾斜。因此，两个雷达接收单元中的第一个被配置用于接收由两个雷达发射单元中的第一个发射以及由位于车辆66的中间座位排74中的对象78、84反射或散射的雷达波所产生的水平和垂直极化的雷达波。
两个雷达接收单元中的第二个的接收天线28'、30'布置在车辆66的内部68的顶部处，位于后座位排76的座位上方的中心位置处，它们的主要灵敏度波瓣主要指向正常行驶方向86，并且适当地朝向内部68的地板倾斜。因此，两个雷达接收单元中的第二个被配置用于接收由所述两个雷达发射单元中的第二个发射以及由位于车辆66的后座位排76中的对象80、82反射或散射的雷达波所产生的水平和垂直极化的雷达波。
通过两对雷达发射天线18、20、18'、20'和两对雷达接收天线28、30、28'、30'的这种布置，可以有效地避免阴影效应。
图4以俯视图示意性地示出了车辆66中的安装中的根据图3的极化雷达系统的第一雷达发射单元所产生的发射覆盖区88和第一雷达接收单元的接收覆盖区90。
在下文中，将参照图5和图6描述通过使用根据图1的极化雷达系统10对位于车辆66的内部68中的对象78、80、82、84进行分类的方法的实施例。图5提供了作为整体的方法的流程图，而作为该方法的一部分的信号评估和对象分类的详细图示在图6中给出。在准备操作极化雷达系统10时，应当理解，所有涉及的单元和设备都处于操作状态并且如图1和2所示配置。
为了能够以受控方式自动执行该方法，微控制器58包括软件模块64(图1)。要执行的方法步骤被转换成软件模块64的程序代码。程序代码在微控制器58的数字数据存储器单元62中实现，并且能由微控制器58的处理器单元60执行。软件模块64还包括用于执行散射矩阵的极化分解的子例程。可以通过启动车辆发动机来发起该方法的执行。
现在参照图5，作为该方法的第一步骤92，通过同时向两个发射天线18、20提供连续波雷达功率，开始用具有水平极化的频率调制雷达波和具有垂直极化的频率调制雷达波照射车辆66的内部68的一部分。
由要分类的对象78、80、82、84反射的具有水平极化的雷达波和具有垂直极化的雷达波在另一步骤94中由雷达接收单元22接收，并且在下面的步骤96中，所产生的信号被放大并且如上所述由信号处理电路38进行信号处理。
在该方法的下一步骤98中，基于所接收的雷达波估计一组预定的对象参数的值。该组预定的对象参数包括对象78、80、82、84与雷达接收天线28、30之间的距离(范围)，对象78、80、82、84相对于雷达接收天线28、30的速度，以及由要分类的对象78、80、82、84反射的雷达波的到达角度。
在该方法的另一个步骤100中，基于所接收的雷达波计算散射矩阵的元素。矩阵包含有关反射过程和对象78、80、82、84的所有信息，并且包括从由对象78、80、82、84反射的雷达波的测量中得到的同极化雷达功率(同极化：发射的和接收的极化是相同的)的元素。
在估计一组预定的对象参数的值的另一步骤102中，将用于执行极化分解的子例程应用于计算的矩阵，并且从极化分解中识别对象78、80、82、84。
根据由对象78、80、82、84反射的同极化雷达功率的元素的比率，在估计值的另一步骤104中，对象78、80、82、84的介电常数被估计为形成该组预定的对象参数的部分的另一参数的值。
在该方法的下一步骤106中，将估计的该组预定的对象参数的值与多组预定的对象参数进行比较。对于该组对象参数的每个对象参数，预定范围驻留在数字数据存储器单元62中。比较步骤106包括对于该组对象参数的所有参数检查估计的对象参数的值是否位于对象参数的预定范围内。如果对于特定的一组预定的对象参数满足该条件，则估计的值被视为与特定的一组预定的对象参数匹配。
在检测到估计的该组对象参数的值与多组预定的对象参数中的特定的预定的组匹配时，在另一步骤108中，对应于该特定的预定的组的类被分配给已识别的对象66。
然后，在该方法的另一步骤110中，如果车辆发动机在运行，则将指示分类对象78、80、82、84的信息提供给车辆66的电子控制单元ECU，或者如果车辆发动机不运行，则可以根据附加条件的实现，向远程电信单元提供指示分类对象78、80、82、84的信息。在前一种情况下，该信息用于安全带提醒(SBR)系统或用于例如安全气囊系统的辅助约束系统(ARS)的激活控制的目的。在后一种情况下，该信息可用于确认车辆66的内部68中存在分类对象78、80、82、84，或者可用于在留守宠物或儿童的情况下警告帮助。
尽管已经在附图和前面的描述中详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述被认为是说明性或示例性的而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。
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要公开的实施例的其他变型。在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一个(a)”或“一个(an)”不排除多个，其意味着表示至少两个的量。在相互不同的从属权利要求中陈述某些措施的仅有事实并不表示这些措施的组合不能用于获益。权利要求中的任何附图标记不应被解释为对范围的限制。
参考符号列表
10极化雷达系统 52低通滤波器
12雷达发射器单元 54ADC
14第一放大器 56信号评估单元
16第二放大器 58微控制器
18第一发射天线 60处理器单元
20第二发射天线 62数字数据存储器单元
22雷达接收单元 64软件模块
24第一低噪声放大器 66车辆
26第二低噪声放大器 68内部
28第一接收天线 70前座位
