雷达座舱系统及车内驾乘人员检测系统及检测方法与流程

1.本发明涉及一种雷达座舱系统及车内驾乘人员检测系统及检测方法。


背景技术：

2.目前，随着汽车的普及，为了保证驾驶员行车安全以及车辆着车或者熄火状态下乘客的占座状态和儿童遗留情况，越来越多的车载传感器被添加到座舱内部，对驾驶员以及乘客的状态进行实时的监测。车内生命体征检测雷达用于监测驾驶员生命体征是否正常，而占位雷达用于检测乘客的占位情况，以便确认是否正确系上安全带。同时占位检测雷达还可用于儿童遗留提醒，谨防出现儿童遗忘在车内，而家长锁车离去的危险情况出现。
3.但是，在现有技术中，座舱系统的传感器都是独立的雷达模组安装在车辆内部的，为了实现额外的功能，就需要加入额外的传感器进行车辆的检测，这样会在车身加入更多的通信线束、传感器模组等，不仅增加了成本，同时也增加了车身重量，增加油耗，不利于节能减排的环保需求。同时，如何在出现疲劳驾驶和乘车人员遗留时及时进行预警和干预，并提高检测的准确度，是当下急需解决的问题。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种雷达座舱系统及车内驾乘人员检测系统及检测方法，简化了系统结构，同时实现占座检测、乘车人员遗留检测报警和疲劳驾驶预警。
5.为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种雷达座舱系统，它包括雷达座舱域控制器、与所述雷达座舱域控制器相连的前阅读灯雷达、后阅读灯雷达和驾驶位雷达；所述雷达座舱域控制器用于对前阅读灯雷达、后阅读灯雷达和驾驶位雷达发送的雷达数据进行后处理和点云计算；所述前阅读灯雷达用于对前排占位情况进行检测，所述后阅读灯雷达用于对后排占位情况进行检测，所述驾驶位雷达用于检测驾驶人员的生命体征。
6.进一步，所述前阅读灯雷达包括第一pmic电源管理器、第一ldo线性稳压器、前集成模组mcu模块、前雷达模组、前灯珠驱动芯片和前led灯珠，所述第一pmic电源管理器的输入端连接车身电源，所述第一pmic电源管理器的输出端与第一ldo线性稳压器的输入端相连，所述第一ldo线性稳压器的输出端为前集成模组mcu模块和前灯珠驱动芯片供电，所述前雷达模组与前集成模组mcu模块相连，所述前灯珠驱动芯片的输入端与前集成模组mcu模块相连，所述前灯珠驱动芯片的输出端与前led灯珠相连，所述前集成模组mcu模块与雷达座舱域控制器相连。
7.进一步，所述后阅读灯雷达包括第二pmic电源管理器、第二ldo线性稳压器、后集成模组mcu模块、后雷达模组、后灯珠驱动芯片和后led灯珠，所述第二pmic电源管理器的输入端连接车身电源，所述第二pmic电源管理器的输出端与第二ldo线性稳压器的输入端相
连，所述第二ldo线性稳压器的输出为后集成模组mcu模块和后灯珠驱动芯片供电，所述后雷达模组与后集成模组mcu模块相连，所述后灯珠驱动芯片的输入端与后集成模组mcu模块相连，所述后灯珠驱动芯片的输出端与后led灯珠相连，所述后集成模组mcu模块与雷达座舱域控制器相连。
8.进一步，所述驾驶位雷达包括第三pmic电源管理器、第三ldo线性稳压器、驾驶位雷达mcu模块和驾驶位雷达模组，所述第三pmic电源管理器的输入端连接车身电源，所述第三pmic电源管理器的输出端与第三ldo线性稳压器的输入端相连，所述第三ldo线性稳压器的输出为驾驶位雷达mcu模块供电，所述驾驶位雷达模组与驾驶位雷达mcu模块相连，所述驾驶位雷达mcu模块与雷达座舱域控制器相连。
9.进一步，所述雷达座舱域控制器包括域控制器mpu模块、域控制器mcu模块和电源模块；所述域控制器mpu模块用于对雷达数据和点云信息进行处理和运算；所述域控制器mcu模块用于域控制器内部的硬件管理和控制；所述电源模块用于给雷达座舱域控制器中的各个模块供电。
