除了汽車,毫米波雷達還可以應用到哪些地方?

2020-11-23 電子工程專輯

毫米波雷達傳感器有什麼優勢？

毫米波作為一種非接觸式傳感技術，可用於檢測物體，並提供物體的距離、速度和角度信息。其工作頻譜範圍為 30GHz 至 300GHz，具有較小的波長，因此可以提供亞毫米的測距精度。此外，毫米波能夠穿透塑料、牆板和衣服等特定材料，並且不受雨、霧、灰塵和雪等環境條件的影響。

tVZEETC-電子工程專輯

毫米波雷達傳感器使用毫米 (mm) 範圍的波長發送信號，這是電磁譜中的短波長，因此處理毫米波信號所需的系統組件（比如天線）的尺寸可以做到很小，這是該技術的主要優勢之一。短波長的另一個優勢是解析度高。在 60-64GHz和76-81GHz 的頻率下，將距離解析為波長的毫米波系統精度可達到毫米級。

tVZEETC-電子工程專輯

此外，在此頻譜範圍內工作使得毫米波傳感器具備如下一些優點：

tVZEETC-電子工程專輯

· 穿透性：穿透塑料、牆板和衣服等特殊材料

tVZEETC-電子工程專輯

· 高度定向：形成具有 1°精度的緊湊波束

tVZEETC-電子工程專輯

· 與光類似：可以使用標準光學技術進行聚焦和轉向

tVZEETC-電子工程專輯

· 較大的絕對帶寬：能夠區分兩個靠近的物體

tVZEETC-電子工程專輯

毫米波傳感器的發送信號可以採用不同類型的波形，包括脈衝、移頻鍵控 (FSK)、連續波 (CW) 和調頻連續波形 (FMCW)。快速 FMCW可以在密集場景中實現可靠運行、快速傳感以及更低的模糊性，它還能夠針對物體的距離和速度提供精確的測量，從而使毫米波傳感器能夠提供多維傳感。

tVZEETC-電子工程專輯

完整的毫米波雷達系統包括發送 (TX) 和接收 (RX) 射頻 (RF) 組件、天線陣列、時鐘等模擬組件，以及模數轉換器 (ADC)、微控制器單元 (MCU) 和數位訊號處理器 (DSP) 等數字組件。在傳統的系統設計中，這些組件都是分離的，使得系統尺寸大且成本高昂。而新的毫米波傳感器可將這些組件集成在一顆晶片上，甚至連天線陣列也封裝在晶片表面上，這使得毫米波雷達系統的尺寸和成本大幅降低，可以應用於傳統汽車雷達之外的更多領域。

tVZEETC-電子工程專輯

為何要選擇60GHz毫米波雷達？

可用的毫米波頻段包括24GHz、60GHz、77GHz和120GHz，其中應用最為廣泛的是24GHz，該頻段包括窄帶ISM NB(250MHz帶寬)和超寬帶ISM UBW(5GHz帶寬)兩種。從2018年9月開始，歐洲電信標準化協會(ETSI)和美國聯邦通信委員會(FCC)開始禁止新的產品使用24GHz UBW頻段，所有使用這一頻段的現有產品也必須於2022年終止。

tVZEETC-電子工程專輯

77GHz頻段現已廣泛應用於汽車ADAS和自動駕駛，但在非汽車應用領域受到嚴格限制。因此，在工廠自動化、樓宇自動化、城市交通管理，以及需要人機互動的場合，60GHz成為最佳選擇。

tVZEETC-電子工程專輯

除了法規因素外，60GHz相對於24GHz ISM NB頻帶還有很多優越的屬性。首先是測距精度，因為測量距離的精確程度取決於頻段的帶寬，24GHz ISM NB頻帶只有250MHz的帶寬，而60GHz頻段具有從60到64GHz的4GHz帶寬，精度是24GHz的16倍。60GHz的測距精度可以小至3.75cm，而24GHz ISM NB的精度是60cm。

tVZEETC-電子工程專輯

其次是測速，速度的解析度取決於中心頻率，而非帶寬，60GHz雷達的速度解析度大約是24GHz的2.5倍。更高的解析度可以更好地跟蹤水平移動的物體，這對人數統計、物體分離和水平移動跟蹤等應用的準確判斷至關重要。

