除了汽车毫米波雷达还可以应用到哪些地方？_毫米波_传感器

毫米波作为一种非打仗式传感技能，可用于检测物体，并供应物体的间隔、速率和角度信息。
其事情频谱范围为30GHz 至 300GHz，具有较小的波长，因此可以供应亚毫米的测距精度。
此外，毫米波能够穿透塑料、墙板和衣服等特定材料，并且不受雨、雾、灰尘和雪等环境条件的影响。

毫米波雷达传感器利用毫米 (mm) 范围的波长发送旗子暗记，这是电磁谱中的短波长，因此处理毫米波旗子暗记所需的系统组件（比如天线）的尺寸可以做到很小，这是该技能的紧张上风之一。
短波长的另一个上风是分辨率高。
在60-64GHz和76-81GHz 的频率下，将间隔解析为波长的毫米波系统精度可达到毫米级。

此外，在此频谱范围内事情使得毫米波传感用具备如下一些优点：

毫米波传感器的发送旗子暗记可以采取不同类型的波形，包括脉冲、移频键控 (FSK)、连续波 (CW) 和调频连续波形(FMCW)。
快速 FMCW可以在密集场景中实现可靠运行、快速传感以及更低的模糊性，它还能够针对物体的间隔和速率供应精确的丈量，从而使毫米波传感器能够供应多维传感。

完全的毫米波雷达系统包括发送 (TX) 和吸收 (RX) 射频 (RF) 组件、天线阵列、时钟等仿照组件，以及模数转换器 (ADC)、微掌握器单元 (MCU) 和数字旗子暗记处理器 (DSP) 等数字组件。
在传统的系统设计中，这些组件都是分离的，使得系统尺寸大且本钱高昂。
而新的毫米波传感器可将这些组件集成在一颗芯片上，乃至连天线阵列也封装在芯片表面上，这使得毫米波雷达系统的尺寸和本钱大幅降落，可以运用于传统汽车雷达之外的更多领域。

为何要选择60GHz毫米波雷达？

可用的毫米波频段包括24GHz、60GHz、77GHz和120GHz，个中运用最为广泛的是24GHz，该频段包括窄带ISM NB(250MHz带宽)和超宽带ISM UBW(5GHz带宽)两种。
从2018年9月开始，欧洲电信标准化协会(ETSI)和美国联邦通信委员会(FCC)开始禁止新的产品利用24GHz UBW频段，所有利用这一频段的现有产品也必须于2022年终止。

77GHz频段现已广泛运用于汽车ADAS和自动驾驶，但在非汽车运用领域受到严格限定。
因此，在工厂自动化、楼宇自动化、城市交通管理，以及须要人机交互的场合，60GHz成为最佳选择。

除了法规成分外，60GHz相对付24GHz ISM NB频带还有很多优胜的属性。
首先是测距精度，由于丈量间隔的精确程度取决于频段的带宽，24GHz ISM NB频带只有250MHz的带宽，而60GHz频段具有从60到64GHz的4GHz带宽，精度是24GHz的16倍。
60GHz的测距精度可以小至3.75cm，而24GHz ISM NB的精度是60cm。

其次是测速，速率的分辨率取决于中央频率，而非带宽，60GHz雷达的速率分辨率大约是24GHz的2.5倍。
更高的分辨率可以更好地跟踪水平移动的物体，这对人数统计、物体分离和水平移动跟踪等运用的准确判断至关主要。

第三是天线阵列，它在雷达感应设计的PCB中会霸占很大一部分空间。
天线阵列必须知足覆盖范围(FoV)和增益哀求，其尺寸哀求跟雷达旗子暗记的波长有关。
波长越长就须要更大的天线，而波长越短，得到同样的性能所需天线尺寸就越小。
与现有的24GHz雷达传感器比较，60GHz传感器设计的PCB部分可以缩小6倍之多。

图一：范例的2TX/4RX 24GHz系统与60GHz系统设计比拟

在最近举行的TI毫米波雷达巡演展示会上，《电子工程专辑》剖析师现场体验和见证了毫米波雷达传感器在工厂自动化、商业楼宇智能化、康健医疗和智能家居方面的运用展示。
TI工业雷达产品总监 Robert Ferguson和嵌入式产品系统与运用总监蒋宏先容了TI最新开拓出的60GHz毫米波雷达传感器产品IWR6843系列。

