首页 / 行业

脑洞大开！除了自动驾驶，毫米波雷达还能这么用！

2019-05-09 12:15:00

从目前的热点来看，提起毫米波雷达，自然会想到自动驾驶。但是，如果把毫米波雷达技术的价值局限在尚未大规模应用的自动驾驶中，那就太过狭隘了。虽然增长迅猛，但事实上，即便是自动泊车（APS）这类应用，由于成本因素，毫米波雷达传感器也只是刚刚启动它的商业机会。这种情况在诸如自适应巡航控制（ACC）、前向防撞报警（FCW）、辅助变道（LCA）、盲区监测（BSD）等ADAS应用中也类似。在自动驾驶之外，毫米波雷达技术有着广泛的应用，这是其在“传感”丛林中的比较优势所决定的。就以自动驾驶的应用场景为例，目前采用的传感器包括激光雷达、摄像头、毫米波雷达、超声波雷达、GNSS/IMU等，这些传感器在包括汽车在内的各种应用场景中也很有代表性，而在什么场景使用它们取决于这些传感器不同的特性。

图：各种传感器特性比较上图解释了为什么摄像传感会被广泛应用到多数场景中，而毫米波雷达也有着广泛适用的前景，而一些特性使得毫米波雷达具有替代或互补摄像传感的可能。比如该技术可以在极具挑战（如明亮的光线和黑暗中）的环境条件下检测到人的位置，而同样的条件下，摄像机会有过曝和欠曝的问题；在需要检测动作的应用中，超声波传感器无法区分人和静物，而毫米波雷达则没有这个问题。此外，与其他传感技术相比，毫米波具有非接触性和非干涉性，可以穿过塑料、干墙和衣服等材料，这使得毫米波传感器可以隐藏在面板背后，放置在室内装饰或车内的其他材料内——想象一下，对于需要隐蔽的监控或感测系统的应用场景而言，还有比这更合适的吗？事实上，基于自身的特性，除了汽车自动驾驶，毫米波雷达可以广泛的应用于工厂产线、安防监控、医疗设备、箱内液位感测、机器人视觉和无人机等场景，而在MMIC（单片微波集成电路）解决了雷达模块的体积和成本的瓶颈后，其应用场景更加多元。日前，<电子发烧友>应邀在TI的一场有关其毫米波雷达产品的巡演活动中，参观了这些产品在工业（IAW系列）和汽车（AWR系列）两大领域中的应用演示，一些应用场景刷新了笔者的认知，令人脑洞大开。

场景一：智能交通

在智能交通系统中，传感器用以追踪交通拥堵并保持交通畅通，特别是在十字路口和高速公路上。这些传感器必须具备精确性（用于测量车辆或行人的延伸范围，速度和位置）、稳固性（包括在不透气的天气，黑暗和阳光下工作）、整体性（优化实时评估和修正。）和易于使用性（带有参考代码和样本以加速部署）这几个特性。以监测高速公路上车速以远程发放超速罚单的应用为例，传感器必须能够准确地检测处于不同距离的各个物体的速度，这需要通过设计中增加的Vmax算法而得以实现。这一功能还可以提高传感器监测交叉口的准确性，使其能够更好地预测接近车辆的数量，并启用绿灯控制，减少车辆的启动和停止从而使交通更加流畅，并使得给闯红灯车辆发送罚单变得更容易。而这个场景，毫米波雷达非常适用。

图：这个用例采用的是TI的IWR1642，集成了能够检测物体的DSP——C674x，其ARM R4F处理器则可以随时追踪车辆的行驶距离和速度。该传感器具有35厘米的分辨率，能够检测到距离不超过200米的各种物体，其50厘米/秒速度的分辨率，可以在高速公路单车道上精确地追踪200公里/时及更高限速的车辆，以及限速70公里/时，在有交叉路口绿灯控制和执法的多车道上的车辆。IWR1642具有120度视野（FOV）15度角分辨率，能够更容易的检测到接近交叉路口的车辆或行人。该传感器还可以留意多个停车位，以便司机知道停车场某车道内是否有车位，或者他们需要换一层楼找寻。这使得它也适用于ADAS。

场景二：工业应用

在工业应用场景中（按TI的分类，汽车之外的应用都属于工业应用），TI演示了其60 GHz毫米波传感器IWR6843的应用。图：通过和视频传感的融合，可以感测和避免障碍物，或通过收集不同范围、速度与角度的数据来检测和识别手势，实现人机互动。这一应用非常适合工厂和产线的复杂环境。据TI工业雷达产品营销总监Robert Ferguson介绍，工业场景有很多领域会用到毫米波和摄像传感的融合感测。比如焊接机器人，焊接时的强光对摄像头有非常大的影响。而毫米波不受强光的影响。再比如机械臂、自动搬运工具的工作场景中，人、物混杂，需要设定安全工作区域，如果有人误入，就会报警或者采取措施，这些都可以部署毫米波雷达进行监测。图：IWR6843是TI首款AOP传感器IWR6843是TI首款“AOP”（Antenna-on-Package）传感器，由于将天线封装在一起，整个器件的尺寸缩小到75%，降低了系统总成本。IWR6843的带宽高达4 GHz，能够以高于24 GHz窄带解决方案20倍的精度感测到物体、人以及非常细微的运动，甚至是呼吸和打字这样的动作都能感测到。“IWR6843扩展了楼宇和工厂自动化功能，实现了更智能的人员计数、运动感测、机器人技术、安全防护和生命体征监控等。”Ferguson说，“其集成的处理功能使传感器能够减少误报并做出实时决策，从而无需在许多系统中使用外置MCU或CPU。”

场景三：体征探测

上文提到的智能交通用例中的WR1642是77GHz毫米波传感器，能够感测到非常细微的运动、甚至是呼吸，从而提示有人存在。这个性能适用于体征探测、测量车门和车身周围的剩余空间和障碍物、车辆承载情况、入侵警报和更智能化的自动泊车。

图：AWR1642可以实现医疗级体征测试（心跳、呼吸）据TI中国区嵌入式产品系统与应用总监蒋宏介绍，毫米波雷达在医疗级体征监测上有很多场景应用。如病人在深度睡眠、浅度睡眠的不同状态下的高精度的呼吸监测，又如重度烧伤病人，医疗监护仪不能直接接触，对病人呼吸、心跳体征的24小时实时监测就可以用毫米波雷达来实现。另外一个是老年监护，在洗手间这类不适合设置摄像头的地方，也可以布置毫米波雷达。图：这个演示的上图是车内婴儿检测实验，毫米波传感器被悬挂在天窗上，在可视化图表中检测结果显示为一张热量图，该应用可防止婴儿遗留车内；下图演示检测车辆后方的可能入侵者。该应用还可以通过先进的算法，区分人和移动的物体如风中的树枝等。如果和摄像感测搭配使用，则可以减少误报警的情况。

场景四：汽车应用

图：某方案商采用TI的77GHz MMIC设计的4D雷达，可以达到16线激光雷达的点云成像水平，满足L2-L3级需要。这个应用令人惊讶，毕竟点云成像一贯是激光雷达的领地。
图：通过4个AWR1243级联后，远距离分辨力大大提高，40米处可以做到1度的方位角分辨率，也就是4.5厘米的精度和大约9厘米的物体分离精度。4个3发4收的AWR1243雷达，就是192个天线，这样通过在车身四周角的配置，可以实现自动泊车和高速场景中的360度监测。据悉，TI为其毫米波雷达产品线提供的SDK包括示例算法和软件库，通过不到20个的简单API来简化RF设计。