不断“出圈”的毫米波雷达传感器,市场前景可期自动驾驶

2021-08-13

【智能汽车网】

若何监测心跳、呼吸等基本的生命体征?对于这个需求,信托大多数人的第一反映就是医院的心电图仪等专业医疗监护装备。这些年随着可穿着装备的兴起,许多智能手表和手环也可以通过光电法,实时获取用户脉搏、血氧等体征参数,为人们带来了极大的便利。

然则上述这些方式有一个共性,它们都是“接触式”的丈量方案,就是要将传感器直接毗邻到被测工具的身体上。若是想找一种“非接触式”的丈量方式,隔空完成心跳、呼吸的实时监测,可行吗?

这样的丈量方案已经有了!它接纳的是毫米波雷达手艺。


性能不俗的“厥后者”


众所周知,雷达最早的应用是在军事上,其原理是发生并通过发射器发送一个频率随时间逐渐增添的信号,当这个信号遇到物体之后会反射回来,其时延是距离/光速数值的2倍,而返回来的波形和发出的波形之间有个频率差,这个频率差和时延呈线性关系,将这两个频率做一个减法,就可以获得二者频率的差频(差拍频率),由此就可以盘算出物体与雷达的距离。在此基础上,不仅可以获知被测目的是否存在,还可以盘算出目的的位置、偏向、距离和速率等准确信息。


厥后,雷达的应用逐渐扩展到其他一些专用领域,而且最终依附毫米波雷达走入了民用市场。汽车成了毫米波雷达在民用领域一个主要的切入点,这些年随着自动驾驶的兴起,更是生长势头强劲。现在在L2.5以上的自动驾驶系统中,毫米波雷达基本成了标配。


毫米波雷达本质上是对物体占位和运动举行感测,在更广漠的民用领域,在雷到达来之前已经有一些成熟传感手艺(如PIR和超声波)的成熟应用,想要突破自己原有的“恬静圈”,进入这个新领域,毫米波雷达就要直面这些手艺的挑战。


不外就手艺特征来讲,毫米波雷达对于自身在民用市场攻城略地照样很有信心的。详细来说,毫米波雷达不容易受环境(温度光线等)的影响,能够穿透塑料、墙板和衣服等非金属质料,这就决议了它可以在一些特定的应用场景中占有C位;另一方面,与其他传感器相比,毫米波雷达不仅可以侦测到工具是否存在,还可以确定移动物体的偏向、速率、距离,甚至可以凭证天线设置确定移动物体的准确位置,这些高精度的数据和厚实的信息,无疑会为毫米波雷达在工业和消费市场,稀奇是与物联网相关的领域赢得新的生长空间。


毫米波雷达“三兄弟”


根据事情频段,针对民用市场的毫米波雷达可以分为三类:


24GHz毫米波雷达。这也是最先投入民用的毫米波雷达,其波长为1.25cm(委屈算是毫米波)。由于频段的频率对照低,带宽对照窄(只有250MHz),因此24GHz毫米波雷达在丈量精度上受限,这也在一定水平上限制了其应用局限的扩展。不外由于其手艺成熟,成本低廉,照样有不少可施展的空间。


77GHz毫米波雷达。这个频段的毫米波雷达波长只有3.9mm,频率对照高,带宽可达4GHz。一样平常来说,雷达的波长越短,分辨率/精准度越高(固然成本也会更高),整个系统的形状也会更小,因此77GHz毫米波雷达逐渐接棒24GHz产物,成为汽车领域的主流,而且许多国家和区域也将这个频段分配为汽车的专用频段。


随着77GHz毫米波雷达手艺的成熟,24GHz方案在车载应用上的性价比优势也不是那么显著了,因此这些年24GHz毫米波雷达也逐渐将后续生长的重心转向工业和消费市场。

60GHz毫米波雷达。这个频段的雷达波长为5mm,具有高达7GHz的可用于短程应用的免允许带宽,因此其可以提供更好的分辨率。它的泛起主要是为了应对24GHz雷达带宽受限、精度不足、对运用物体的感测有局限的问题。正由于此,各个主要的手艺厂商围绕非汽车领域的毫米波雷达的竞争,也逐渐从24GHz转移到60GHz频段。


显而易见,60GHz毫米波雷达对于细微动作的检测更为善于。60GHz的雷达波长为5mm,0.5mm的微动作,相当于10%的波长,这在雷达“看起来”已经是一个显著的位移了。


非汽车领域的“新赛道”


可以说,有了24GHz雷达打前站,77GHz雷达在汽车领域的重点突破,以及60GHz雷达的补强,毫米波雷达“三兄弟”已经在民用市场闯出了一片新天地。稀奇是在非汽车领域,毫米波雷达在四个领域的显示十分值得期待。


首先是楼宇自动化和智能家居领域。作为人体和运动传感器,毫米波雷达可以对区域内的职员数目、位置举行精准的感知,并以此为依据去控制照明、空调等系统,实现更高效的节能。也有开发者在探索将毫米波雷达与电梯控制连系在一起,凭证算法准确测算出电梯间内守候的搭客数目——甚至能够准确判断出无关的过客和真正的搭客——进而合理调剂,提升电梯的运行效率。


其次是康健监护领域。上文提到的心跳、呼吸监测就是一个典型的用例。而且随着老龄化历程的加速,毫米波雷达与智慧养老相连系,还可以演化出摔倒报警、睡眠监控等更多的新用例。这一领域未来的远景,也异常值得关注。好比,安富利就开发出了一款基于英飞凌BGT60TR1X系列毫米波雷达芯片的呼吸心跳检测解决方案,该方案行使一发一收两根天线即可事情,采集获得的数据通过基于Arm Cortex-M7的低成本MCU上举行处置,能够在大局限内自动检测并捕捉呼吸和心跳引发的细微动作。




左上和右上图显示的是随呼吸和心跳引发的胸部位移转变


第三是安防监控领域。只管摄像头现在是这一领域的主流方案,然则小我私人隐私也一直是随同着视觉解决方案的敏感的话题。因此在特定的场所,毫米波雷达可以作为一个替换方案,取代摄像头去举行流量剖析、入侵检测等事情。此外,接纳“摄像头 毫米波雷达”相互联动的解决方案,还可增强原有方案的性能和可靠性,有利于实现更高的识别率、更低的误报率、更低的人工成本。


最后是人机交互(HMI)领域。依附精准运动检测,毫米波雷达可以实现更细腻的手势和肢体识别,为用户提供更自然的HMI体验。这在小屏幕或近程屏幕的非接触手势控制、实时游戏交互、家电控制等方面将带了全新的用户体验。


总之,从军用到专用,再到汽车,再到工业和消费物联网应用,毫米波雷达通过不停地“出圈”,使得自身的应用疆土不停扩大。MarketsandMarkets的数据显示,到2023年雷达传感器的市场总量将到达206亿美元,从2017年到2023年的复合年增进率高达19.5%。其中车载雷达是这一波增进最大的推动力,可以预见,接下来物联网市场将会成为驱动毫米波雷达市场的另一个车轮,推动其以更高的加速率向前飞驰。


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