tVZEETC-電子工程專輯

第三是天線陣列，它在雷達感應設計的PCB中會佔據很大一部分空間。天線陣列必須滿足覆蓋範圍(FoV)和增益要求，其尺寸要求跟雷達信號的波長有關。波長越長就需要更大的天線，而波長越短，獲得同樣的性能所需天線尺寸就越小。與現有的24GHz雷達傳感器相比，60GHz傳感器設計的PCB部分可以縮小6倍之多。

tVZEETC-電子工程專輯

tVZEETC-電子工程專輯

圖一：典型的2TX/4RX 24GHz系統與60GHz系統設計對比

tVZEETC-電子工程專輯

在最近舉行的TI毫米波雷達巡演展示會上，《電子工程專輯》分析師現場體驗和見證了毫米波雷達傳感器在工廠自動化、商業樓宇智能化、健康醫療和智能家居方面的應用展示。TI工業雷達產品總監 Robert Ferguson和嵌入式產品系統與應用總監蔣宏介紹了TI最新開發出的60GHz毫米波雷達傳感器產品IWR6843系列。

tVZEETC-電子工程專輯

tVZEETC-電子工程專輯

圖二：TI工業雷達產品營銷總監Robert FergusontVZEETC-電子工程專輯
tVZEETC-電子工程專輯

tVZEETC-電子工程專輯

圖三：TI中國區嵌入式產品系統與應用總監蔣宏

tVZEETC-電子工程專輯

這種單晶片智能傳感器採用 FMCW 收發器技術，集成了 PLL、發送器、接收器、基帶和 A2D。其片上處理功能包括用於高級信號處理的 C674x DSP、用於 FFT/濾波/ CFAR 處理的硬體加速器，以及用於物體檢測和接口控制的 ARM Cortex R4F 微控制器和無線控制器。它採用低功耗 45nm RFCMOS 工藝製造，特殊的AoP封裝可將天線陣列封裝在晶片背面以實現更高的集成度。IWR6843 是適用於工業領域中的低功耗、自監控、超精確雷達系統的理想解決方案。

tVZEETC-電子工程專輯

tVZEETC-電子工程專輯

圖四：同樣是60GHz的雷達傳感器，AoP將天線封裝在晶片表面可以將線路板面積縮小至15x15mm

tVZEETC-電子工程專輯

鑑於60GHz毫米波雷達傳感器的諸多特性和優點，在新興的物聯網智能邊緣計算應用領域有著巨大的發展潛力。下面我們列出幾個應用場景，供感興趣的工程師朋友參考。

tVZEETC-電子工程專輯

商業樓宇自動化和智能監控

針對樓宇自動化應用的工業毫米波解決方案可實現室內（14m 範圍內）和室外（超過 50m 的範圍）人員的檢測和跟蹤。毫米波可用於高精度佔位檢測，而檢測出的人員位置和速度信息可在人進入監控區域或向特定方向移動時觸發系統報警。 

tVZEETC-電子工程專輯

tVZEETC-電子工程專輯

毫米波傳感器利用板載處理能力，可以忽略不重要的靜態物體（如桌椅）和動態物體（如樹木和風扇）的特徵來減少錯誤檢測。其傳感性能在雨、霧、煙或環境照明不佳的環境中仍然保持穩定。由於沒有攝像頭或光學透鏡，毫米波非常適合於對隱私敏感的應用場合。

