PCB新聞 - 互動式雷達感測器創造全面的駕駛艙體驗

新 感測器科技 可以促進駕駛員輔助系統的創新, 汽車自動化, 汽車網絡, 和移動服務. 隨著行車自動化水准的提高, 車內系統的徹底變革使車外輔助系統更加强大, 從而創造整體駕駛體驗. 本文主要介紹短程雷達感測器如何為一些汽車駕駛艙傳感應用提供支援, 即駕駛員監控系統和乘員監控系統.
Human-computer interaction (HMI) is becoming an area where automakers are pursuing differentiation. 2.015年首次出現汽車人機交互技術, 當它只使用紅外監視器和MEMS觸覺迴響系統來實現簡單的手勢感知時. 今天, 這 PCB科技 已朝著完全個性化和超大數位顯示幕的方向發展. 拜頓的M位元組48英寸副駕駛顯示器和戴姆勒的MBUX系統就是典型的例子. 這些汽車儀錶將徹底改變人機交互.

感測器在小型化、儀錶板處理、能效和易於集成方面的進步將推動雷達感測器和飛行時間感測器等更新和更先進科技的發展。 此外，感測器融合預示著未來的發展方向，例如聲音和手勢的結合，以可靠地預測用戶的目標動作，在用戶接近時點亮顯示按鈕，並區分駕駛員和乘客的輸入資訊。 所需的資訊、美學設計、環境因素和計算成本將定義特定用例的科技。 有許多相關的用例，包括但不限於舒適應用，如手勢感應和被動安全應用。

根據世界衛生組織的統計數字，每年約有130萬人死於交通事故，其中73%是人為失誤造成的。 據美國國家公路交通安全管理局（National Highway Traffic Safety Administration of 這個 United States）統計，每年有50多名兒童因中暑滯留在車內而死亡。 2歐盟和東盟的新車驗收計畫已經在採取措施引入兒童存在檢測系統和駕駛員監控系統。 美國汽車製造商聯盟於2019年9月簽署了一項關於後座提醒系統的自願協定； 3同時，聯合國歐洲經濟委員會第16號法規全面描述了歐盟和日本等國家的安全帶提醒和限制。 系統功能標準。 4囙此，在法律法規的推動下，駕駛艙中創新的被動安全應用正在給道路安全帶來變化。

Radar processing-a new transformation
The working principle of radio detection and ranging (radar) is to emit electromagnetic waves and then receive the electromagnetic waves reflected by the object. 大多數與目標相關的資訊都隱藏在雷達接收到的電磁波的相位和頻率中. 該資訊可以輕鬆選取並用於定位目標的基本參數，如距離, 角, 和速度. Through the conversion of two-dimensional and three-dimensional signals (such as distance Doppler or micro-Doppler), 可以獲得更多資訊來瞭解身體的細微運動, 甚至心跳和呼吸引起的胸部運動. 用於分類, 也可以使用雷達點雲影像.

雷達的一些獨特優勢是，它可以從形狀角度感知物體，而不依賴於光照條件，可以通過內部編碼資訊維護數據隱私，並且可以在視線和非視線條件下工作。 但是它的應用取決於具體的用例。 下麵將討論一些示例。

Driver monitoring system
For driver monitoring systems, 現時最先進的感測器科技是2D監視器. 這些監視器通常直接安裝在駕駛員前方的方向盤或儀錶板上，靠近車速錶和轉速表. 例如，在非常有必要瞭解駕駛員整體生理健康的情况下, 在交通堵塞的情况下, 可能需要採用多感測器組合方法來實現2級或更高級別的自主駕駛. 錶1總結了適用於不同用例的一些方法.

在標準的雷達生命體征信號處理過程中，需要使用雷達干涉量測科技來監測被檢測目標的相位隨時間的變化。 6、7經過距離的快速傅立葉轉換（FFT）處理後，傳統的1D CFAR科技可以與距離譜上的峰值蒐索或峰均功率比（PAPR）相結合。潜在目標距離bin中慢時域中的峰均功率比用作選擇潜在目標的名額。 對於靜止目標，FFT峰值在慢時域接近FFT譜的平均值； 如果是振動目標，如心跳或呼吸，則平均值非常小，使PAPR較大。

在預先選擇目標距離間隔後，可以通過兩種方式進行生命體征都卜勒檢測：1。 估計慢速時域中IQ數據的標準差，以查看其是否在規定值的範圍內； 2、如果在生命體征頻率範圍內，如果在0.2-3.3 Hz範圍內沒有能量峰值，則使用距離譜進行量測。 由於白色雜訊會使錯誤的訊號成為有效訊號，囙此在訊號通過帶通濾波器以濾除靜態目標之前，都卜勒檢測是非常重要的一步。

完成生命體征檢測後, 橢圓重建算灋用於校正達到上述標準距離間隔的IQ數據，以消除偏移, 硬體缺陷引起的相位和幅度不平衡. 將橢圓映射到完美圓上, 橢圓重建有助於消除這些振幅和相位偏移. 8圖2顯示了當橢圓重建算灋用於正常生命體征目標且隨機身體運動干擾重建時重建的IQ訊號.
下一個, 獲得的訊號相位用於通過相位解包裹模塊從波的2Ï倍數重建波的原始真實相位. For phase jumps greater than -π or +π, 需要加或减, 分別地. The unfolded phase contains the displacement signal:
Among them: λ is the wavelength of the carrier, and ϕ(t) is the phase extracted in the slow time domain.
產生的位移訊號包含呼吸訊號和心率訊號的疊加. 當起始頻率和停止頻率為0時，讓位移訊號通過帶通濾波器來估計呼吸頻率.2 Hz和0.4赫茲, 分別地 心率估計為0.8 Hz和3 Hz, 分別地. 有很多方法可以估計呼吸頻率或心率, including:

1. The distance spectrum estimation technology requires fast Fourier transform (FFT) on the filtered displacement signal. 通過FFT距離譜中心率和呼吸頻率的峰值, 心率和呼吸頻率可單獨估計. 圖3顯示了使用距離譜分析方法對生命體征的頻率估計.
2. 通過統計濾波時域位移訊號的峰值來估計呼吸頻率和心率. 圖4通過對過濾後的時域數據進行峰值統計來估計生命體征的頻率. 紅色3角形表示在心跳訊號視窗中檢測到的峰值.
駕駛艙傳感是一個新興市場, 預計隨著地方法規的出臺，它將取得長足的進步. 雷達被認為是一種極具潜力的科技，可用於解决包括被動安全應用在內的許多問題, 例如擱淺兒童檢測和存在感測. 創新的信號處理和深度學習科技將使這些應用程序的可靠性達到更高的水准, 以實現計算成本之間的完美平衡, 特定用例所需的資訊程度, 和系統功耗. 未來, the PCB多感測器 融合方法應該能够通過實現感測器冗餘來創建更完整、更可靠的系統.