CN112272779B - 通过生命体征监测进行稳健的车辆占用检测的方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种雷达传感器系统(10)和操作雷达传感器系统(10)的方法，其用于检测车辆(32)的内部(34)的占用并具有生命体征监测。雷达传感器系统(10)包括雷达发射单元(12)、雷达接收单元(18)以及信号处理和控制单元(26)。该方法至少包括以下步骤：向车辆内部(34)内的场景发射(60)雷达波，接收(62)通过发射的雷达波(16)的反射而生成的至少一个雷达波，将接收到的至少一个雷达波(22)分解(64)为范围、多普勒和角度信息，通过角度选通和范围选通在每个关注区域(38、40、42)中量化和跟踪(68)移动，在每个关注区域(38、40、42)中检测(78)和监测占用者(28、30)的生命体征，以及基于有关量化和跟踪的移动和/或检测和监测的生命体征的至少一个预定义条件的满足，来确定(84)在场景中量化和跟踪的移动是与占用者(28、30)有关还是与外部或内部干扰有关。

Description

通过生命体征监测进行稳健的车辆占用检测的方法
技术领域
本发明涉及一种操作雷达传感器系统的方法，该方法用于通过生命体征监测来检测车辆的内部的占用，本发明还涉及一种被配置为自动执行该方法的雷达传感器系统以及一种使得能够自动执行该方法的软件模块。
背景技术
在本领域中已知使用雷达技术来检测占用区域内的关注对象。例如，US 2010/0225764 A1描述了一种用于这种占用检测的检测系统和方法。该检测系统可以应用于监测可用于将不想要的材料运输到某个区域的车辆或对象。关注对象的存在可以包括行人、自行车、汽车保险杠、玻璃表面和车轮框架。该检测系统包括多个传感器(其可以形成为频率调制的连续波多波束雷达传感器)，所述多个传感器包括：入口传感器，该入口传感器的视场被定向为相对于占用空间的入口部分检测对象的进入；以及出口传感器，该出口传感器的视场被定向为相对于占用空间的出口部分检测对象的离开，所述出口部分不同于所述入口部分。该检测系统还包括：至少一个接近传感器，所述接近传感器的视场被定向为相对于占用空间的入口部分检测对象的接近；以及至少一个后退传感器，所述后退传感器的视场被定向为相对于占用空间的出口部分检测对象的后退。
在本领域中还已知将雷达技术用于汽车座椅占用者检测系统。与其他占用检测方法相比，基于雷达技术的占用传感器提供了优势，因为它们的操作是非接触式的，并且车辆占用者不会注意到。此外，雷达传感器可以容易地集成在车辆内部，例如集成在塑料、塑料盖和诸如纺织品、木材、石材、混凝土、玻璃等各种材料之下。
如今，车辆座椅占用检测系统广泛用于车辆中(尤其是在乘用车中)，例如用于：检测被留下的宠物和/或儿童；生命体征监测；用于安全带提醒(SBR)系统的车辆座椅占用检测；或防盗报警器。这样的车辆座椅占用检测系统可以用于为各种器械提供座椅占用信号(例如出于安全带提醒(SBR)系统或辅助约束系统(ARS)的激活控制的目的)。
座椅占用者检测和/或分类系统的输出信号通常被传递到车辆的电子控制单元，以例如用作评估安装的车辆乘客约束系统的潜在激活的手段。
可以通过监测检测到的人的生命体征来提供其他有价值的信息，这些信息可以用作高级驾驶员辅助系统(ADAS)的重要输入。
在US 7,036,390 B2中，描述了一种用于检测车辆中的人体的方法。获得合成波，该合成波表示从传感器辐射的发射波和从呼吸的人体返回的反射波的合成(即叠加)，并且从合成波的包络线中检测车辆中是否存在人。发射波的频率为4.7GHz或更高。当在预定长度的时间内连续检测到人的存在时，确定车辆中存在人。当车辆的内部达到对人体有危险的温度时，传感器就会被激活。提供了一种用于监测车辆内部的温度梯度的设备，并且当该设备预测到车辆内部可能达到危险温度时，传感器被预先激活。当车辆内部的温度的变化率适中时，传感器会在预定长度的时间内以随机的定时进行操作。当车辆的内部达到危险温时度，并且当检测到人的存在时，将发出警报。
此外，从US 6,753,780 B2中已知一种运动感测系统和方法，其用于以增强的灵敏度来检测车辆中的占用者，以检测小的移动(诸如由占用者的心跳和呼吸引起的移动)。该系统包括位于车厢中的雷达运动传感器。雷达传感器在车厢内发射和接收信号，并生成感测的信号。该系统具有用于将感测的信号转换到频域的控制器。该控制器进一步处理感测的信号的频域，并确定由于占用者的心跳和呼吸中的一个而导致的占用者的移动的存在。为此，控制器将频率范围内的感测信号的频域与预定频率特征进行比较，并且进一步识别表示由于心跳和呼吸中的一个而引起的占用者的移动的感测信号的频率。
WO 2015/140333 A1描述了一种用于确知汽车车辆内是否存在无人照看的孩子的方法。该方法使用雷达传感器系统，该系统包括发射机以及至少一个传感器和处理电路，并且利用雷达信号检测到的呼吸运动(例如通过应用自相关和峰值捕捉)。该方法包括：
