[發明專利]對有生命對象的基于調頻連續波(FMCW)雷達的檢測

在審

• 申請號: 202110302496.8
• 申請日: 2021-03-22
• 公開（公告）號: CN113495263A
• 公開（公告）日: 2021-10-12
• 發明（設計）人: 彭政諭;J·F·瑟西;A·拉赫曼
• 申請（專利權）人: 安波福技術有限公司
• 主分類號: G01S13/04
• 分類號: G01S13/04;G01S7/41
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 錢慰民;張鑫

本公開的技術使得能夠對有生命對象進行基于調頻連續波雷達的檢測。雷達不是生成由空閑時段間隔開的每個啁啾的啁啾模式，而是生成具有由空閑時段間隔開的多個啁啾的啁啾模式。通過將傅立葉變換應用于每個幀的接收器信號，雷達確定每個幀的作為距離的函數的振幅。雷達計算兩個幀的振幅之間的標準偏差，并且隨后，針對每個附加幀，雷達遞增地更新標準偏差，以包括附加幀的振幅貢獻。也就是說，雷達不是針對每個新幀重新計算標準偏差，而是將標準偏差遞增新幀的振幅的一部分，新幀的振幅的該部分與迄今為止生成的幀的總數量成比例。響應于標準偏差滿足噪聲閾值，雷達輸出對有生命對象的指示。

背景技術

各種傳感器可用作交通工具(vehicle)內的乘員檢測器。雷達特別適用于檢測甚至是最難檢測到的有生命對象，諸如睡著的或保持靜止的乘客。睡在毯子下和/或汽車座椅中的嬰幼兒的生命體征(例如心跳信號、呼吸信號)具有獨特的(distinct)雷達特征。具有長積分時間和小占空比的調頻連續波(FMCW)雷達系統可以將由睡著的兒童所引入的細微信號變化與由噪聲和視場中的其他對象所引入的信號變化隔離開來，由噪聲和視場中的其他對象所引入的信號變化與由睡著的兒童所引入的細微信號變化不同。由FMCW雷達生成的熱噪聲可以輕易地掩蓋由靜止的有生命對象隨時間推移而引入的細微的信號振幅變化；有生命對象，尤其是處于久坐狀況下(例如睡覺)的兒童的雷達橫截面(radar cross-section)比交通工具內其他對象的雷達橫截面小得多，因此可以很容易被交通工具內其他對象的雷達橫截面遮蓋。雷達橫截面是雷達對對象的可檢測程度的度量。較大的雷達橫截面指示更容易被檢測到對象。指示小孩的心跳或呼吸的雷達反射可能與熱噪聲無法區分開。

提高該區別的一種方法是：通過利用增大FMCW雷達的輻射功率來增大來自有生命對象的雷達反射與無生命對象的雷達反射(包括噪聲)之間的信噪比(SNR)，增大FMCW雷達的輻射功率除了使用更多的電力之外，還可引起一些健康問題。增大SNR的另一種方法是：增大FMCW雷達的占空比，并對雷達反射應用傅立葉變換，以將由有生命對象引起的反射與由靜止的對象或噪聲引起的反射區分開。然而，這是以顯著增加FMCW雷達的計算負荷和功耗為代價的。

發明內容

本公開的技術使得能夠對有生命對象進行基于調頻連續波(FMCW)雷達的檢測。雷達收發器不是針對每個幀都生成具有由長的空閑時段間隔開的個體啁啾的典型啁啾(chirp)模式，而是生成具有由長的空閑時段間隔開的多個啁啾的群組的多啁啾模式。幀是如下的持續時間：在該持續時間期間，啁啾模式具有：多個啁啾的第一時段，在第一時段之后是空閑時間的第二時段。通過將傅立葉變換(例如，快速傅立葉變換或“FFT”)應用于每個幀的接收器信號(例如，包括基帶數據的數字拍頻信號(beat signal))，雷達確定每個幀的、作為距離(range)的函數的、接收器信號的振幅。雷達系統計算兩個幀的振幅之間的標準偏差，并且對于每個附加幀，雷達將遞增地(incrementally)更新兩個幀的振幅之間的標準偏差，以包括附加幀的振幅貢獻。也就是說，雷達系統不是響應于每個新幀從零開始重新計算標準偏差，而是將先前的標準偏差“遞增地”調整新幀的振幅的一部分(fraction)，該部分與迄今為止生成的幀總數量成比例。響應于經調整的標準偏差滿足噪聲閾值，雷達輸出對有生命對象的指示。與常規的FMCW雷達系統相比，本公開的技術以改進的信噪比實現對有生命對象的基于雷達的檢測，并因此實現更高的準確性。相對于常規的FMCW雷達系統，所描述的系統和技術改進了有生命對象檢測，而沒有增加輻射功率、功耗、成本或計算負荷。

在一些方面，FMCW雷達系統包括：天線陣列、被配置成經由天線陣列生成雷達信號的收發器、以及處理單元。在一個示例中，處理單元被配置成指令(direct)收發器通過在多個幀上生成具有啁啾模式的雷達信號來檢測對象，該啁啾模式具有：多個啁啾的第一時段，在第一時段之后是空閑時間的第二時段。處理單元對在多個幀中每個幀內獲得的雷達信號的反射應用傅立葉變換，以確定多個幀中每個幀的、作為距離的函數的相應振幅，并基于多個幀中每個幀的相應振幅，確定多個幀的、作為距離的函數的振幅的標準偏差。處理單元被進一步配置成：響應于多個幀的振幅的標準偏差滿足噪聲閾值，輸出對在多個幀期間檢測到有生命對象的指示。