10.一种车内驾乘人员检测系统，它包括车身域控制器、通信模组、人车交互模块、车辆驾驶模块以及雷达座舱系统，所述通信模组、人车交互模块、车辆驾驶模块和雷达座舱系统均与车身域控制器相连，所述雷达座舱系统分别与通信模组和人车交互模块相连。
11.一种车内驾乘人员检测系统的检测方法，它包括如下步骤：步骤s1、车辆启动后，雷达座舱系统上电工作，前排阅读灯雷达对前排占位情况进行检测，后排阅读灯雷达对后排占位情况进行检测，同时结合车辆安全带的落锁情况，当出现行车状态有座位探测到占位情况，但安全带未落锁，则会在人车交互模块的驾驶屏幕中显示未落锁座位，并进行提示音提示；步骤s2、车辆行驶过程中，驾驶位雷达对驾驶人员进行生命体征检测，判断驾驶人员是否存在疲劳驾驶风险，若存在疲劳驾驶风险，则进行疲劳驾驶风险预警；步骤s3、车辆停车熄火后，若主驾驶位以外乘客位存在占位情况，人车交互模块的显示屏提示携带乘客下车，且当主驾位车门解锁后，人车交互模块的扬声器进行乘客未下车警告；步骤s4、驾驶员下车后，按压车辆钥匙的锁车按钮，若前排阅读灯雷达和后排阅读灯雷达检测到车内有乘客遗留，车辆门锁不执行上锁响应，同时车辆绑定手机端会收到乘客遗留提示，并附带是否确定上锁指示，手机端点击确认上锁或长按遥控钥匙锁车键3秒后，车辆会强行上锁，但是座舱雷达会继续工作；步骤s5、在锁车后，若前排阅读灯雷达和后排阅读灯雷达仍然检测到有乘客遗留，后排车窗自动打开至程序设定高度，同时车辆绑定手机端收到车内乘客遗留提示和车窗主动打开提示，绑定手机端可完成车辆门锁和车窗的控制。
12.进一步，所述步骤s2具体包括如下步骤：步骤s21、车辆行驶过程中，驾驶位雷达对驾驶人员的生命体征进行监控，所述生命体征包括驾驶人员的呼吸频率和心跳次数；步骤s22、若驾驶位雷达检测到驾驶人员存在疲劳驾驶风险，人车交互模块的扬声器会打开提醒驾驶人员提示音，同时人车交互模块的显示屏提示驾驶人员是否需要寻找附
近的休息区进行休息；步骤s23、若驾驶位雷达检测到驾驶人员存在生命体征异常情况，人车交互模块的显示屏提示驾驶人员是否需要系统介入，驾驶人员确认介入后，车身域控制器开启辅助驾驶功能，双闪灯开启，车辆逐步降速，并驶入应急车道直至完全停下。
13.进一步，所述步骤s21中，驾驶位雷达对驾驶人员的生命体征进行监控，判断驾驶人员是否存在疲劳驾驶风险，具体包括如下步骤：步骤s211、驾驶位雷达产生调频连续波信号，对驾驶人员进行探测，获得的回波信号与发射信号进行混合，再经低通滤波和数模转换得到数字形式的中频信号；步骤s212、对数字形式的中频信号进行距离傅里叶变换，找到驾驶人员的位置并跟踪，使用反正切函数获得驾驶人员位置的相位值，进行相位展开，对信号进行相位差分处理去除相位偏移，增强心跳信号，通过阈值检测，滤除差分操作的信号毛刺；步骤s213、采用两个带通滤波器分离出驾驶人员的呼吸信号和心跳信号，利用变分模态分解算法对分离出的心跳信号进行处理；步骤s214、将分离出的呼吸信号和经过变分模态分解算法分离后的心跳分量进行频率估算，所述频率估算方法包括频域fft方法、时域峰间距方法和自相关方法，对频域fft方法的估算值、时域峰间距方法的估算值和自相关方法的估算值求取平均值，将三种方法的平均值作为对应的呼吸频率和心跳频率；步骤s215、驾驶位雷达的驾驶位雷达mcu模块根据呼吸频率和心跳频率进行判断，若呼吸频率和心跳频率超出正常值，则判定驾驶人员存在疲劳驾驶风险。
14.进一步，所述步骤s213中，利用变分模态分解算法对分离出的心跳信号进行处理，具体包括如下步骤：设输入信号为每个模态为，驾驶位雷达的带宽限制在中心频率附近；首先对每个模态分量做希尔伯特变换得到如下解析信号： ；其中，j为虚部符号，t为时间；将模态分量的解析信号转移到基带上： ；其中，为虚指数基带信号；变分模态分解把信号分解转换为一个变分问题，变分问题表示为： ；其中，是第k个模态分量，是第k个模态分量的中心频率，是dinchlet函数，* 是卷积运算，引入惩罚因子α和langrange乘子λ，langrange乘子法的表达式为： ；