30第二接收天线 72前座位
32雷达信号生成单元 74中间座位排
34雷达本地振荡器 76后座位排
36扫描发生器 78成人
38信号处理电路 80儿童
40第一混频器 82宠物
42第二混频器 84无生命对象
44第三混频器 86行驶方向
46第四混频器 88发射覆盖区
48低通滤波器 90接收覆盖区
50ADC ECU电子控制单元
方法步骤：
92以CW模式将FM雷达波发射到车辆内部
94接收对象反射的雷达波
96放大/处理来自雷达接收单元的信号
98估计一组预定的对象参数的值
100计算散射矩阵元素
102通过执行极化分解来识别对象
104估计对象介电常数
106将估计的值与多组预定的对象参数进行比较
108将类分配给识别的对象
110向驾驶员信息系统提供分类信息

Claims (13)

1.一种用于对位于车辆(66)的内部(68)中的对象(78、80、82、84)进行检测和分类的极化雷达系统(10)，所述雷达系统(10)包括：
-至少一个雷达发射器单元(12)，其被配置用于发射至少两个不同极化的雷达波，
-至少一个雷达接收单元(22)，其被配置用于接收至少两个不同极化的雷达波，
-雷达信号生成单元(32)，其被配置为生成并且提供要由所述至少一个雷达发射器单元(12)发射的雷达波，
-信号处理电路(38)，其被配置用于处理要发射的所生成的雷达波和所接收的雷达波，以及
-信号评估单元(56)，其被配置为：
-接收来自所述信号处理电路(38)的经处理的信号，
-基于所接收的经处理的信号来估计包括所述对象的介电常数的一组预定的对象参数的值，
-在检测到估计的所述一组对象参数的值与多组预定的对象参数中的包括所述对象的介电常数的特定的一组预定的对象参数匹配时，从多个预定的对象分类中选择与所述特定的一组预定的对象参数相对应的对象类，其中，所述一组预定的对象参数包括所述一组对象参数的每个参数的预定的范围，并且术语“匹配”包括：对于所述一组对象参数的所有参数，所述一组预定的对象参数的对象参数的每个估计值位于该参数的预定的范围内，以及
-提供指示至少一个已分类的对象的信息。
2.如权利要求1所述的极化雷达系统(10)，还包括调制单元(40、42)，其用于生成要由所述至少一个雷达发射器单元(12)发射的频率调制的雷达波，并且包括解调单元(44、46)，其用于解调所接收的雷达波。
3.如权利要求1或2所述的极化雷达系统(10)，其中，所述信号评估单元(56)包括微控制器(58)，其具有至少一个处理器单元(60)和至少一个数字数据存储器单元(62)，所述处理器单元(60)具有对所述至少一个数字数据存储器单元(62)的数据访问权限。
4.如权利要求1或2所述的极化雷达系统(10)，其中，所述至少一个雷达发射器单元(12)包括至少一个发射天线(18、20)，所述至少一个发射天线(18、20)能够布置在所述车辆(66)的内部(68)中，并且其中，所述至少一个雷达接收单元(22)包括至少一个接收天线(28、30)，所述至少一个接收天线(28、30)能够布置在所述车辆(66)的内部(68)中。
5.如权利要求1或2所述的极化雷达系统(10)，其中，所述信号评估单元(56)被配置为实时地从多个预定的对象类中选择对象分类。
6.如权利要求1或2所述的极化雷达系统(10)，其中，所述至少一个雷达发射器单元(12)包括多个发射天线，和/或所述至少一个雷达接收单元(22)包括多个接收天线。
7.一种对位于车辆(66)的内部(68)中的至少一个对象进行分类的方法，所述方法包括以下步骤：
-利用具有至少两个不同极化的雷达波来照射(92)所述车辆(76)的内部(68)，
-接收(90)由要分类的至少一个对象(66)反射的至少两个不同极化的雷达波，
-基于所接收的雷达波来估计(94)包括所述对象(66)的介电常数的一组预定的对象参数的值，
-将估计的一组预定的对象参数的值与多组预定的对象参数进行比较(102)，其中，所述一组预定的对象参数包括所述一组对象参数的每个参数的预定的范围，
-在检测到包括所述对象的介电常数在内的估计的所述一组对象参数的值与所述多组预定的对象参数中的特定的预定的组匹配时，将与所述特定的预定的组相对应的类分配(104)给所述至少一个对象(66)，其中，术语“匹配”包括：对于所述一组对象参数的所有参数，所述一组预定的对象参数的对象参数的每个估计值位于该参数的预定的范围内，以及
-提供(106)指示至少一个分类的对象的信息。
8.如权利要求7所述的方法，其中，照射(88)车辆内部(76)的所述步骤包括用频率调制的连续雷达波来照射所述车辆内部(76)。
9.如权利要求7或8所述的方法，其中，估计(94)一组预定的对象参数的值的所述步骤包括估计所述至少一个对象(66)相对于所述车辆内部(76)的位置。
10.如权利要求7或8所述的方法，其中，所述对象(66)的介电常数是根据从由所述至少一个对象(66)反射或散射的所述雷达波的测量中得到的雷达功率的同极化比率来估计的。
11.如权利要求10所述的方法，其中，所述对象(66)的介电常数是根据从由所述对象(66)在镜面反射方向上反射的所述雷达波的测量中得到的雷达功率的同极化比率来估计的。
12.如权利要求7或8所述的方法，其中，估计(94)一组预定的对象参数的值的所述步骤包括执行通过利用所接收的雷达波而形成的矩阵的极化分解并且从所述极化分解中识别至少一个对象(66)的步骤(98)。
13.一种用于对位于车辆(66)的内部(68)中的至少一个对象进行分类的装置，所述装置包括用于执行如权利要求7-12中任一项所述的方法的单元。
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