tVZEETC-電子工程專輯

此外，毫米波雷達傳感器還可以與攝像頭配合使用，實現互補與融合，應用於室內監控，這是目前關注度比較高的應用。

tVZEETC-電子工程專輯

tVZEETC-電子工程專輯

圖五：TI的毫米波雷達傳感器與攝像頭融合方案演示

tVZEETC-電子工程專輯

智能交通監控

智能城市的一個關鍵要素是配備有傳感器的智能交通系統，可監控城市的「健康」，包括跟蹤交通數據和停車計時以實施執法，以及紅綠燈優先事項和事件管理等，如圖六所示。

tVZEETC-電子工程專輯

tVZEETC-電子工程專輯

圖六：智能交通系統通過路口監控和停車位檢測來幫助監控城市的「健康」

tVZEETC-電子工程專輯

針對交通監控的工業毫米波解決方案可在任何光線和天氣狀況下進行交通和行人探測，探測距離大於 100m，並可提供精確的距離和速度信息，實現智能報告和決策。

tVZEETC-電子工程專輯

智能傳感器作為智能交通系統的核心，可以追蹤交通擁堵並保持交通暢通，特別是在十字路口和高速公路上。這些傳感器必須具備以下功能：

tVZEETC-電子工程專輯

·  精確性，用於測量車輛或行人的延伸範圍、速度和位置。

tVZEETC-電子工程專輯

·  穩固性，包括在不透氣的天氣、黑暗和陽光下工作。

tVZEETC-電子工程專輯

·  整體性，優化實時評估和修正。

tVZEETC-電子工程專輯

·  易於使用性，帶有參考代碼和樣本以加速部署。

tVZEETC-電子工程專輯

工廠機器與人協作的安全防護

隨著工廠智能程度的提高，人與機器「攜手並進」的情況更為廣泛和頻繁。為了減少在工廠自動化流程中有缺陷時出現潛在危險的可能性，需要通過安全防護裝置進行事件管理。工業毫米波傳感器可用於高精度佔位檢測和防撞，其中人員的位置和速度可用於在人或物體靠近機器時觸發系統報警。此外，毫米波傳感器通過在單個晶片上集成精確感應與實時決策和處理功能，在邊緣實現智能感應，可以進一步加速機器人系統的採用，實現更智能的機器人技術。

tVZEETC-電子工程專輯

tVZEETC-電子工程專輯

圖七：自動化程度很高的工廠車間工作人員與機器交互的安全防護

tVZEETC-電子工程專輯

tVZEETC-電子工程專輯

圖八：基於TI的IWR1642毫米波雷達傳感器的機械臂方案演示

tVZEETC-電子工程專輯

智能家居和健康醫療

除了工業和商業應用領域，在智能家居和健康醫療等消費應用場合也可以發揮毫米波雷達傳感器的價值。其高精度性能可以檢測到細微的物體移動，比如人體手勢、呼吸及心跳等。醫療級的精度可以進行非接觸式檢測，比如 深度睡眠、淺度睡眠、睡眠狀態等。

tVZEETC-電子工程專輯

tVZEETC-電子工程專輯

圖九：TI毫米波雷達傳感器的體徵探測方案演示

tVZEETC-電子工程專輯

結語

歐盟和美國對24GHz頻帶的法規限制到2022年就要開始執行，任何基於這一頻帶的設計和應用都應提前計劃以應對這一變化。雖然目前國內還沒有明確的法規，但類似的限制也會出臺。電子廠商和設計工程師應及早考慮新的替代方案，60GHz毫米波雷達提供了一個不錯的選擇，在非汽車應用領域的設計中可以充分利用其優勢，把握新興的智慧城市、智能製造和智能家居等新興市場機會。

