自動駕駛之外，毫米波雷達(dá)還有哪些潛力可挖？

單祥茹

提到毫米波（mmWave）雷達(dá)，大家的第一感覺就是它應(yīng)該比較“貴”，只有5G，自動駕駛這樣的“豪門”用得起。再就是擔(dān)心它的輻射很大，不適合民用。今年4月份，2019 TI毫米波雷達(dá)中國巡演中的一系列現(xiàn)場應(yīng)用展示告訴我們，這些擔(dān)心不僅多慮了，而且毫米波雷達(dá)還有很多應(yīng)用潛力可挖。

毫米波雷達(dá)在汽車上的新應(yīng)用

毫米波技術(shù)能夠穿透塑料、墻板和衣服等特定的材料，并且不受雨、霧、灰塵和雪等環(huán)境條件的影響。此外，毫米波雷達(dá)還是一種可以全天候全時工作的傳感器。因此，毫米波雷達(dá)早已成為汽車高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）的主力傳感器。德州儀器（TI）中國區(qū)嵌入式產(chǎn)品系統(tǒng)與應(yīng)用總監(jiān)蔣宏表示，汽車應(yīng)用需能在200-300米的范圍內(nèi)探測到目標(biāo)，室內(nèi)的要求是探測到7～10米的距離。通過基礎(chǔ)評估，現(xiàn)在Tl的室內(nèi)毫米波雷達(dá)與WiFi、熱點(diǎn)產(chǎn)生的輻射等量。反倒是WiFi 2.4GHz、5GHz的頻段更容易穿透人的皮膚，很可能會被人體吸收。毫米波雷達(dá)由于頻段高，反而使得60%以上輻射被直接反射掉，不會進(jìn)入人體，是一個安全的傳感器產(chǎn)品。另外，毫米波雷達(dá)的成本也有明顯下降。這些為毫米波的大規(guī)模使用提供了保障。通過這次展示，TI就是希望向業(yè)界說明，毫米波雷達(dá)的很多新興應(yīng)用已經(jīng)被挖掘出來了，比如車內(nèi)手勢控制、檢測駕駛員生命體征及其他乘員情況。

為什么稱之為新應(yīng)用呢？蔣宏說，那是因?yàn)門I的汽車?yán)走_(dá)產(chǎn)品已經(jīng)有很多年的應(yīng)用歷史，比如前向的ACC（自巡航）、ACW（前向防撞）。為了滿足工業(yè)和家庭場景的不同應(yīng)用需求，TI推出了60GHz、77GHz兩個頻段的毫米波雷達(dá)。隨著毫米波雷達(dá)產(chǎn)品的日益完善，在自動駕駛之外，一些新的應(yīng)用逐漸浮出水面。

毫米波是一項(xiàng)可用于檢測物體并提供物體的距離、速度和角度信息的傳感技術(shù)，是一項(xiàng)非接觸式技術(shù)。因使用的是較小的波長，距離精度可以達(dá)到亞毫米級別。這些特點(diǎn)讓毫米波雷達(dá)在生命體征檢測時游刃有余。在TI展示的體征探測方案中，毫米波雷達(dá)通過檢測睡眠時的呼吸頻率，即可判別人們是處于深度睡眠還是淺度睡眠。將其用于車內(nèi)檢測，可以準(zhǔn)確判斷駕駛員的生命體征。

據(jù)統(tǒng)計，因駕駛員喝醉或生病而產(chǎn)生的交通事故比疏忽而產(chǎn)生的交通事故概率更高。人們對更高安全性的要求，不僅要了解駕駛員是否因醉酒或駕駛疲勞出現(xiàn)閉眼等面部情況，還希望準(zhǔn)確測量駕駛員的呼吸和心跳。一般情況下，通過DMS（Driver Monitor System）就可以監(jiān)測車內(nèi)駕駛員的狀況。過去的DMS主要借助紅外檢測，只能監(jiān)測到駕駛員是否在看路，是否有閉眼。TI基于毫米波雷達(dá)開發(fā)的體征探測方案就可以用于開發(fā)檢測駕駛員呼吸和心跳的功能系統(tǒng)。當(dāng)駕駛員的心跳突然間加快或出現(xiàn)反常狀態(tài)，汽車可以達(dá)成預(yù)防性的停駛。