-通过辐照来照明车辆内的至少一个可占用位置，该辐照展现出多个频率；
-从由于发射的辐照而反射的辐照生成雷达传感器信号，多个雷达传感器信号对应于不同的频率；
-操作处理电路，以基于雷达传感器信号生成第一指示值(例如R值)，该第一指示值指示与可占用位置相关联的运动程度；
-确定第一指示值是否满足第一预定标准；
-如果所述第一指示值满足所述第一预定标准，则基于雷达传感器信号生成第二指示值，所述第二指示值指示所述雷达传感器信号内的重复模式(例如呼吸模式)的程度；以及
-如果第二指示值满足第二预定标准，则确定在汽车车辆内存在无人照看的孩子。
所述第二指示值可以包括呼吸特征，其代表传感器信号指示检测到指示婴儿呼吸儿童的运动的程度。
此外，WO 2015/022358 A1描述了一种用于使用雷达传感器系统感测汽车车辆内的占用状态的方法。雷达传感器系统包括天线系统、至少一个传感器和处理电路。该方法包括使用天线系统以连续波(CW信号)照明车辆内的至少一个可占用位置，其中可以在时间上对CW信号进行频率调制。使用至少一个传感器来接收由于CW信号而反射的至少一个传感器信号，其中，所述至少一个传感器限定了多个接收通道(1，…，i)。每个接收通道具有不同的频率(f1，…，fi)。处理电路可操作以针对每个接收通道(1，…，i)将DC偏移去除应用到对应的传感器信号，以生成修改的信号；以及基于修改的信号生成一个或多个占用状态信号。在采用FMCW雷达传感器系统的情况下，使用FFT处理来获得检测到的占用者的范围，并且从范围FFT的相位获得占用者的生命体征。占用状态信号指示与至少一个可占用位置有关的特性。还公开了一种用于执行该方法的系统。这些技术提供了车内占用者检测和分类(安全气囊抑制)、乘客存在检测和乘客生命体征监测以及安全带提醒功能(SBR)。雷达系统的每个通道可以由一个或两个(或四个)输出(I/Q)组成。接收到的信号可以通过单通道解调器或I/Q解调器向下混频到基带中。包括自动校准例程和杂波去除在内的高级信号处理可用于检测占用者及其生命体征(呼吸和心跳)，以及确定他们与雷达系统的距离。
Ting Zhang等人的论文“Non-Contact Estimation at 60GHz for Human VitalSigns Monitoring Using a Robust Optimization Algorithm”，Conference IEEE APS2016,Jun 2016,Fajardo(Porto-Rico),United States,2016,AP-S/URSI 2016.<hal-01340613>中描述了一种借助于60GHz多普勒雷达估算与生命活动有关的人体移动的方法，该方法使用包括信号自相关分析的稳健优化算法来从雷达信号中提取心率和呼吸信息。
因此，在本领域中已知，可以通过执行电磁测量(诸如多普勒雷达技术)来测量例如乘客的呼吸和心跳，以检测单个车辆乘客的存在。不幸的是，例如，如果车辆在崎岖的表面上移动、存在强风猛刮、存在发动机振动或在洗车时，接收到的雷达波会被噪声破坏。与期望检测到的乘客的信号相比，可能具有高幅度的噪声将不可避免地导致错误警报(即假阳性和假阴性)的数量增加。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种通过使用雷达技术的生命体征监测进行稳健(robust)的车辆占用检测的方法，该方法能够可靠且稳健地将与位于车辆内部的特定关注区域中的占用者相关的信号和由车辆内部事件和/或车辆外部事件(诸如由崎岖的路面、强风猛刮、发动机振动或洗车引起的车辆或传感器晃动)引起的干扰信号区分开。
在本发明的一个方面，该目的通过一种操作雷达传感器系统的方法来实现，该方法用于检测车辆内部的占用。该雷达系统包括：雷达发射单元，其被配置为向车辆内部的场景发射雷达波；以及雷达接收单元，其被配置为接收由雷达发射单元发射并且被场景内的对象反射的雷达波。
此外，雷达传感器系统包括信号处理和控制单元，该信号处理和控制单元至少被配置为从接收到的雷达波中推导出范围信息、多普勒信息和到达角度信息。推导这些类型的信息的方法对于本领域技术人员而言是众所周知的，因此在本文中无需更详细地描述。可以应用看起来适合本领域技术人员的任何方法。
如在本申请中使用的短语“被配置为”应特别地理解为被特定地编程、布局、配备或布置。此外，在本申请中，术语“雷达波”和“雷达信号”用作同义词，其中术语“雷达波”可用于更特定地描述在自由空气中行进的具有雷达频率的电磁波，并且术语“雷达信号”应被理解为与传输线携带的具有雷达频率的电磁波有关，或者与通过处理接收到的雷达波而获得的有线信号(wire-bound signal)有关，所述有线信号例如是通过将接收到的雷达波与本地振荡器信号混合和/或解调而获得的IF(中频)信号。
该方法至少包括将以迭代方式进行的以下步骤：
-操作雷达发射单元，以向车辆内部的场景发射雷达波，
-操作雷达接收单元，以接收通过发射的雷达波的反射而生成的至少一个雷达波，