tVZEETC-電子工程專輯

相關焦點

  • 除了汽車,這麼多應用都盯上了毫米波雷達!
    (圖片來源：英飛凌半導體)VUDednc每個國家對從2.4GHz到200GHz這些頻段都有不同的定義，現在微波爐應用集中在是2.4GHz、5G部分有sub-4GHz、汽車是77GHz。VUDednc60Ghz則頻率更高波長更短，除了上述應用，還適合做一些生命特徵感測。「我們的客戶有人通過雷達偵測心跳或者是呼吸。」
  • 毫米波雷達的應用場景是怎樣的
    其中，最為火熱的應用之一為毫米波雷達技術。本文中，將從兩大方面對毫米波雷達加以闡述：1.車載毫米波雷達頻段劃分以及發展趨勢解析，2.介紹毫米波雷達的幾個應用場景。如果你對毫米波，疑惑對毫米波雷達存在一定興趣，不妨繼續往下閱讀。 一、車載毫米波雷達頻段劃分 （一）頻段介紹 從頻段上來看，比較常見的車載領域的毫米波雷達頻段有兩類。
  • 毫米波雷達及其應用
    但我們可以注意到,目前主流的自動駕駛方案並未完全拋棄毫米波雷達,這又是什麼原因呢?但是我們講毫米波雷達有不受光線影響、作用距離有非常大、可靠等優勢,而這些優勢在軍事有人機、汽車、無人機方面都被證明。當然,毫米波雷達的分辨力相對較低。但是由於陣列天線的優勢,其實這個是可以有很大提高的。所以說毫米波雷達有很大的調整空間,比如波束寬度、作用距離、價格等。毫米波雷達在無人機測高、避障上優勢很明顯,但也有需要光學來補充的地方。
  • 單晶片毫米波雷達傳感器有哪些優勢?
    儘管IC器件在汽車應用領域將繼續佔據主導地位，設計人員也正在探索一系列可以提高安全性和便利性的新用途。sx5ednc雷達IC誰能想到單晶片雷達呢？雖然現在多個製造商已經設計製造出多種形式的單晶片雷達。大多數國家已經開發出24GHz、76-81GHz、94GHz頻段的晶片。
  • 毫米波雷達
    近年來，隨著集成電路和天線設計等技術的不斷成熟、元器件成本的不斷降低，民用車載毫米波雷達產品不斷湧現並投入實際應用。毫米波雷達分為遠距離雷達（LRR）和近距離雷達（SRR），由於毫米波在大氣中衰減弱，所以可以探測感知到更遠的距離，其中遠距離雷達可以實現超過200 m的感知與探測。體積小巧緊湊，識別精度較高。毫米波波長短，天線口徑小，元器件尺寸小，這使得毫米波雷達系統體積小重量輕，容易安裝在汽車上。
  • 毫米波FMCW雷達測距、測速原理、應用
    當用回波管提供20kw的發射功率時，可以對14400km遠處的目標進行高解析度攝像。 　　汽車防撞雷達： 因其作用距離不需要很遠，故發射機的輸出功率不需要很高，但要求有很高的距離解析度（達到米級），同時要能測速，且雷達的體積要儘可能小。所以採用以固態振蕩器作為發射機的毫米波脈衝都卜勒雷達。採用脈衝壓縮技術將脈寬壓縮到納秒級，大大提高了距離解析度。
  • 毫米波雷達是汽車ADAS不可或缺的核心傳感器,能夠全天候全天時工作
    ADAS主要利用安裝在車上的各式各樣傳感器收集數據，在行駛過程中隨時感知周圍的環境，收集數據，進行靜態、動態物體的識別、偵測與追蹤，並結合導航儀地圖數據，進行系統的運算與分析，從而預先讓駕駛者察覺到可能發生的危險，有效增加汽車駕駛的舒適性和安全性。目前感知環境的ADAS傳感器有攝像頭、超聲波傳感器和毫米波雷達等。當然，自動駕駛汽車還需要車載雷射雷達。
  • 豪恩汽車電子:「77G毫米波雷達」
    豪恩汽車電子：「77G毫米波雷達」 深圳市汽車電子行 發表於 2020-11-13 16:19:53 中國汽車界與媒體界廣泛關注的年度盛事，由深圳市汽車電子行業協會主辦的汽車電子產業的
  • 汽車雷達傳感器的種類和應用
    拆解發現即使是其低配車型，主動安全系統的傳感器除了圖像傳感器（攝像頭）和超聲波傳感器，還配備了毫米波雷達傳感器。 尤其是77GHz增速達到69.3%，特斯拉的前置遠程雷達傳感器正是77GHz的毫米波傳感器。   汽車雷達傳感器的種類和應用 NO.2 目前的汽車雷達主要分為超聲波雷達、電磁波雷達和雷射雷達。 01 超聲波泊車雷達
  • 一文了解汽車毫米波雷達工作原理與結構組成
    毫米波頻段30～300GHz，頻率很高，但是頻段裡很多頻率區域的電磁波在空氣中傳播很容易被水分子、氧分子所吸收，可用的就幾個典型的頻段，比如24G、60G、77G/79G、120GHz等。當然24GHz很特別，他嚴格來講不是毫米波，因為它的波長在1.2cm左右。但是它是最早被利用的，現在各個國家把24GHz劃出來可以民用，77GHz劃分給了汽車雷達，24GHz也在汽車領域應用得很早。
