腦洞大開！除了自動(dòng)駕駛，毫米波雷達(dá)還能這么用！

從目前的熱點(diǎn)來看，提起毫米波雷達(dá)，自然會(huì)想到自動(dòng)駕駛。但是，如果把毫米波雷達(dá)技術(shù)的價(jià)值局限在尚未大規(guī)模應(yīng)用的自動(dòng)駕駛中，那就太過狹隘了。雖然增長迅猛，但事實(shí)上，即便是自動(dòng)泊車（APS）這類應(yīng)用，由于成本因素，毫米波雷達(dá)傳感器也只是剛剛啟動(dòng)它的商業(yè)機(jī)會(huì)。這種情況在諸如自適應(yīng)巡航控制（ACC）、前向防撞報(bào)警（FCW）、輔助變道（LCA）、盲區(qū)監(jiān)測（BSD）等ADAS應(yīng)用中也類似。

在自動(dòng)駕駛之外，毫米波雷達(dá)技術(shù)有著廣泛的應(yīng)用，這是其在“傳感”叢林中的比較優(yōu)勢(shì)所決定的。就以自動(dòng)駕駛的應(yīng)用場景為例，目前采用的傳感器包括激光雷達(dá)、攝像頭、毫米波雷達(dá)、超聲波雷達(dá)、GNSS/IMU等，這些傳感器在包括汽車在內(nèi)的各種應(yīng)用場景中也很有代表性，而在什么場景使用它們?nèi)Q于這些傳感器不同的特性。

圖：各種傳感器特性比較

上圖解釋了為什么攝像傳感會(huì)被廣泛應(yīng)用到多數(shù)場景中，而毫米波雷達(dá)也有著廣泛適用的前景，而一些特性使得毫米波雷達(dá)具有替代或互補(bǔ)攝像傳感的可能。比如該技術(shù)可以在極具挑戰(zhàn)（如明亮的光線和黑暗中）的環(huán)境條件下檢測到人的位置，而同樣的條件下，攝像機(jī)會(huì)有過曝和欠曝的問題；在需要檢測動(dòng)作的應(yīng)用中，超聲波傳感器無法區(qū)分人和靜物，而毫米波雷達(dá)則沒有這個(gè)問題。此外，與其他傳感技術(shù)相比，毫米波具有非接觸性和非干涉性，可以穿過塑料、干墻和衣服等材料，這使得毫米波傳感器可以隱藏在面板背后，放置在室內(nèi)裝飾或車內(nèi)的其他材料內(nèi)——想象一下，對(duì)于需要隱蔽的監(jiān)控或感測系統(tǒng)的應(yīng)用場景而言，還有比這更合適的嗎？

事實(shí)上，基于自身的特性，除了汽車自動(dòng)駕駛，毫米波雷達(dá)可以廣泛的應(yīng)用于工廠產(chǎn)線、安防監(jiān)控、醫(yī)療設(shè)備、箱內(nèi)液位感測、機(jī)器人視覺和無人機(jī)等場景，而在MMIC（單片微波集成電路）解決了雷達(dá)模塊的體積和成本的瓶頸后，其應(yīng)用場景更加多元。日前，<電子發(fā)燒友>應(yīng)邀在TI的一場有關(guān)其毫米波雷達(dá)產(chǎn)品的巡演活動(dòng)中，參觀了這些產(chǎn)品在工業(yè)（IAW系列）和汽車（AWR系列）兩大領(lǐng)域中的應(yīng)用演示，一些應(yīng)用場景刷新了筆者的認(rèn)知，令人腦洞大開。

在智能交通系統(tǒng)中，傳感器用以追蹤交通擁堵并保持交通暢通，特別是在十字路口和高速公路上。這些傳感器必須具備精確性（用于測量車輛或行人的延伸范圍，速度和位置）、穩(wěn)固性（包括在不透氣的天氣，黑暗和陽光下工作）、整體性（優(yōu)化實(shí)時(shí)評(píng)估和修正。）和易于使用性（帶有參考代碼和樣本以加速部署）這幾個(gè)特性。

以監(jiān)測高速公路上車速以遠(yuǎn)程發(fā)放超速罰單的應(yīng)用為例，傳感器必須能夠準(zhǔn)確地檢測處于不同距離的各個(gè)物體的速度，這需要通過設(shè)計(jì)中增加的Vmax算法而得以實(shí)現(xiàn)。這一功能還可以提高傳感器監(jiān)測交叉口的準(zhǔn)確性，使其能夠更好地預(yù)測接近車輛的數(shù)量，并啟用綠燈控制，減少車輛的啟動(dòng)和停止從而使交通更加流暢，并使得給闖紅燈車輛發(fā)送罰單變得更容易。而這個(gè)場景，毫米波雷達(dá)非常適用。

圖：這個(gè)用例采用的是TI的IWR1642，集成了能夠檢測物體的DSP——C674x，其ARM R4F處理器則可以隨時(shí)追蹤車輛的行駛距離和速度。該傳感器具有35厘米的分辨率，能夠檢測到距離不超過200米的各種物體，其50厘米/秒速度的分辨率，可以在高速公路單車道上精確地追蹤200公里/時(shí)及更高限速的車輛，以及限速70公里/時(shí)，在有交叉路口綠燈控制和執(zhí)法的多車道上的車輛。