；使用交叉方向乘子法不断更新来求解langrange乘子法的表达式的鞍点，变分模态分解的步骤如下：步骤s2131、初始化其中=n=0；步骤s2132、进行循环，n = n +1，更新，更新公式如下:；；按照如下表达式更新langrange乘数λ：；判断是否收敛，收敛条件如下：；设置模态分量个数k和二次惩罚因子α，所述模态分量个数k为[4，5，6，7，8，9]，所述二次惩罚因子α的取值为[500, 1000, 1500, 2000]，采用谱熵对心跳分解结果进行评估；所述谱熵计算方法如下： ； ； ；其中，是第k个模态分量的谱熵，是变分模态分解之后第k个分量的归一化幅度谱，选择频段为正常心跳的频率；计算组合参数下的模态分量并且计算在心跳频率范围内的谱熵，选择最小的谱熵结果作为心跳分量。
[0015]
采用了上述技术方案，本发明具有以下的有益效果：
[0016]
1、本发明将传统毫米波雷达的天线、射频和mcu这三个模块中的mcu模块进行简化，雷达模组仅做射频接收和回波预处理，将雷达的数据后处理和点云计算放到高性能座舱域控芯片中去，这样雷达座舱域控制器可以和多雷达模组进行组网工作，实现多雷达的联动工作。
[0017]
2、本发明将与雷达座舱域控制器一起组网的毫米波雷达mcu功能精简之后，mcu的成本相应降低，后期雷达数量越多，该方案的性价比越高。
[0018]
3、本发明将车内阅读灯与毫米波车载舱内雷达进行融合，相较于传统融合方式中毫米波雷达的射频板、毫米波雷达的基带板、车灯控制电路板、车灯发光灯组等分开放置或部分集成的应用场景，此处将所有模块整合在一起，集成度更高，同时兼顾了模组的小型化设计。
[0019]
4、本发明将车内阅读灯与毫米波车载舱内雷达模组进行高度化集成，传统车灯控制模块的mcu功能在该集成模组中被毫米波雷达mcu功能覆盖，直接由雷达mcu对车灯进行点亮和控制，大大简化电路的复杂程度，减少打板数量，节约成本。
[0020]
5、本发明将座舱阅读灯和毫米波雷达集成，两者共用同一根通信总线，可以减少车内线束的排布数量，有利于车辆的重量控制，同时节约成本。
[0021]
6、本发明的雷达座舱系统相较于传统车辆属于新增内部传感器，将毫米波雷达与阅读灯集成在一起，无需增加多余安装支架也无需预留更多安装孔位，相较于单独新增传感器，这种方法可以简化整车制造过程中的安装步骤。
[0022]
7、本发明将雷达座舱域控制器与舱内雷达进行组网工作后，可以实现雷达的远程ota升级，再也不用将车辆开到车辆服务中心进行现场升级，节约了时间和人力成本。
[0023]
8、本发明通过驾驶位雷达检测驾驶人员的生命体征，使用变分模态分解算法对驾驶人员生命体征进行分解处理，能有效过滤掉呼吸信号谐波对心跳信号的干扰，使分离得到的心跳信号更清晰，提升了生命检测的准确性，在驾驶人员存在疲劳驾驶风险时，进行疲劳驾驶风险预警。
[0024]
9、本发明通过前阅读灯雷达对前排占位情况进行检测，通过后阅读灯雷达对后排占位情况进行检测，避免乘坐人员被遗留在车上。
附图说明
[0025]
图1为本发明的车内驾乘人员检测系统的原理框图；图2为本发明的前阅读灯雷达和后阅读灯雷达的原理框图；图3为本发明的驾驶位雷达的原理框图；图4为本发明的雷达模组的原理框图；图5为本发明的雷达座舱域控制器的架构图；图6为本发明的车内驾乘人员检测系统的检测方法的流程图；图7为本发明的检测驾驶人员生命体征的流程图。
具体实施方式
[0026]
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对
本发明作进一步详细的说明。
[0027]
实施例一如图1～5所示，本实施例提供一种雷达座舱系统，它包括雷达座舱域控制器、与雷达座舱域控制器相连的前阅读灯雷达、后阅读灯雷达和驾驶位雷达。
[0028]
雷达座舱域控制器用于对前阅读灯雷达、后阅读灯雷达和驾驶位雷达发送的雷达数据进行后处理和点云计算；前阅读灯雷达用于对前排占位情况进行检测，后阅读灯雷达用于对后排占位情况进行检测，驾驶位雷达用于检测驾驶人员的生命体征。
