脑洞大开!除了自动驾驶,毫米波雷达还能这么用!

坚白 2019-05-09 12:15 次阅读
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。
各种传感器特性比较
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。
这个用例采用的是TI的IWR1642
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。
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。
IWR6843是TI首款AOP传感器
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MCUCPU。”

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。
AWR1642可以实现医疗级体征测试(心跳、呼吸)
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。
车内婴儿检测实验
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

某方案商采用TI的77GHz MMIC设计的4D雷达
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。
多片级联雷达(MIMO),适用于汽车自动驾驶成像。
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。

附:毫米波雷达在多元场景中的应用

毫米波雷达在多元场景中的应用
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MGA-16116 用于平衡应用的双LNA 450-1450 MHz

MGA-725M4 具有旁路开关的3V LNA,2至14dBm可调节IIP3,MiniPak封装

MGA-725M4是一款低噪声放大器,内置旁路开关,采用微型无引线封装。它采用MiniPak 1412封装,专为3V蜂窝/ PCS应用而设计,例如: CDMA手机中的LNA和驱动放大器。偏压:3V,20mA;增益= 14.4dB; NF = 1.4dB;所有2GHz的IP3i = 9.9dBm。
发表于 07-04 09:54 74次 阅读
MGA-725M4 具有旁路开关的3V LNA,2至14dBm可调节IIP3,MiniPak封装

MGA-13316 高增益,高线性度低噪声放大器

Broadcom的 MGA-13316 是一款易于使用的两级 GaAs MMIC 低噪声放大器( LNA )。 MGA-13316 LNA 具有低噪声,良好的输入回波损耗和通过使用Broadcom专有的0.25um GaAs增强模式pHEMT工艺。 特性 低噪声系数 高增益 高线性度性能 卓越的隔离 GaAs E-pHEMT技术 产品规格的一致性非常均匀 符合MSL1,无铅和无卤素 应用程序 用于蜂窝基础设施的低噪声放大器,包括 GSM , CDMA ,TD-LTE W-CDMA 。 其他噪声极低的应用。...
发表于 07-04 09:54 52次 阅读
MGA-13316 高增益,高线性度低噪声放大器

MGA-637P8 超低噪声,高线性度低噪声放大器

Broadcom’ MGA-637P8是一款经济,易用的GaAs MMIC低噪声放大器(LNA)。 LNA通过使用Broadcom专有的0.25um GaAs增强模式pHEMT工艺实现了低噪声和高线性度。 特性 超低噪声图 高线性性能 低成本小封装尺寸:2.0x2.0x0.75mm 3 集成电源下拉控制引脚 可提供卷带包装 应用 LTE,GSM,CDMA等蜂窝基础设施应用,WCDMA,CDMA2000& TD-SCDMA 其他超低噪声应用
发表于 07-04 09:54 54次 阅读
MGA-637P8 超低噪声,高线性度低噪声放大器

MGA-685T6 电流可调低噪声放大器

MGA-685T6是一款易于使用的GaAs MMIC放大器,可为0.1至1.5GHz的应用提供出色的线性度和低噪声系数。一个外部电阻用于将偏置电流设置为5 mA至30 mA。这允许设计人员在几个电路位置使用相同的部件,并根据每个位置定制线性性能(和电流消耗)。特性 单个3V电源 高线性度 低噪声系数 微型表面贴装2.0x1.3x0.4 mm3 6导联UTSLP 应用 DVB-T,DVB-H,T-DMB,ISDB-T,DAB和MediaFLO的LNA
发表于 07-04 09:54 56次 阅读
MGA-685T6 电流可调低噪声放大器

MGA-683P8 低噪声和高线性度有源偏置低噪声放大器

Broadcom’ MGA-683P8是一款经济实惠,易于使用的GaAs MMIC低噪声放大器(LNA)。 通过使用Broadcom专有的0.25um GaAs增强模式pHEMT工艺,LNA具有低噪声和高线性度。 特点 低噪声图 高线性性能 GaAs E-pHEMT技术 低成本小封装尺寸:2.0x2.0x0.75mm 3 产品规格的优异均匀性 胶带和-Reel packaging opyion 应用程序 蜂窝中继器 其他超低噪音应用
发表于 07-04 09:53 2次 阅读
MGA-683P8 低噪声和高线性度有源偏置低噪声放大器

MGA-71543 带旁路开关的3V LNA,0至9dBm可调节IIP3,SOT343(SC-70)

MGA-71543是一款内置旁路开关的低噪声放大器。它采用微型SOT-343封装,专为3V蜂窝/ PCS应用而设计,例如: CDMA手机中的LNA和驱动放大器。偏置3V,10mA:增益= 16dB; NF = 1.1dB;所有在2GHz时IIP3 = 4.3dB。在旁路模式下:插入损耗= 5.6dB; IIP3 = 35dBm。
发表于 07-04 09:53 52次 阅读
MGA-71543 带旁路开关的3V LNA,0至9dBm可调节IIP3,SOT343(SC-70)

MGA-16316 用于平衡应用的双LNA 1950-2700 MHz

Broadcom的 MGA-16316 是一款超低噪声高线性度放大器,具有内置有源偏置和关断功能,适用于平衡应用。      功能 超低噪声系数 可变偏差和关闭功能 高IIP3 RoHS和MSL1投诉 GaAs E-pHEMT技术 应用 需要平衡配置的基站接收器和发射器 超低噪声射频放大器
发表于 07-04 09:53 30次 阅读
MGA-16316 用于平衡应用的双LNA 1950-2700 MHz

MGA-636P8 超低噪声,高线性度低噪声放大器

Broadcom’ MGA-636P8是一款经济,易用的GaAs MMIC低噪声放大器(LNA)。 LNA通过使用Broadcom专有的0.25um GaAs增强模式pHEMT工艺实现了低噪声和高线性度。 特性 超低噪声图 高线性性能 低成本小封装尺寸:2.0x2.0x0。 75毫米 3 集成断电控制引脚 可提供卷带包装 应用 h3> 蜂窝基础设施应用,如LTE,GSM,CDMA,WCDMA,CDMA2000& TD-SCDMA 其他超低噪声应用
发表于 07-04 09:53 2次 阅读
MGA-636P8 超低噪声,高线性度低噪声放大器

MGA-631P8 具有有源偏置的低噪声,高线性放大器

Broadcom’ MGA-631P8是一款经济,易用的GaAs MMIC低噪声放大器(LNA),具有有源偏置。 LNA具有低噪声,出色的输入回波损耗和高线性度。它具有额外的功能,允许设计人员调整外部电源电流和增益。该器件采用微型2.0 x 2.0 x 0.75mm3 8引脚薄型无引脚封装(TSLP)封装。 特性 高隔离度 高线性度 低噪声图 低成本小封装尺寸 外部可调增益&供电电流 应用 用于GSM,CDMA,W-CDMA,TD-SCDMA和其他超低噪声应用的LNA...
发表于 07-04 09:53 4次 阅读
MGA-631P8 具有有源偏置的低噪声,高线性放大器

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