-操作信号处理和控制单元，以：
ο将接收到的至少一个雷达波分解为范围、多普勒和角度信息，以及
ο在多个预定义的不同关注区域的每个关注区域中检测和监测占用者的生命体征。
根据本发明，操作信号处理和控制单元的步骤还包括：
ο通过角度选通和范围选通在多个预定义的不同关注区域的每个关注区域中量化和跟踪移动，以及
ο对于每个关注区域，基于有关量化和跟踪的移动和/或检测和监测的生命体征的至少一个预定义条件的满足，来确定在所述场景中量化和跟踪的移动是与占用者有关还是与外部或内部干扰有关，其中，所述至少一个预定义条件包括：如果在所有或若干个关注范围区域中都存在强烈移动，则可能存在强烈干扰；以及如果仅在有乘坐位置的区域中检测到移动，并且发现生命体征，则能够肯定地认为座椅已被占用。
如在本申请中使用的短语“占用者的生命体征”应特别理解为涵盖占用的心跳和呼吸中的至少一种。如在本申请中使用的术语“占用者”应特别理解为涵盖人类和宠物。
本发明的见解在于：通过使用范围、多普勒和到达角度信息的组合，可以提供稳健的车辆占用检测方法。该方法使得能够检测、量化和跟踪场景的不同区域中的不同移动。然后可以例如通过范围选通来检测、分离和拒绝或抑制内部和外部运动。因此，所公开的方法能够可靠且稳健地将与位于车辆内部的特定关注区域中的占用者有关的信号和由车辆内部事件和/或车辆外部事件引起的干扰信号区分开。
此外，可以检测车辆内部中若干个占用者的存在并且确定他们相对于雷达传感器系统的位置，并可以同时监测相应的生命体征。强烈信号或干扰仅出现在关注区域之外(例如包括座椅排在内的区域)不会影响占用者的任何生命体征信号。结果，可以减少错误警报的数量，并且可以提高雷达传感器系统的稳健性。
在该方法的优选实施例中，确定场景中的量化和跟踪移动是与占用者有关还是与外部或内部干扰有关的步骤是基于有关该量化和跟踪的移动以及检测和监测的生命体征的至少一个预定义条件的满足的时间演化。这样，可以提高方法的稳健性。
优选地，有关量化和跟踪的移动以及检测和监测的生命体征的至少一个预定义条件包括：考虑关于当车辆正在行驶时车辆内部的乘客的数量保持恒定的约束。通过使用这种考虑，可以排除车辆的内部的多种潜在占用，并且可以在不损害对错误警报的敏感性的情况下实现该方法的更快的反应性。
优选地，将接收到的雷达波分解为范围、多普勒和角度信息的步骤包括：对接收到的雷达波的中频(IF)信号应用快速傅立叶变换，以将接收到的雷达波的IF信号从时域转换到范围域。在合适的实施例中，可以以这种方式容易地获得范围信息。
在该方法的优选实施例中，分解接收到的雷达波的步骤还包括：通过利用至少一个先前接收到的雷达波的IF信号的快速傅立叶变换，从接收到的雷达波的IF信号的快速傅立叶变换中去除静态场景。通过去除静态场景，可以更容易地检测接收到的雷达波的IF信号的快速傅立叶变换的平衡中的移动。
所述静态场景可以通过以下方式去除(但不限于以下方式)：
-从当前接收到的雷达波的IF信号的快速傅立叶变换中减去在先前迭代中计算出的接收到的雷达波的IF信号的快速傅立叶变换，或者
-减去在先前迭代中计算出的接收到的雷达波的IF信号的多个快速傅立叶变换的平均值，或者通过
-应用看起来适合本领域技术人员的任何其他静态场景去除方法(诸如应用高通滤波器等)。
在该方法的优选实施例中，在每个关注区域中量化和跟踪移动的步骤包括：将表示量化的移动的量与用于该量化的至少一个预定义检测阈值进行比较。这可以允许在选通内快速且简单地确定最大量化值的位置。
优选地，用于该量化的至少一个预定义检测阈值是车辆速度和车辆加速度中的至少一个的函数。这样，可以调节所述至少一个预定义检测阈值以匹配不同的驾驶情况，并且由此可以减少错误警报的数量。例如，所述至少一个预定义检测阈值可以随着车辆速度的增大而增大，在该增大的车辆速度下，可以预期由崎岖的路面驾驶引起的车辆晃动会产生较大的干扰信号。
在优选实施例中，可以通过提供来自一个或多个车轮压力传感器的信号，或者通过提供来自车轮压力传感器设备的分析数据，来支持确定车辆内部的占用者的数量。车轮压力信息可以与有关车门活动的信息结合起来，以进一步支持确定占用者的人数。
在该方法的优选实施例中，检测和监测占用者的生命体征的步骤包括：从在每个关注区域中确定的移动处接收到的雷达波的IF信号的快速傅立叶变换中计算相位信号，并通过将频域信号重构为相位相干的时域信号来处理每个相位信号。这样，可以从接收到的雷达波中容易地获得生命体征。
优选地，在每个关注区域中量化和跟踪移动的步骤包括在每个关注区域的预定义区域中计算功率积分。这样，可以容易地实现对特定关注区域中的移动的稳健且可靠的跟踪。
在该方法的优选实施例中，多个预定义的不同关注区域包括范围-方位角、范围-高度或方位角-高度关注区域中的至少一个。这样，可以进一步提高该方法的稳健性。在雷达传感器系统的合适实施例中，可以对具有较大车厢容积的汽车内部进行占用检测，该汽车内部可以例如包括几排座椅。此外，可以实现对在不同的范围-角度关注区域处的若干个占用者的检测，并且可以同时实现对这些占用者的生命体征的监测。