[0029]
如图2所示，本实施例的前阅读灯雷达包括第一pmic电源管理器、第一ldo线性稳压器、前集成模组mcu模块、前雷达模组、前灯珠驱动芯片和前led灯珠，第一pmic电源管理器的输入端连接车身电源，第一pmic电源管理器的输出端与第一ldo线性稳压器的输入端相连，第一ldo线性稳压器的输出端为前集成模组mcu模块和前灯珠驱动芯片供电，前雷达模组与前集成模组mcu模块相连，前灯珠驱动芯片的输入端与前集成模组mcu模块相连，前灯珠驱动芯片的输出端与前led灯珠相连，前集成模组mcu模块与雷达座舱域控制器相连。
[0030]
如图2所示，本实施例的后阅读灯雷达包括第二pmic电源管理器、第二ldo线性稳压器、后集成模组mcu模块、后雷达模组、后灯珠驱动芯片和后led灯珠，第二pmic电源管理器的输入端连接车身电源，第二pmic电源管理器的输出端与第二ldo线性稳压器的输入端相连，第二ldo线性稳压器的输出为后集成模组mcu模块和后灯珠驱动芯片供电，后雷达模组与后集成模组mcu模块相连，后灯珠驱动芯片的输入端与后集成模组mcu模块相连，后灯珠驱动芯片的输出端与后led灯珠相连，后集成模组mcu模块与雷达座舱域控制器相连。
[0031]
如图3所示，本实施例的驾驶位雷达包括第三pmic电源管理器、第三ldo线性稳压器、驾驶位雷达mcu模块和驾驶位雷达模组，第三pmic电源管理器的输入端连接车身电源，第三pmic电源管理器的输出端与第三ldo线性稳压器的输入端相连，第三ldo线性稳压器的输出为驾驶位雷达mcu模块供电，驾驶位雷达模组与驾驶位雷达mcu模块相连，驾驶位雷达mcu模块与雷达座舱域控制器相连。
[0032]
图1中前阅读灯雷达、驾驶位雷达、后阅读灯雷达分别通过千兆以太网与雷达座舱域控制器进行连接。前阅读灯雷达和后阅读灯雷达结构完全一致，两者与驾驶位雷达的区别在于驾驶位雷达并没有灯珠驱动电路。
[0033]
本实施例以前阅读灯雷达为例：车身电源给pmic电源管理器上电，pmic电源管理器经过ldo线性稳压器给前集成模组mcu模块提供驱动电压。与前集成模组mcu模块一起配合工作的还有qpsi flash存储器、40mhz外部晶振。前雷达模组与前集成模组mcu模块相连，前雷达模组包括毫米波雷达射频模块和雷达基带模块，前雷达模组、后雷达模组和驾驶位雷达模组的结构相同，即图4所示毫米波雷达射频模块和雷达基带模块的原理框图，用于信号的生成和收发。
[0034]
图4中，雷达基带模块中的斜坡发生器生成信号经20ghz合成器和4倍频器后变为高频信号，高频信号流经pa功率放大器后由发射天线242辐射出去。由发射天线242辐射出去的高频信号碰到探测物体发生反射，再由接收天线241接收反射信号，回波信号经lna低噪声放大器和混频器后生成中频信号if，再经模数转换器adc输出到雷达基带模块的数字前端进一步处理。
[0035]
图2中的灯珠驱动芯片也由前集成模组mcu模块进行控制，当收到车身发出的点亮信号，或者收到手动点亮信号后，前集成模组mcu模块将会发出高电平驱动信号，对led灯组进行点亮。
[0036]
图2中的后阅读灯雷达与前阅读灯雷达工作原理一致，图3中的驾驶位雷达工作模式与这两者也一致，只是少了灯组的点亮功能。三款雷达都通过千兆以太网与座舱域控制器进行通信，由于该雷达系统属于分布式雷达系统，因此数据的后处理和点云计算都放在座舱域控制器部分，千兆以太网的使用可以保证数据的快速传输，从而减少信号的时延，保证雷达探测的时效性和有效性。
[0037]
如图5所示，本实施例的雷达座舱域控制器包括域控制器mpu模块、域控制器mcu模块和电源模块；域控制器mpu模块用于对雷达数据和点云信息进行大规模的处理和运算，运行过程中同时需要配合内部lddr存储器协同工作；域控制器mcu模块用于域控制器内部的硬件管理和控制；电源模块用于给雷达座舱域控制器中的各个模块供电；雷达座舱域控制器还包括usb接口、debug模块和以太网&switch模块，用于mpu和mcu跟外部建立通信和实现模组的调试功能；雷达座舱域控制器还包含串行器、解串器等接口电路和lvds技术，用于实现高速信号的通信功能。