IWR1642具有120度視野（FOV）15度角分辨率，能夠更容易的檢測到接近交叉路口的車輛或行人。該傳感器還可以留意多個(gè)停車位，以便司機(jī)知道停車場某車道內(nèi)是否有車位，或者他們需要換一層樓找尋。這使得它也適用于ADAS。

在工業(yè)應(yīng)用場景中（按TI的分類，汽車之外的應(yīng)用都屬于工業(yè)應(yīng)用），TI演示了其60 GHz毫米波傳感器IWR6843的應(yīng)用。

圖：通過和視頻傳感的融合，可以感測和避免障礙物，或通過收集不同范圍、速度與角度的數(shù)據(jù)來檢測和識(shí)別手勢(shì)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)互動(dòng)。這一應(yīng)用非常適合工廠和產(chǎn)線的復(fù)雜環(huán)境。

據(jù)TI工業(yè)雷達(dá)產(chǎn)品營銷總監(jiān)Robert Ferguson介紹，工業(yè)場景有很多領(lǐng)域會(huì)用到毫米波和攝像傳感的融合感測。比如焊接機(jī)器人，焊接時(shí)的強(qiáng)光對(duì)攝像頭有非常大的影響。而毫米波不受強(qiáng)光的影響。再比如機(jī)械臂、自動(dòng)搬運(yùn)工具的工作場景中，人、物混雜，需要設(shè)定安全工作區(qū)域，如果有人誤入，就會(huì)報(bào)警或者采取措施，這些都可以部署毫米波雷達(dá)進(jìn)行監(jiān)測。

圖：IWR6843是TI首款A(yù)OP傳感器

IWR6843是TI首款“AOP”（Antenna-on-Package）傳感器，由于將天線封裝在一起，整個(gè)器件的尺寸縮小到75%，降低了系統(tǒng)總成本。IWR6843的帶寬高達(dá)4 GHz，能夠以高于24 GHz窄帶解決方案20倍的精度感測到物體、人以及非常細(xì)微的運(yùn)動(dòng)，甚至是呼吸和打字這樣的動(dòng)作都能感測到。“IWR6843擴(kuò)展了樓宇和工廠自動(dòng)化功能，實(shí)現(xiàn)了更智能的人員計(jì)數(shù)、運(yùn)動(dòng)感測、機(jī)器人技術(shù)、安全防護(hù)和生命體征監(jiān)控等?！盕erguson說，“其集成的處理功能使傳感器能夠減少誤報(bào)并做出實(shí)時(shí)決策，從而無需在許多系統(tǒng)中使用外置MCU或CPU。”

上文提到的智能交通用例中的WR1642是77GHz毫米波傳感器，能夠感測到非常細(xì)微的運(yùn)動(dòng)、甚至是呼吸，從而提示有人存在。這個(gè)性能適用于體征探測、測量車門和車身周圍的剩余空間和障礙物、車輛承載情況、入侵警報(bào)和更智能化的自動(dòng)泊車。

圖：AWR1642可以實(shí)現(xiàn)醫(yī)療級(jí)體征測試（心跳、呼吸）

據(jù)TI中國區(qū)嵌入式產(chǎn)品系統(tǒng)與應(yīng)用總監(jiān)蔣宏介紹，毫米波雷達(dá)在醫(yī)療級(jí)體征監(jiān)測上有很多場景應(yīng)用。如病人在深度睡眠、淺度睡眠的不同狀態(tài)下的高精度的呼吸監(jiān)測，又如重度燒傷病人，醫(yī)療監(jiān)護(hù)儀不能直接接觸，對(duì)病人呼吸、心跳體征的24小時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)測就可以用毫米波雷達(dá)來實(shí)現(xiàn)。另外一個(gè)是老年監(jiān)護(hù)，在洗手間這類不適合設(shè)置攝像頭的地方，也可以布置毫米波雷達(dá)。

圖：這個(gè)演示的上圖是車內(nèi)嬰兒檢測實(shí)驗(yàn)，毫米波傳感器被懸掛在天窗上，在可視化圖表中檢測結(jié)果顯示為一張熱量圖，該應(yīng)用可防止嬰兒遺留車內(nèi)；下圖演示檢測車輛后方的可能入侵者。該應(yīng)用還可以通過先進(jìn)的算法，區(qū)分人和移動(dòng)的物體如風(fēng)中的樹枝等。如果和攝像感測搭配使用，則可以減少誤報(bào)警的情況。

圖：某方案商采用TI的77GHz MMIC設(shè)計(jì)的4D雷達(dá)，可以達(dá)到16線激光雷達(dá)的點(diǎn)云成像水平，滿足L2-L3級(jí)需要。

這個(gè)應(yīng)用令人驚訝，畢竟點(diǎn)云成像一貫是激光雷達(dá)的領(lǐng)地。

圖：通過4個(gè)AWR1243級(jí)聯(lián)后，遠(yuǎn)距離分辨力大大提高，40米處可以做到1度的方位角分辨率，也就是4.5厘米的精度和大約9厘米的物體分離精度。4個(gè)3發(fā)4收的AWR1243雷達(dá)，就是192個(gè)天線，這樣通過在車身四周角的配置，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)泊車和高速場景中的360度監(jiān)測。

據(jù)悉，TI為其毫米波雷達(dá)產(chǎn)品線提供的SDK包括示例算法和軟件庫，通過不到20個(gè)的簡單API來簡化RF設(shè)計(jì)。