图二：TI工业雷达产品营销总监Robert Ferguson

图三：TI中国区嵌入式产品系统与运用总监蒋宏

这种单芯片智能传感器采取 FMCW 收发器技能，集成了 PLL、发送器、吸收器、基带和 A2D。
其片上处理功能包括用于高等旗子暗记处理的 C674x DSP、用于 FFT/滤波/ CFAR 处理的硬件加速器，以及用于物体检测和接口掌握的 ARM Cortex R4F 微掌握器和无线掌握器。
它采取低功耗 45nm RFCMOS 工艺制造，分外的AoP封装可将天线阵列封装在芯片背面以实现更高的集成度。
IWR6843 是适用于工业领域中的低功耗、自监控、超精确雷达系统的空想办理方案。

图三：TI中国区嵌入式产品系统与运用总监蒋宏

鉴于60GHz毫米波雷达传感器的诸多特性和优点，在新兴的物联网智能边缘打算运用领域有着巨大的发展潜力。
下面我们列出几个运用处景，供感兴趣的工程师朋友参考。

商业楼宇自动化和智能监控

针对楼宇自动化运用的工业毫米波办理方案可实现室内（14m 范围内）和室外（超过 50m 的范围）职员的检测和跟踪。
毫米波可用于高精度占位检测，而检测出的职员位置和速率信息可在人进入监控区域或向特定方向移动时触发系统报警。

毫米波传感器利用板载处理能力，可以忽略不主要的静态物体（如桌椅）和动态物体（如树木和风扇）的特色来减少缺点检测。
其传感性能在雨、雾、烟或环境照明不佳的环境中仍旧保持稳定。
由于没有摄像头或光学透镜，毫米波非常适宜于对隐私敏感的运用处所。

此外，毫米波雷达传感器还可以与摄像头合营利用，实现互补与领悟，运用于室内监控，这是目前关注度比较高的运用。

图五：TI的毫米波雷达传感器与摄像头领悟方案演示

智能交通监控

智能城市的一个关键要素是配备有传感器的智能交通系统，可监控城市的“康健”，包括跟踪交通数据和停车计时以履行司法，以及红绿灯优先事变和事宜管理等，如图六所示。

图六：智能交通系统通过路口监控和停车位检测来帮助监控城市的“康健”

针对交通监控的工业毫米波办理方案可在任何光芒和蔼象状况下进行交通和行人探测，探测间隔大于 100m，并可供应精确的间隔和速率信息，实现智能报告和决策。

智能传感器作为智能交通系统的核心，可以追踪交通拥堵并保持交通畅通，特殊是在十字路口和高速公路上。
这些传感器必须具备以下功能：

· 精确性，用于丈量车辆或行人的延伸范围、速率和位置。

· 稳固性，包括在不透气的景象、阴郁和阳光下事情。

· 整体性，优化实时评估和改动。

· 易于利用性，带有参考代码和样本以加速支配。

工厂机器与人协作的安全防护

随着工厂智能程度的提高，人与机器“携手并进”的情形更为广泛和频繁。
为了减少在工厂自动化流程中有缺陷时涌现潜在危险的可能性，须要通过安全防护装置进行事宜管理。
工业毫米波传感器可用于高精度占位检测和防撞，个中职员的位置和速率可用于在人或物体靠近机器时触发系统报警。
此外，毫米波传感器通过在单个芯片上集成精确感应与实时决策和处理功能，在边缘实现智能感应，可以进一步加速机器人系统的采取，实现更智能的机器人技能。

图七：自动化程度很高的工厂车间事情职员与机器交互的安全防护

图八：基于TI的IWR1642毫米波雷达传感器的机器臂方案演示

智能家居和康健医疗

除了工业和商业运用领域，在智能家居和康健医疗等消费运用处所也可以发挥毫米波雷达传感器的代价。
其高精度性能可以检测到细微的物体移动，比如人体手势、呼吸及心跳等。
医疗级的精度可以进行非打仗式检测，比如 深度就寝、浅度就寝、就寝状态等。

图九：TI毫米波雷达传感器的体征探测方案演示

结语

欧盟和美国对24GHz频带的法规限定到2022年就要开始实行，任何基于这一频带的设计和运用都应提前操持以应对这一变革。
虽然目前海内还没有明确的法规，但类似的限定也会出台。
电子厂商和设计工程师应及早考虑新的替代方案，60GHz毫米波雷达供应了一个不错的选择，在非汽车运用领域的设计中可以充分利用其上风，把握新兴的聪慧城市、智能制造和智能家居等新兴市场机会。