[0038]
实施例二如图1所示，本实施例提供一种车内驾乘人员检测系统，它包括车身域控制器、通信模组、人车交互模块、车辆驾驶模块以及实施例一中的雷达座舱系统，通信模组、人车交互模块、车辆驾驶模块和雷达座舱系统均与车身域控制器相连，雷达座舱系统分别与通信模组和人车交互模块相连。通信模组由千兆以太网与座舱域控制器进行连接，从而实现车辆的精定位、儿童遗留和宠物遗留的短信通知、车辆的远程控制、驾驶员生命体征异常的短信通知等功能。
[0039]
实施例三如图6所示，本实施例提供一种车内驾乘人员检测系统的检测方法，它包括如下步骤：步骤s1、车辆启动后，雷达座舱系统上电工作，前排阅读灯雷达对前排占位情况进行检测，后排阅读灯雷达对后排占位情况进行检测，同时结合车辆安全带的落锁情况，当出现行车状态有座位探测到占位情况，但安全带未落锁，则会在人车交互模块的驾驶屏幕中显示未落锁座位，并进行提示音提示；步骤s2、车辆行驶过程中，驾驶位雷达对驾驶人员进行生命体征检测，判断驾驶人员是否存在疲劳驾驶风险，若存在疲劳驾驶风险，则进行疲劳驾驶风险预警；步骤s3、车辆停车熄火后，若主驾驶位以外乘客位存在占位情况，人车交互模块的显示屏提示携带乘客下车，且当主驾位车门解锁后，人车交互模块的扬声器会出现特定提示音，用以进行乘客未下车警告；步骤s4、驾驶员下车后，按压车辆钥匙的锁车按钮，若前排阅读灯雷达和后排阅读灯雷达检测到车内有乘客遗留，车辆门锁不执行上锁响应，同时车辆绑定手机端会收到乘
客遗留提示，并附带是否确定上锁指示，手机端点击确认上锁或长按遥控钥匙锁车键3秒后，车辆会强行上锁，但是座舱雷达会继续工作；步骤s5、在锁车5分钟后，若前排阅读灯雷达和后排阅读灯雷达仍然检测到有乘客遗留，后排车窗自动打开至程序设定高度，同时车辆绑定手机端收到车内乘客遗留提示和车窗主动打开提示，绑定手机端可完成车辆门锁和车窗的控制。
[0040]
具体地，本实施例的步骤s2具体包括如下步骤：步骤s21、车辆行驶过程中，驾驶位雷达对驾驶人员的生命体征进行监控，生命体征包括驾驶人员的呼吸频率和心跳次数；步骤s22、若驾驶位雷达检测到驾驶人员存在疲劳驾驶风险，人车交互模块的扬声器会打开提醒驾驶人员提示音，同时人车交互模块的显示屏提示驾驶人员是否需要寻找附近的休息区进行休息；步骤s23、若驾驶位雷达检测到驾驶人员存在生命体征异常情况，人车交互模块的显示屏提示驾驶人员是否需要系统介入，驾驶人员确认介入后，车身域控制器开启辅助驾驶功能，双闪灯开启，车辆逐步降速，并驶入应急车道直至完全停下。
[0041]
具体地，上述步骤s21中，驾驶位雷达对驾驶人员的生命体征进行监控，判断驾驶人员是否存在疲劳驾驶风险，如图7所示，具体包括如下步骤：步骤s211、驾驶位雷达产生调频连续波信号（fmcw），对驾驶人员进行探测，获得的回波信号与发射信号进行混合，再经低通滤波和数模转换得到数字形式的中频信号；步骤s212、对数字形式的中频信号进行距离傅里叶变换，找到驾驶人员的位置并跟踪，使用反正切函数获得驾驶人员位置的相位值，进行相位展开，对信号进行相位差分处理去除相位偏移，增强心跳信号，通过阈值检测，滤除差分操作的信号毛刺；步骤s213、人体正常的呼吸频率为0.1-0.8 hz，心跳频率为0.9-3 hz，采用两个带通滤波器分离出驾驶人员的呼吸信号和心跳信号，分离后的呼吸信号，信号幅度较大，可以直接进行频率估计，而心跳信号比较微弱，易受到呼吸谐波信号以及其他噪声的干扰，因此需要进行进一步的算法处理，本实施例利用变分模态分解算法对分离出的心跳信号做进一步处理；步骤s214、将分离出的呼吸信号和经过变分模态分解算法分离后的心跳分量进行频率估算，频率估算方法包括频域fft（频域快速傅立叶变换）方法、时域峰间距方法和自相关方法，对频域fft方法的估算值、时域峰间距方法的估算值和自相关方法的估算值求取平均值，将三种方法的平均值作为对应的呼吸频率和心跳频率；步骤s215、驾驶位雷达的驾驶位雷达mcu模块根据呼吸频率和心跳频率进行判断，若呼吸频率和心跳频率超出正常值，则判定驾驶人员存在疲劳驾驶风险。