优选地，该方法包括以下步骤：操作信号处理和控制单元，以生成指示所确定的车辆内部的占用的输出信号。这样，可以快速地传递和评估关于确定的车辆内部的占用的信息，并且如果适用的话，可以迅速地采取适当的措施(诸如通过高级驾驶员辅助系统(ADAS)发出警告)。
在本发明的另一方面，提供了一种用于检测车辆内部的占用的雷达传感器系统。该雷达传感器系统包括：雷达发射单元，其被配置为向车辆内部的场景发射雷达波；以及雷达接收单元，其被配置为接收由雷达发射单元发射并且被场景内的对象反射的雷达波。
此外，雷达传感器系统包括信号处理和控制单元，该信号处理和控制单元至少被配置为：从接收到的雷达波中推导出范围信息、多普勒信息和到达角度信息；控制雷达发射单元和雷达接收单元的操作；以及自动执行本文公开的方法的步骤。
在所公开的操作雷达传感器系统以检测车辆内部的占用的方法的上下文中描述的益处完全适用于该雷达传感器系统。
在雷达传感器系统的优选实施例中，雷达发射单元包括多个雷达发射天线，雷达接收单元包括多个雷达接收天线，并且雷达发射天线和雷达接收天线被配置为以多输入多输出(MIMO)配置操作。这样，可以提高雷达传感器系统的角度分辨率。更精细的角度分辨率有助于将与位于车辆内部的特定关注区域中的占用者有关的信号和由车辆内部事件和/或车辆外部事件引起的干扰信号区分开的更佳的能力。
在一种设想的具有多个发射天线的MIMO配置中，每个发射天线应理解为能够以独立方式发射代表相互正交码的雷达波。每个接收天线进一步被理解为能够接收由发射天线中的任一个发射并且在没有任何串扰干扰的情况下被对象反射的雷达波。
另一设想的MIMO配置是时分复用(TDM)-MIMO，其不需要正交码。此外，可以设想将二进制相位调制(BPM)-MIMO配置与本发明一起使用。
如本领域所公知的，MIMO雷达配置提供了关于虚拟孔径的增大尺寸、改善的空间分辨率以及对干扰信号的较低灵敏度的益处。
优选地，雷达发射单元和雷达接收单元形成集成单元，并且包括被配置为以MIMO配置工作的多个(至少两个)收发器天线单元。这样，可以节省硬件零件，并且可以实现雷达传感器系统的更紧凑的设计。
在雷达传感器系统的优选实施例中，雷达发射单元被配置为发射频率调制的连续雷达波。在本领域中众所周知的是频率调制的连续波(FMCW)雷达传感器系统能够提供接收到的雷达波，从接收到的雷达波中可以推导出范围信息、多普勒信息和到达角度信息。
在本发明的又一方面，提供了一种用于控制本文公开的方法的自动执行的软件模块。
要执行的方法步骤被转换为软件模块的程序代码，其中该程序代码可在雷达传感器系统的数字存储单元中实现，并且可由雷达传感器系统的处理器单元执行。优选地，数字存储单元和/或处理器单元可以是雷达传感器系统的信号处理和控制单元的数字存储单元和/或处理单元。替代地或补充地，处理器单元可以是特别地被分配为执行方法步骤中的至少一些的另一处理器单元。
该软件模块可以实现该方法的稳健且可靠的执行，并且可以允许方法步骤的快速修改。
通过参考下文描述的实施例，本发明的这些和其他方面将变得显而易见并得到阐明。
应该指出的是，在前面的描述中单独详述的特征和措施可以以任何技术上有意义的方式相互结合并示出本发明的其他实施例。该描述特别地结合附图来表征和说明本发明。
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，本发明的更多细节和优点将变得显而易见，其中：
图1以侧视图示意性地图示了根据本发明的雷达传感器系统的实施例的配置，该雷达传感器系统用于通过执行根据本发明的操作方法来检测车辆内部的占用以及生命体征监测，
图2a和图2b示出了根据本发明的操作依照图1的雷达传感器系统的方法的实施例的流程图，
图3示出了将接收到的雷达波分解为范围、多普勒和角度信息之后的范围信息的曲线图，
图4是图示在关注区域中量化和跟踪移动的步骤的详细流程图，
图5是图示在关注区域中量化和跟踪移动的替代步骤的详细流程图，
图6示意性地图示了覆盖依照图1的位于车辆乘客厢中的后座座椅的预定义的不同的关注区域，
图7图示了基于预定义条件的满足的时间演化来确定座椅占用的步骤，该预定义条件包括考虑关于乘客数量的约束，以及
图8示意性地图示了所确定的占用之间的快速和慢速转变。
具体实施方式
图1以侧视图示意性地图示了根据本发明的雷达传感器系统10的实施例的配置，该雷达传感器系统10用于通过执行根据本发明的操作方法来通过生命体征监测来检测车辆32的内部34中的占用。车辆32的内部34由轿车型乘用车的乘用车车厢形成。图1示出了占用驾驶员座椅的乘客28和占用乘用车的三座椅式后排座椅46中的一个座椅的另一乘客30的侧视图。可能会存在占用三座椅式后排座椅46的乘客前座或其他座椅的更多的乘客(未示出)。
