雷达传感器在家庭，办公室，学校，工厂等

文章作者:Kim Lee

当我们想到雷达时，我们脑海中浮现出的画面是，在空中交通管制大楼顶上旋转的天线扫描天空，在沿海山顶眺望大海的雷达罩，以及路边警察检查过往车辆的速度。这些熟悉的无线电探测和测距(雷达)的实现现在被高性能固态雷达传感器的发展所支持的新一代应用程序所加入。

来自这些雷达芯片的数据，单独使用或使用来自其他类型传感器的输出的复杂算法，将使我们的生活更简单，更安全，更方便的更直观的用户界面。现实世界和数字世界之间的线条将会模糊，背景将在塑造用户界面工作的方式方面发挥更大的作用，并且在我们认识到自己之前，设备将预测我们的需求。

通过在SiGe基板上的BICMOS到硅上的深层微米CMOS工艺，通过芯片制造过程的不断改进来实现这些机会。这些过程允许我们构建可以维持能够在60GHz及以上发射和感测雷达信号所需的非常高的操作频率的晶体管。在这些频率下，一个适当的雷达系统将能够感测一个人的分辨率约为2厘米的距离，在室内高达10米的距离。

图1通过对24ghz和60ghz雷达的比较，突出了它们各自的设计参数。来源:英飞凌

另一方面，在24 GHz工作的雷达传感器将能够感知到一个人的距离，分辨率约为60厘米，在高达50米，室内或室外。这是一个强大的新感测范式，其完整的实用程序只会被揭示，因为开发人员获得了持有部分并将它们放在设计中。万博投注网址但这里有一些方式我们认为这项技术现在可以应用。

新的雷达传感器应用

一个明显的用例是，特别是在这些后大流行时代，使非触摸用户界面更广泛地可用，特别是在办公大楼和咖啡馆等公共场所。在过去的一年里，我们都学会了如何用胳膊肘按按钮，但如果我们想要叫电梯时，只需要在仪表板上挥挥手，那该有多方便呢?

类似的逻辑也适用于其他自助机器，比如酒店咖啡馆里常见的复杂咖啡机。这些咖啡都有触摸屏界面，让客人可以点他们想要的咖啡，但在疫情期间，员工必须在每次使用后都要对屏幕进行消毒。重新考虑用户界面，加入近距离雷达传感，可以使整个交易更加卫生。

雷达传感器也可以努力跟踪建筑物中的人，以代替目前用于控制房间照明的被动红外（PIR）传感器基于占用。PIR传感器在这个申请中具有缺点，因为它们往往不会“看到”仍然留在桌前过长的人，并且最终将它们陷入黑暗中。另一方面，雷达可以感觉到他们最小的运动，例如人呼吸的人的胸部的上升和堕落，避免了假阴性和突然的黑暗。

这种雷达传感器可以安装在干墙后面，使它们比PIR选项更加谨慎。它们也可以排列安装在天花板后面，这样，在非常大的房间里，照明控制器可以限制它们照亮的区域，只照亮有人在场的地方。通过在每盏路灯上安装雷达传感器，将其转变为一种“按需”服务，司机可以在没有灯光的道路上行驶，从而使路灯更加环保。

一些高端车辆的巡航控制系统中已经使用了雷达传感器，它能在一辆车和前面的车之间保持固定的距离。但雷达传感器的更多使用，使更复杂的车辆自动功能，除了避免碰撞。最终，由于多个低成本雷达传感器产生的数据流，通过车对车和车对基础设施的通信策略，我们可以看到交通流量的更多协调，从而提高交通吞吐量和乘客安全。

图2雷达传感器正在成为高度自动化驾驶的关键组成部分。来源：英飞凌

碰撞避免计划从汽车行业借来并通过雷达传感使能，可以使港口储存和物料处理等操作更安全。同类技术也可以应用于工业机器人，使人们和机器人能够在工厂中携手合作，并且可以为机器人互动而抵押。

雷达传感器还可用于加强安全设备，如摄像头、报警器和门禁。在摄像机视野(FoV)被遮挡的情况下，雷达可以感知入侵者的存在和移动方向。与PIR传感器不同，雷达不会被身穿厚衣服的入侵者所欺骗，以抑制其热信号。基于雷达的状态传感器也可以比光学摄像机更谨慎地安装，使系统更有效，视觉干扰更小。

此外，传感器可以帮助延长远程光学相机的电池寿命，允许它们进入睡眠模式，直到它们被雷达传感器触发的存在检测信号唤醒。最后一个应用只是多传感器设置的一个例子，它结合了来自多个传感器的输入，比单传感器系统可以实现更少的误报。

雷达传感器的选择

应该使用哪种类型的传感器?工作在24ghz的部件比工作在60ghz的部件更适合户外使用，因为60ghz的部件辐射能量会被大气中的湿气、雨水、雪和灰尘吸收。如前所述，为应用程序选择的工作频率、在该频率上定义的ISM频带中可用的工作带宽和在这些频率上工作的雷达传感器可以实现的距离分辨率之间存在权衡。24 GHz的工作范围也比60 GHz的工作范围长。

可以根据要反射的调制雷达信号的时间计算到感测对象的距离，并且可以从该信号的多普勒偏移导出移动物体的速度。可以使用至少两个雷达接收器，相隔的已知距离来计算运动方向和运动角度，使得可以通过使用更多的发射器和接收器路径来提高角度计算的分辨率。

所示图1在美国，60 GHz系统可以比24 GHz系统小得多，并受益于这样一个事实，即在这些高频率下，可以将天线集成到部件中，节省空间并降低系统级设计复杂性。在任意频率下工作的雷达传感器系统的功耗都可以低于1mw，这使得它们适用于电池供电的设备，甚至手机。

图3雷达IC与MEMS麦克风以及音频处理器的传感器融合能够实现多个语音识别应用。来源：英飞凌

我们已经看到这种情况发生了。例如，谷歌已将雷达传感器添加到像素4手机，以使能基于手势的用户界面控制。手机可以用刷卡取消闹钟并用一波手跳过播放列表轨道。而谷歌的雷达传感器技术比这更有更多，使手机更直观地使用，例如，通过醒来时醒来，当你把它放下时会睡着了。

大型雷达是为一个非常特殊的目的而发明的，并已被广泛应用于其他应用。小型雷达的到来有望实现一系列新的应用，有些是预期的，有些是意想不到的。问题是你会用它做什么?

本文最初发布地球上模拟。

金李他是英飞凌传感器解决方案与物联网产品组的系统应用工程高级总监。