[0042]
具体地，上述步骤s213中，利用变分模态分解算法对分离出的心跳信号进行处理，具体包括如下步骤：变分模态分解（variational mode decomposition）是自适应的、完全非递归的信号处理方法，模态是并行提取的。根据预先确定好的模态分量个数进行自适应的匹配每一个模态的最适合中心频率和有效带宽，最终得到有效的分解成份。
[0043]
变分模态分解的整体框架是变分问题，使得每个模态的估计带宽之和最小，其中假设每个模态是具有不同中心频率的有限带宽，为解决这一变分问题，采用了交替方向乘
子法，不断更新各模态及其中心频率，逐步将各模态解调到相应的基频带，最终各个模态即相应的中心频率被一同提取出来。
[0044]
设输入信号为，每个模态为，其带宽限制在中心频率附近；首先对每个模态分量做希尔伯特变换得到如下解析信号： ；其中，j为虚部符号，t为时间；将模态分量的解析信号转移到基带上： ；其中，为虚指数基带信号；变分模态分解把信号分解转换为一个变分问题，即：使得所分解得到的信号分量的带宽和最小，变分问题表示为： ；其中，是第k个模态分量，是第k个模态分量的中心频率，是dinchlet函数，* 是卷积运算，为了得到上述表达式的解，引入惩罚因子α和langrange乘子λ，langrange乘子法的表达式为： ；；使用交叉方向乘子法不断更新来求解langrange乘子法的表达式的鞍点，变分模态分解的步骤如下：步骤s2131、初始化其中=n=0；步骤s2132、进行循环，n = n +1，更新，更新公式如下：；；按照如下表达式更新langrange乘数λ：；
判断是否收敛，收敛条件如下：；使用变分模态分解算法去分解得到的信号分量是一个窄带的信号，适合于呼吸信号和心跳信号的分离和重构，由于变分模态分解算法存在着端点效应，为了降低端点的影响，需要将信号复制一份，前半部分镜像转换之后添加到首部，后半部分镜像转换后添加到尾部；变分模态分解算法分解中需要设置合适的模态分量个数k和二次惩罚因子α，本发明选择模态分量个数k为[4，5，6，7，8，9]，二次惩罚因子α的取值为[500, 1000, 1500, 2000]，本发明采用谱熵这一概念去评估心跳分解结果的好坏，根据实际数据选择固定的k 和α参数组合，以谱熵为依据在这些组合中寻找最优的参数；谱熵计算方法如下： ； ； ；其中，是第k个模态分量的谱熵，是变分模态分解之后第k个分量的归一化幅度谱，选择频段为正常心跳的频率，即0.9-3hz 的幅度谱部分，如果其最大值不在此频段，那么谱熵就设置为1，即为最大值；计算组合参数下的模态分量并且计算在心跳频率范围内的谱熵，选择最小的谱熵结果作为心跳分量。
[0045]
以上所述的具体实施例，对本发明解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种雷达座舱系统，其特征在于：它包括雷达座舱域控制器、与所述雷达座舱域控制器相连的前阅读灯雷达、后阅读灯雷达和驾驶位雷达；所述雷达座舱域控制器用于对前阅读灯雷达、后阅读灯雷达和驾驶位雷达发送的雷达数据进行后处理和点云计算；所述前阅读灯雷达用于对前排占位情况进行检测，所述后阅读灯雷达用于对后排占位情况进行检测，所述驾驶位雷达用于检测驾驶人员的生命体征。2.