雷达传感器系统10包括雷达发射单元12，在该特定实施例中，该雷达发射单元12被配置为发射频率调制的连续雷达波(FMCW)，并且在该特定实施例中，雷达发射单元12包括多个(三个)雷达发射天线14。在其他实施例中，雷达发射单元可以被配置为发射通过频移键控(FSK)调制的雷达波，或者雷达发射单元可以被配置为发射雷达脉冲。此外，在其他实施例中，发射天线的数量可以不同。在该特定实施例中，雷达发射单元12被配置成为三个雷达发射天线14提供雷达信号，该雷达信号如本领域中已知的那样具有以锯齿模式进行频率调制的雷达载波频率，但是也可以设想其他频率调制模式(诸如三角形、正弦调制或看起来适合于本领域技术人员的任何其他模式)。在该特定实施例中，雷达传感器系统10的雷达载波频率可在77GHz和81GHz之间的雷达频率范围内选择，但是也可以根据应用选择其他频率范围(例如57GHz和64GHz之间的范围)。雷达发射天线14安装在车顶内衬的前部区域中并且指向后方。雷达发射单元12被配置为经由雷达发射天线14朝向由车辆乘客厢给出的车辆内部34内的场景(并且尤其朝着驾驶员28和其他潜在地存在的乘客30的胸部和腹部区域)发射雷达波16。
雷达传感器系统10还包括雷达接收单元18，该雷达接收单元18具有三个雷达接收天线20，并且被配置为接收由雷达发射单元12发射并且被场景内的对象反射的雷达波22，在车辆内部34中，乘客28、30存在于该雷达波22之间。
在该特定实施例中，三个雷达发射天线14中的每一个与三个雷达接收天线20中的一个配对，以共同地位于单站式布置中，这在图1中通过使用组合符号来指示。在其他实施例中，双站式布置或具有相等或不相等数量的雷达发射天线和雷达接收天线的任何其他布置也是可能的。在该特定实施例中，雷达发射单元12和雷达接收单元18各自形成收发器单元24的集成部分，从而共享共用的电子电路和共用的壳体。在其他实施例中，雷达发射单元和雷达接收单元可以被设计为单独的单元。
在该特定实施例中，由三个雷达发射天线14和三个雷达接收天线20形成的三个收发器天线被配置为以多输入多输出(MIMO)配置进行操作。
在MIMO配置中，每个收发器天线被理解为能够以独立方式发射代表相互正交码的雷达波。每个收发器天线还被理解为能够接收由其自身和任何其他收发器天线单元发射并且被对象反射的雷达波，而没有任何串扰干扰。如本领域所公知的，MIMO雷达配置提供了关于虚拟孔径的增大尺寸、改善的空间分辨率以及对干扰信号的较低灵敏度的益处。
此外，雷达传感器系统10包括信号处理和控制单元26，该信号处理和控制单元26连接到雷达发射单元12以控制雷达发射单元12的操作。信号处理和控制单元26还连接到雷达接收单元18，以用于接收由雷达接收单元18从接收到的雷达波22生成的雷达信号。
信号处理和控制单元26被配置为从接收到的雷达信号的IF信号中推导出范围信息、多普勒信息和到达角度信息。信号处理和控制单元26包括处理器单元和数字数据存储单元(未示出)，处理器单元可对该数字数据存储单元进行数据访问。
在下文中，将参照图1以及图2a和图2b(其提供了该方法的流程图)大致地描述操作雷达传感器系统10以通过生命体征监测来检测车辆的内部的占用的方法的实施例。在准备操作雷达传感器系统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所示进行配置。
为了能够自动地并且以受控的方式执行该方法，信号处理和控制单元26包括软件模块36。要执行的方法步骤被转换为软件模块36的程序代码。程序代码在信号处理和控制单元26的数字数据存储单元中实现，并且可由信号处理和控制单元26的处理器单元执行。
该方法的执行可以例如但不限于通过打开乘用车点火装置来启动。其他启动方法也是可能的。如图2a和图2b所示，该方法的步骤以迭代方式执行。
在该方法的第一步骤60中，雷达发射单元12由信号处理和控制单元26操作，以向车辆乘客厢发射雷达波16。在另一步骤62中，由信号处理和控制单元26操作雷达接收单元18，以接收由雷达发射单元12发射并且被场景中的任何对象处、特别是存在于车辆乘客厢中的乘客28、30处的反射以及更具体地通过乘客28、30的胸部和腹部区域处的反射生成的雷达波22。
在下一步骤64中，操作信号处理和控制单元26以将接收到的雷达信号的IF信号分解为范围信息、多普勒信息和角度信息。为此，信号处理和控制单元26对作为时域信号的接收到的雷达信号的IF信号应用快速傅立叶变换(FFT)，以提取范围信息。通过这样做，接收到的雷达信号的IF信号被转换到频域。在另一步骤66中，通过减去先前接收到的雷达信号的IF信号的FFT(例如在先前迭代中已经接收到的雷达信号的IF信号)来去除静态场景。
图3示出了在将接收到的雷达信号的IF信号分解为范围、多普勒和角度信息的步骤64之后以及在去除静态场景的步骤66之后的范围信息的曲线图。图3中通过水平轴上的范围仓表示的范围包括多个预定义的关注区域：多个短距关注区域38；座椅关注区域40，其对应于雷达接收单元18和三座椅式后排座椅46之间的距离；以及多个远距关注区域42。接收到的雷达信号的IF信号的FFT的范围信息显示了一个峰值，该峰值分布在座椅关注区域40的多个范围仓上。