此外，在車內(nèi)應(yīng)用中，使用毫米波雷達(dá)還能檢測車內(nèi)乘坐情況。我們經(jīng)常看到一些家長因疏忽將孩子遺忘在汽車內(nèi)，致使孩子窒息而亡的消息。毫米波雷達(dá)的優(yōu)點(diǎn)是對運(yùn)動的物體很敏感，只要輕微的運(yùn)動，就能輕松被探測到。另外，不同于其他傳感技術(shù)，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，還可以將其隱藏在面板背后而不破壞車輛的整體內(nèi)飾。蔣宏表示，TI已經(jīng)成功地推出基于AWR1642的車內(nèi)人員檢測參考設(shè)計，用于檢測車輛內(nèi)雙人乘坐情況。該參考設(shè)計極易修改，可擴(kuò)展到多人的檢測。在實(shí)際應(yīng)用中，還可用作檢測車內(nèi)是否有小朋友、甚至小貓小狗等小動物，同時車輛后方有可能的人侵者也會被檢測到。隨著電動車的普及，為避免無線充電對人體造成傷害，蔣宏預(yù)測，未來的汽車有可能會放置天線來確認(rèn)沒有活物后才開始無線充電。

毫米波雷達(dá)讓安防的視野更寬廣

在安防監(jiān)控市場，攝像頭是傳感方案的主力產(chǎn)品。“不過采用融合的攝像頭和毫米波方案可搜集到所有的監(jiān)控細(xì)節(jié)。此外，TI的毫米波監(jiān)控方案還具有預(yù)警功能，如果發(fā)生危險了，不論白天黑夜，都可實(shí)現(xiàn)功能。”蔣宏表不。

TI展示的戶外50米范圍人員檢測方案主要針對戶外布防，當(dāng)有一個人躲在草叢后面，通過攝像頭很難發(fā)現(xiàn)，而使用毫米波雷達(dá)即可一覽無余。或者有人從遠(yuǎn)距離走進(jìn)布防區(qū)域，一旦接近也能被立刻探測出來，探測的最長距離可根據(jù)應(yīng)用場合進(jìn)行設(shè)定，本次演示的距離為50米范圍。在這樣的場景中，毫米波雷達(dá)可全天候工作的優(yōu)勢更加突出。我們有理由相信，毫米波雷達(dá)在安防市場的應(yīng)用前景會越來越好。

另據(jù)蔣宏介紹，適用于交通監(jiān)控的TI工業(yè)毫米波解決方案已經(jīng)具備三發(fā)四收的能力，即有三路發(fā)射四路接收，需要探測更遠(yuǎn)距離時，可以三路發(fā)射同時工作。如果是在家中庭院布防，40～50米的探測距離即可滿足需求，一路發(fā)射即可;如果是在公園或廠礦里做安防，至少要達(dá)到150米的距離，三路發(fā)射可同時打開，這些都是根據(jù)應(yīng)用可選擇的。

上述方案還可擴(kuò)展到電梯、樓道等應(yīng)用中，比如通過毫米波雷達(dá)檢測電梯轎箱里進(jìn)出的人數(shù)。試想一下人流涌動的辦公樓，有一個人攜帶較大體積的物體占滿整個空間，而其他人無法進(jìn)入電梯，這種情況可在轎箱里安裝TI毫米波雷達(dá)，從而精確了解有幾人進(jìn)入電梯，電梯余留多大的空間。

毫米波雷達(dá)體征探測方案讓醫(yī)療服務(wù)更貼心

由于毫米波雷達(dá)能夠感測到非常細(xì)微的運(yùn)動、甚至是呼吸，因此也非常適合醫(yī)療領(lǐng)域的一些應(yīng)用。比如燒傷的病人，傳統(tǒng)的接觸式儀器無法用于偵測他們的呼吸和心跳，這時一定要用非接觸式的儀器。TI這次就展出了毫米波雷達(dá)在醫(yī)療服務(wù)上的應(yīng)用。