根据权利要求1所述的雷达座舱系统，其特征在于：所述前阅读灯雷达包括第一pmic电源管理器、第一ldo线性稳压器、前集成模组mcu模块、前雷达模组、前灯珠驱动芯片和前led灯珠，所述第一pmic电源管理器的输入端连接车身电源，所述第一pmic电源管理器的输出端与第一ldo线性稳压器的输入端相连，所述第一ldo线性稳压器的输出端为前集成模组mcu模块和前灯珠驱动芯片供电，所述前雷达模组与前集成模组mcu模块相连，所述前灯珠驱动芯片的输入端与前集成模组mcu模块相连，所述前灯珠驱动芯片的输出端与前led灯珠相连，所述前集成模组mcu模块与雷达座舱域控制器相连。3.根据权利要求1所述的雷达座舱系统，其特征在于：所述后阅读灯雷达包括第二pmic电源管理器、第二ldo线性稳压器、后集成模组mcu模块、后雷达模组、后灯珠驱动芯片和后led灯珠，所述第二pmic电源管理器的输入端连接车身电源，所述第二pmic电源管理器的输出端与第二ldo线性稳压器的输入端相连，所述第二ldo线性稳压器的输出为后集成模组mcu模块和后灯珠驱动芯片供电，所述后雷达模组与后集成模组mcu模块相连，所述后灯珠驱动芯片的输入端与后集成模组mcu模块相连，所述后灯珠驱动芯片的输出端与后led灯珠相连，所述后集成模组mcu模块与雷达座舱域控制器相连。4.根据权利要求1所述的雷达座舱系统，其特征在于：所述驾驶位雷达包括第三pmic电源管理器、第三ldo线性稳压器、驾驶位雷达mcu模块和驾驶位雷达模组，所述第三pmic电源管理器的输入端连接车身电源，所述第三pmic电源管理器的输出端与第三ldo线性稳压器的输入端相连，所述第三ldo线性稳压器的输出为驾驶位雷达mcu模块供电，所述驾驶位雷达模组与驾驶位雷达mcu模块相连，所述驾驶位雷达mcu模块与雷达座舱域控制器相连。5.根据权利要求1所述的雷达座舱系统，其特征在于：所述雷达座舱域控制器包括域控制器mpu模块、域控制器mcu模块和电源模块；所述域控制器mpu模块用于对雷达数据和点云信息进行处理和运算；所述域控制器mcu模块用于域控制器内部的硬件管理和控制；所述电源模块用于给雷达座舱域控制器中的各个模块供电。6.一种车内驾乘人员检测系统，其特征在于：它包括车身域控制器、通信模组、人车交互模块、车辆驾驶模块以及如权利要求1～5中任一项所述的雷达座舱系统，所述通信模组、人车交互模块、车辆驾驶模块和雷达座舱系统均与车身域控制器相连，所述雷达座舱系统分别与通信模组和人车交互模块相连。7.一种如权利要求6所述的车内驾乘人员检测系统的检测方法，其特征在于，它包括如下步骤：步骤s1、车辆启动后，雷达座舱系统上电工作，前排阅读灯雷达对前排占位情况进行检测，后排阅读灯雷达对后排占位情况进行检测，同时结合车辆安全带的落锁情况，当出现行车状态有座位探测到占位情况，但安全带未落锁，则会在人车交互模块的驾驶屏幕中显示
未落锁座位，并进行提示音提示；步骤s2、车辆行驶过程中，驾驶位雷达对驾驶人员进行生命体征检测，判断驾驶人员是否存在疲劳驾驶风险，若存在疲劳驾驶风险，则进行疲劳驾驶风险预警；步骤s3、车辆停车熄火后，若主驾驶位以外乘客位存在占位情况，人车交互模块的显示屏提示携带乘客下车，且当主驾位车门解锁后，人车交互模块的扬声器进行乘客未下车警告；步骤s4、驾驶员下车后，按压车辆钥匙的锁车按钮，若前排阅读灯雷达和后排阅读灯雷达检测到车内有乘客遗留，车辆门锁不执行上锁响应，同时车辆绑定手机端会收到乘客遗留提示，并附带是否确定上锁指示，手机端点击确认上锁或长按遥控钥匙锁车键3秒后，车辆会强行上锁，但是座舱雷达会继续工作；步骤s5、在锁车后，若前排阅读灯雷达和后排阅读灯雷达仍然检测到有乘客遗留，后排车窗自动打开至程序设定高度，同时车辆绑定手机端收到车内乘客遗留提示和车窗主动打开提示，绑定手机端可完成车辆门锁和车窗的控制。8.根据权利要求7所述的检测方法，其特征在于，所述步骤s2具体包括如下步骤：步骤s21、车辆行驶过程中，驾驶位雷达对驾驶人员的生命体征进行监控，所述生命体征包括驾驶人员的呼吸频率和心跳次数；步骤s22、若驾驶位雷达检测到驾驶人员存在疲劳驾驶风险，人车交互模块的扬声器会打开提醒驾驶人员提示音，同时人车交互模块的显示屏提示驾驶人员是否需要寻找附近的休息区进行休息；步骤s23、若驾驶位雷达检测到驾驶人员存在生命体征异常情况，人车交互模块的显示屏提示驾驶人员是否需要系统介入，驾驶人员确认介入后，车身域控制器开启辅助驾驶功能，双闪灯开启，车辆逐步降速，并驶入应急车道直至完全停下。