在该方法的下一步骤68中，通过角度选通和范围选通量化和跟踪每个预定义的关注区域38、40、42中的移动。
为此，计算代表移动量的移动指示indseat。在该特定实施例中，移动指示indseat由要在每个关注区域38、40、42的预定区域中计算的功率积分给出。沿着接收到的雷达信号的IF信号的FFT的范围信息，通过将代表移动的量的功率积分与该功率积分的预定义检测阈值进行比较来搜索最大值。如果该量超过预定义检测阈值，则将找到的最大值中的每一个的范围仓索引放置到预定义大小的缓冲区中。然后，在每次新的迭代中计算每个缓冲区内容的中位数。
在该特定实施例中，用于功率积分的预定义检测阈值是对于每个预定义关注区域38、40、42恒定的数字。在替代实施例中，用于功率积分的预定义检测阈值可以是车辆速度和车辆加速度中的至少一个的函数。
图4图示了干扰检测的示例，其中示出了在三个不同的关注区域(短距区域38，座椅区域40和远距区域42)中量化和跟踪移动的步骤68的详细流程图。对于每个关注区域38、40、42，用于功率积分的检测阈值thrseat,thrshort,thrlong被预定义。各种检测阈值thrseat,thrshort,thrlong可以相等，但不是必须相等。在该特定实施例中，所有三个检测阈值thrseat,thrshort,thrlong互不相同。
只要移动指示indseat,indS,indL超过相应关注区域的检测阈值thrseat,thrshort,thrlong，对应的检测标志44就被设置为值“1”，这意味着在相应的关注区域38、40、42中检测到显著移动。如果在所有的三个关注区域38、40、42中都检测到显著移动，则可以肯定地认为存在强烈干扰，这可能是例如由于强风猛刮等使车辆32晃动而引起的。
在图5的详细流程图中图示了在关注区域中量化和跟踪移动的替代步骤。在此，将接收到的雷达信号FFT划分为N个短距关注区域、M个远距关注区域和座椅关注区域。
如图5所示，将每个短距区域的移动指示indSi,i＝1,…,N与对应的检测阈值Thr进行比较。每当第i个短距区域的指示超过对应的检测阈值时，将检测标志pSi设置为值“1”，否则将可变检测标志pSi保持在值“0”。然后，将pSi,i＝1,…,N的值用于计算概率，将该概率与概率阈值pthr进行比较，以确定是否存在短距干扰。
以类似的方式，将每个远距区域的移动指示indLj,j＝1,…,M与对应的检测阈值Thr进行比较，并且获得远距检测标志pLj,j＝1,…,M。根据远距检测标志pLj的值计算概率，将该概率与概率阈值pthr进行比较以确定是否存在远距干扰。
在该实施例的变型中，变量pSi,i＝1,…,N和pLj,j＝1,…,M可以取加权值，而不是“1”和“0”。
如前所述，车辆32的三座椅式后排座椅46位于依照图3的范围座椅关注区域40中。包围三座椅式后排座椅46的空间被进一步分为对应于右侧乘坐位置48、中间乘坐位置50和左侧乘坐位置52(图6)的三个预定义关注区域。根据范围和方位角(角度量)定义预定义关注区域，该范围和方位角可以按照常规方式转换为笛卡尔坐标x、y和z。
计算每个乘坐位置48、50、52的移动指示，并将其与对应于相应乘坐位置48、50、52的检测阈值进行比较。为此，在每个预定义区域中计算功率积分，并如前所述在每次新的迭代中计算每个缓冲区内容的中位数(其是所发现的最大值中的每一个的范围仓索引)。该方法步骤的每次新的迭代都有助于缓冲区的时间演化。
可以类似于国际申请WO 2015/022358 A1中描述的方法来实现关于缓冲区的时间演化的缓冲区策略。
作为该方法的另一步骤78，在每个关注区域38、40、42中检测和监测由呼吸移动形成的占用者的生命体征。这在步骤80中通过如下方式实现：从在每个关注区域38、40、42中确定的移动处(即在缓冲区内容的每个中位数处)的接收到的雷达波22的IF信号的FFT计算相位信号；以及在将频域信号重构为相位相干的时域信号的步骤82中处理每个相位信号。
对于每个关注区域38、40、42，在另一步骤84中，基于有关量化和跟踪的移动和/或检测和监测的生命体征的预定义条件的满足，确定在场景中量化和跟踪的移动是与占用者有关还是与外部或内部干扰有关。
在该特定实施例中，第一预定义条件是：如果仅在座椅关注区域40中检测到移动，并且检测到生命体征，则确定场景中的移动与占用特定的座椅关注区域40的座椅占用者有关。第二预定义条件是：如果在短距关注区域38、座椅关注区域40和远距关注区域42中均检测到移动，则确定场景中的移动与座椅占用者无关，而是与强烈干扰(诸如由于风猛刮或者由于崎岖的路面行驶而导致的车辆32晃动)的存在有关。
在该方法的另一步骤86中，操作信号处理和控制单元26以生成输出信号，该输出信号指示所确定的车辆内部34的占用。
在该方法的变型中，确定场景中的量化和跟踪的移动是与占用者有关还是与外部或内部干扰有关的步骤84基于有关量化和跟踪的移动以及检测和监测的生命体征的预定义条件的满足的时间演化。在该方法的这种变型中，预定义条件的满足或不满足必须持续预定义的迭代次数(这与预定义的判定时间有关)。