  • 車載毫米波雷達的原理和應用技術
    來源|牛喀網摘要：本文分析了車載毫米雷達市場應用情況；介紹了其工作原理以及工作波形和工作調頻機制。車載雷達應用市場潛能巨大，有效的保障了行車安全和操控的舒適度。引言毫米波雷達作為汽車主動安全領域關鍵傳感器部件，可有效穿透霧、煙、灰塵，實現全天時、全天候工作負荷要求。
  • 毫米波雷達技術及應用大解析(內有大量PPT乾貨) | 雷鋒網公開課
    當然24GHz很特別，他嚴格來講不是毫米波，因為它的波長在1cm左右。但是它是最早被利用的。現在各個國家把24GHz劃出來可以民用，77GHz劃分給了汽車防撞雷達，24Ghz也在汽車裡用得最早。還有一種方法，就是使用多根天線+陣列信號處理的方法。對於毫米波來講，由于波長很短，所以我們做很多根天線的代價就很小（這個代價指價格、尺寸），所以毫米波雷達大量使用陣列天線的方式來構成窄波束，能多窄呢？比如3度，5度這樣，是汽車常用的。當然這個和雷射還不能比，但是已經很好了。
  • 淺析毫米波雷達的概念和工作原理
    ADAS主要利用安裝在車上的各式各樣傳感器收集數據，在行駛過程中隨時感知周圍的環境，收集數據，進行靜態、動態物體的識別、偵測與追蹤，並結合導航儀地圖數據，進行系統的運算與分析，從而預先讓駕駛者察覺到可能發生的危險，有效增加汽車駕駛的舒適性和安全性。目前感知環境的ADAS傳感器有攝像頭、超聲波傳感器和毫米波雷達等。當然，自動駕駛汽車還需要車載雷射雷達。
  • 從構造和原理到應用,毫米波雷達為何還未被雷射雷達取代?
    z7tednc三、應用實例毫米波雷達最常見的三種用途是：z7tedncACC（自適應巡航）BSD&LCA（盲點監測和變道輔助）AEB（自動緊急制動，通常配合攝像頭進行數據融合）作為已經量產多年的技術，我想就不用再介紹以上功能的具體內容了
  • 毫米波雷達系統方案
    在汽車主動安全領域，汽車微波/毫米波雷達傳感器因為能夠全天候工作，不受光線、霧霾、沙塵暴等惡劣天氣的影響，已成為業界公認的主流選擇，擁有巨大的市場需求，因而也是汽車電子廠商當前的主要研發方向。毫米波雷達同超聲波雷達相比，毫米波雷達具有體積小、質量輕和空間解析度高的特點。與紅外、雷射、攝像頭等光學傳感器相比，毫米波雷達穿透霧、煙、灰塵的能力強，具有全天候全天時的特點。
  • 科普| 毫米波雷達在汽車主動安全中發揮了哪些作用?
    三、應用實例毫米波雷達最常見的三種用途是：1. ACC（自適應巡航）2. BSD&LCA（盲點監測和變道輔助）3. AEB（自動緊急制動，通常配合攝像頭進行數據融合）作為已經量產多年的技術，我想就不用再介紹以上功能的具體內容了。
  • 基於毫米波雷達的汽車盲區監測系統設計方案
    詳細論述了盲區監測系統的基本原理、測試方法，並將該系統裝配在實車上進行驗證測試，實車測試結果表明，設計的盲區監測系統可以對左右相鄰車道10m以內的目標車進行實時監測，當目標車持續靠近裝有盲區監測系統的車輛時，盲區監測系統及時給駕駛員提供預警信息，避免發生汽車碰撞，極大提升了汽車的智能駕駛輔助水平。 一種AEBS毫米波雷達性能的測試方法，並進行測試應用。
  • 了解汽車裡的毫米波雷達,看這一篇就夠了!
    如今它也出現在了汽車裡面，隨著智能駕駛不斷發展，傳感器已成為打造汽車生態的主要砝碼之一，無論是雷射雷達、毫米波雷達、攝像頭等，都將成為日後必要的配件。下面我們就來科普一下毫米波雷達到底是什麼？當然24GHz很特別，他嚴格來講不是毫米波，因為它的波長在1cm左右。但是它是最早被利用的。現在各個國家把24GHz劃出來可以民用，77GHz劃分給了汽車防撞雷達，24Ghz也在汽車裡用得最早，關於車載雷達原理，後面還會重點介紹。
  • 理工睿行:專業毫米波雷達為無人駕駛汽車提供「智慧之眼」
    我們知道，無人駕駛最為重要的高級駕駛輔助系統（ADAS）需要多種傳感器配合工作，而毫米波雷達由於其眾多優勢，成為ADAS不可或缺的核心傳感器，也是零部件供應商們的聚焦的戰場。國內知名的毫米波雷達解決方案提供商理工睿行，在論壇上由理工睿行總經理金燁博士發表的《分布式高解析度車載毫米波雷達技術研究》演講，提出了一種基於分布式車載雷達新體制，探索毫米波雷達在無人駕駛汽車實際應用的新思路。
  • 無人駕駛黑科技:毫米波雷達穿透力強,雷射雷達精度高
    摘要： 傳統雷射雷達產品短期內還難以擺脫高成本的制約，這樣一來價格優勢更加明顯的固態雷射雷達和毫米波雷達，不僅可以在性能上實現互補，還可以大大降低使用成本，這樣一來或許可以為無人駕駛的開發提供一個新的選擇。