9.根据权利要求8所述的检测方法，其特征在于，所述步骤s21中，驾驶位雷达对驾驶人员的生命体征进行监控，判断驾驶人员是否存在疲劳驾驶风险，具体包括如下步骤：步骤s211、驾驶位雷达产生调频连续波信号，对驾驶人员进行探测，获得的回波信号与发射信号进行混合，再经低通滤波和数模转换得到数字形式的中频信号；步骤s212、对数字形式的中频信号进行距离傅里叶变换，找到驾驶人员的位置并跟踪，使用反正切函数获得驾驶人员位置的相位值，进行相位展开，对信号进行相位差分处理去除相位偏移，增强心跳信号，通过阈值检测，滤除差分操作的信号毛刺；步骤s213、采用两个带通滤波器分离出驾驶人员的呼吸信号和心跳信号，利用变分模态分解算法对分离出的心跳信号进行处理；步骤s214、将分离出的呼吸信号和经过变分模态分解算法分离后的心跳分量进行频率估算，所述频率估算方法包括频域fft方法、时域峰间距方法和自相关方法，对频域fft方法的估算值、时域峰间距方法的估算值和自相关方法的估算值求取平均值，将三种方法的平均值作为对应的呼吸频率和心跳频率；步骤s215、驾驶位雷达的驾驶位雷达mcu模块根据呼吸频率和心跳频率进行判断，若呼吸频率和心跳频率超出正常值，则判定驾驶人员存在疲劳驾驶风险。10.根据权利要求9所述的检测方法，其特征在于，所述步骤s213中，利用变分模态分解算法对分离出的心跳信号进行处理，具体包括如下步骤：
设输入信号为，每个模态为，驾驶位雷达的带宽限制在中心频率附近；首先对每个模态分量做希尔伯特变换得到如下解析信号：其中，j为虚部符号，t为时间；将模态分量的解析信号转移到基带上：其中，为虚指数基带信号；变分模态分解把信号分解转换为一个变分问题，变分问题表示为：其中，是第k个模态分量，是第k个模态分量的中心频率，是dinchlet函数，* 是卷积运算，引入惩罚因子α和langrange乘子λ，langrange乘子法的表达式为：langrange乘子法的表达式为：；使用交叉方向乘子法不断更新来求解langrange乘子法的表达式的鞍点，变分模态分解的步骤如下：步骤s2131、初始化其中=n=0；步骤s2132、进行循环，n = n +1，更新，更新公式如下:；；按照如下表达式更新langrange乘数λ：；判断是否收敛，收敛条件如下：
；设置模态分量个数k和二次惩罚因子α，所述模态分量个数k为[4，5，6，7，8，9]，所述二次惩罚因子α的取值为[500, 1000, 1500, 2000]，采用谱熵对心跳分解结果进行评估；所述谱熵计算方法如下：所述谱熵计算方法如下：所述谱熵计算方法如下：其中，是第k个模态分量的谱熵，是变分模态分解之后第k个分量的归一化幅度谱，选择频段为正常心跳的频率；计算组合参数下的模态分量并且计算在心跳频率范围内的谱熵，选择最小的谱熵结果作为心跳分量。

技术总结
本发明公开了一种雷达座舱系统及车内驾乘人员检测系统及检测方法，所述雷达座舱系统包括雷达座舱域控制器、与所述雷达座舱域控制器相连的前阅读灯雷达、后阅读灯雷达和驾驶位雷达；所述雷达座舱域控制器用于对前阅读灯雷达、后阅读灯雷达和驾驶位雷达发送的雷达数据进行后处理和点云计算；所述前阅读灯雷达用于对前排占位情况进行检测，所述后阅读灯雷达用于对后排占位情况进行检测，所述驾驶位雷达用于检测驾驶人员的生命体征。本发明提供一种雷达座舱系统及车内驾乘人员检测系统及检测方法，简化了系统结构，同时实现乘车人员遗留检测报警和疲劳驾驶预警。测报警和疲劳驾驶预警。测报警和疲劳驾驶预警。


技术研发人员：刘泽南 许芳 戴俊杰
受保护的技术使用者：常州星宇车灯股份有限公司
技术研发日：2023.07.13
技术公布日：2023/8/14