可以缩短判定时间以提高反应性，但以更高的错误警报敏感性为代价；或者可以增加判定时间以提高稳健性，但以降低反应性为代价(即检测正在改变乘坐位置的占用者可能需要花费更长的时间)。
为了克服判定时间长的问题，有关量化和跟踪的移动以及检测和监测的生命体征的预定义条件包括考虑关于在车辆32关闭车门进行操作时(图1)车辆内部34的乘客的数量保持恒定的约束。
图7图示了基于包括对上述约束的考虑在内的预定义条件的满足的时间演化来确定座椅占用的步骤。
三座椅式后排座椅46的占用状态可以用3位字表示，例如(0,1,0)，其含义为：“空”(左乘坐位置)，“已占用”(中间乘座位置)，“空”(右乘座位置)。
在与新的乘坐位置有关的缓冲值54在比判定时间短的预定义时间段58内连续增加，同时与旧的乘坐位置有关的另一个历史缓冲值56在同一时间段58内连续降低之后，检测到占用者从一个乘坐位置改变到另一个乘座位置。如果检测到此情况，则将新的乘坐位置的占用状态设置为“已占用”，而将旧的乘坐位置的占用状态立即设置为“空”。
如图8所示，在占用者的数量保持恒定的情况下，该占用状态转变在占用转变情况中的任一种情况中进行。这些潜在的占用转变(其可以称为“快速转变”，因为他们不需要打开和关闭车辆32的门中的任何一种)针对图8的左手侧的车辆32的三座椅式后排座椅46和一个座椅占用者示出。在图8的右手侧，示出了车辆32的三座椅式后排座椅46和两个座椅占用者的“快速占用转变”。具有不恒定数量的占用者的潜在的占用转变(其被称为“慢速转变”)需要打开和关闭车辆32的门，并因此在常规判定时间之后确定。
尽管已经在附图和前面的描述中详细地图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述应被认为是说明性或示例性而非限制性的；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，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，其含义是表达至少两个的量。在互不相同的从属权利要求中记载某些措施的事实并不表示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记都不应被解释为限制范围。
附图标记列表
10 雷达传感器系统
12 雷达发射单元
14 雷达发射天线
16 发射的雷达波
18 雷达接收单元
20 雷达接收天线
22 接收到的雷达波
24 收发器单元
26 信号处理和控制单元
28 乘客
30 乘客
32 车辆
34 车辆内部
36 软件模块
38 短距关注区域
40 座椅关注区域
42 远距关注区域
44 标志
46 三座椅式后排座椅
48 右乘坐位置
50 中间乘座位置
52 左乘座位置
54 缓冲值
56 缓冲值
58 预定义时间段
indSi 移动指示短距关注区域
indLi 移动指示远距区域关注区域
indseat 移动指示座椅关注区域
pSi 短距区域检测标志
pLj 远距区域检测标志
pthr 概率阈值
Thr 移动指示的阈值
thrshort 阈值短距区域
thrseat 阈值座椅区域
thrlong 阈值远距区域

Claims (15)

1.一种操作雷达传感器系统(10)的方法，所述方法用于通过生命体征监测来检测车辆(32)的内部(34)的占用；所述雷达传感器系统(10)包括：
-雷达发射单元(12)，其被配置为向车辆内部(34)内的场景发射雷达波(16)，
-雷达接收单元(18)，其被配置为接收由所述雷达发射单元(12)发射并且被所述场景内的对象反射的雷达波(22)，以及
-信号处理和控制单元(26)，其至少被配置为从接收到的雷达波(22)中推导出范围信息、多普勒信息和到达角度信息；
并且所述方法至少包括将以迭代方式进行的以下步骤：
-操作所述雷达发射单元(12)以向车辆内部(34)内的场景发射(60)雷达波，
-操作所述雷达接收单元(18)以接收(62)通过发射的雷达波(16)的反射而生成的至少一个雷达波，
-操作所述信号处理和控制单元(26)以：
o将接收到的至少一个雷达波(22)分解(64)为范围、多普勒和角度信息，以及
o在多个预定义的不同关注区域(38、40、42)的每个关注区域(38、40、42)中检测(78)和监测占用者(28、30)的生命体征，
其特征在于，操作所述信号处理和控制单元(26)的步骤包括：
o通过角度选通和范围选通在多个预定义的不同关注区域(38、40、42)的每个关注区域(38、40、42)中量化和跟踪(68)移动，以及