據(jù)蔣宏介紹，毫米波會判斷胸腔的起伏，因?yàn)槠鋵\(yùn)動特別敏感，探測精度很高，完全可以借此檢測微弱的呼吸和心跳。在TI官網(wǎng)上，已有相關(guān)的源代碼對公眾開放，供參考使用。

毫米波雷達(dá)方案更適于復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境

現(xiàn)如今很多工業(yè)自動化領(lǐng)域已經(jīng)開始大量使用機(jī)器人和機(jī)械臂，這些設(shè)備必須有感知周圍環(huán)境的能力。另外，應(yīng)用越來越廣泛的AGV（倉儲機(jī)械人），更是需要通過靈敏的感知找到行走的路徑，還要避免碰到人。蔣宏表示： “攝像頭顯然無法滿足這樣的功能需求，尤其是有焊接設(shè)備的工廠，電火花會千擾攝像頭判斷的準(zhǔn)確度。毫米波則完全不受這樣的環(huán)境影響，并且這只是工業(yè)領(lǐng)域的其中一個應(yīng)用。借助TI 60GHz毫米波雷達(dá)，工程師可以將毫米波技術(shù)集成到各種機(jī)器人、工廠自動化和樓宇自動化設(shè)計中。”

毫米波技術(shù)擴(kuò)展了樓宇和工廠自動化功能，實(shí)現(xiàn)了更智能的人員計數(shù)、運(yùn)動感測、機(jī)器人技術(shù)、安全防護(hù)等。TI在去年推出的IWR6x毫米波傳感器是業(yè)內(nèi)首款包含“AOP天線封裝”在內(nèi)的封裝產(chǎn)品，克服了與射頻設(shè)計相關(guān)的傳統(tǒng)挑戰(zhàn)，尺寸縮小到75%，總成本也有明顯降低，為毫米波在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用提供了保證。

傳感器融合乃大勢所趨

實(shí)現(xiàn)全自動無人駕駛不僅是汽車行業(yè)同樣也是半導(dǎo)體界無數(shù)人的夢想，它將從根本上改變城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)以及產(chǎn)業(yè)格局。據(jù)IHSAutomotive預(yù)測，在物聯(lián)網(wǎng)（IoT）連接、處理能力和機(jī)器視覺等必要技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵時期，到2035年全球自動駕駛汽車將有近2100萬銷售量。

常規(guī)視覺攝像機(jī)實(shí)現(xiàn)了很多汽車的常見功能，隨著汽車電子系統(tǒng)復(fù)雜度的增加，傳感器融合乃大勢所趨，激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)將承擔(dān)更多的汽車智能化任務(wù)。現(xiàn)在，毫米波的集成已擴(kuò)展到ADAS解決方案中，為駕駛員、乘客和行人創(chuàng)造更安全的駕駛環(huán)境。

在產(chǎn)品上，2018年5月，業(yè)內(nèi)首個單芯片CMOS毫米波雷達(dá)AWR1642、IWR1642實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。兩款器件均支持在77GHz--81GHz的頻率下實(shí)現(xiàn)高達(dá)三倍的精確傳感以及最小占板面積。

蔣宏還在現(xiàn)場演示了傳感器融合方案在汽車、空調(diào)、VR游戲中的應(yīng)用。比如在汽車中的攝像頭無法準(zhǔn)確判斷前面一個栩栩如生的1：1汽車照片，毫米波雷達(dá)則因檢測不到金屬材料，就會判別這絕對不是一輛真車。將兩種檢測手段疊加在一起，判斷的準(zhǔn)確度顯著提升。VR游戲里的攝像頭，當(dāng)動作過快或過慢時將很難做出準(zhǔn)確的判斷。而毫米波因?yàn)楦兄S度多，可以豐富不同的功能。