o对于每个关注区域(38、40、42)，基于有关量化和跟踪的移动和/或检测和监测的生命体征的至少一个预定义条件的满足，来确定(84)在所述场景中量化和跟踪的移动是与占用者(28、30)有关还是与外部或内部干扰有关，其中，所述至少一个预定义条件包括：如果在所有或若干个关注区域(38、40、42)中都存在强烈移动，则可能存在强烈干扰；以及如果仅在有乘坐位置的区域中检测到移动，并且发现生命体征，则能够肯定地认为座椅已被占用。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，确定(84)在所述场景中量化和跟踪的移动是与占用者(28、30)有关还是与外部或内部干扰有关的步骤是基于有关量化和跟踪的移动以及检测和监测的生命体征的至少一个预定义条件的满足的时间演化。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，有关量化和跟踪的移动以及检测和监测的生命体征的至少一个预定义条件包括：考虑关于当车辆(32)正在行驶时车辆内部(34)的乘客(28、30)的数量保持恒定的约束。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，将接收到的雷达波(22)分解(64)为范围、多普勒和角度信息的步骤包括对接收到的雷达波(22)的中频信号应用快速傅立叶变换，以将接收到的雷达波(22)的中频信号从时域转换到范围域。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，分解(64)接收到的雷达波(22)的步骤还包括：通过利用至少一个先前接收到的雷达波(22)的中频信号的快速傅立叶变换，从接收到的雷达波(22)的中频信号的快速傅立叶变换中去除静态场景。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在每个关注区域(38、40、42)中量化和跟踪(68)移动的步骤包括：将表示量化的移动的量与用于所述量化的至少一个预定义检测阈值(thrseat,thrshort,thrlong)进行比较。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，用于所述量化的所述至少一个预定义检测阈值(thrseat,thrshort,thrlong)是车辆速度和车辆加速度中的至少一个的函数。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其中，检测(78)和监测占用者(28、30)的生命体征的步骤包括：从在每个关注区域(38、40、42)中确定的移动处接收到的雷达波(22)的IF信号的快速傅立叶变换计算(80)相位信号；以及通过将频域信号重构(82)为相位相干的时域信号来处理每个相位信号。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在每个关注区域(38、40、42)中量化和跟踪(68)移动的步骤包括：在每个关注区域(38、40、42)的预定义区域中计算功率积分。
10.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述多个预定义的不同关注区域(38、40、42)包括范围-方位角、范围-高度或方位角-高度关注区域中的至少一个。
11.根据权利要求1或2所述的方法，包括以下步骤：操作所述信号处理和控制单元，以生成(86)指示所确定的车辆内部(34)的占用的输出信号。
12.一种雷达传感器系统(10)，其用于检测车辆(32)的内部(34)的占用并用于生命体征监测，所述雷达传感器系统(10)包括：
-雷达发射单元(12)，其被配置为向车辆内部(34)内的场景发射雷达波(16)，
-雷达接收单元(18)，其被配置为接收由所述雷达发射单元(12)发射并且被所述场景内的对象反射的雷达波(22)，以及
-信号处理和控制单元(26)，其至少被配置为：从接收到的雷达波(22)中推导出范围信息、多普勒信息和到达角度信息；控制所述雷达发射单元(12)和所述雷达接收单元(18)的操作；以及自动执行根据前述权利要求中任一项所述的方法的步骤。
13.根据权利要求12所述的雷达传感器系统(10)，其中，所述雷达发射单元(12)包括多个雷达发射天线(14)，所述雷达接收单元(18)包括多个雷达接收天线(20)，并且所述雷达发射天线(14)和所述雷达接收天线(20)被配置为以多输入多输出配置操作。
14.根据权利要求12或13所述的雷达传感器系统(10)，其中，所述雷达发射单元(12)被配置为发射频率调制的连续雷达波。
15.一种存储有程序代码的数字数据存储单元，所述程序代码可由雷达传感器系统(10)的处理器单元或单独的控制单元执行，以实现根据权利要求1至11中任一项所述的方法。
CN201980039129.4A 2018-06-11 2019-06-07 通过生命体征监测进行稳健的车辆占用检测的方法 Active CN112272779B (zh)

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