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雷達傳感器的新型熱門應用

雷鋒網 2017-07-18 11:30:08

[導讀] 傳統的雷達技術具有非常廣泛的應用。如機載、艦載、基地雷達可以對運動目標進行檢測、成像;在氣象、航管、遙感等領域,我們可以借助雷達傳感器實現氣象預報、交通管制、資源勘查等。但是,由于傳統雷達設備的硬件成本高且體型巨大,因此一直在消費類電子產品中應用較少。

傳統的雷達技術具有非常廣泛的應用。如機載、艦載、基地雷達可以對運動目標進行檢測、成像;在氣象、航管、遙感等領域,我們可以借助雷達傳感器實現氣象預報、交通管制、資源勘查等。但是,由于傳統雷達設備的硬件成本高且體型巨大,因此一直在消費類電子產品中應用較少。

近年來隨著半導體技術的發展,雷達的尺寸、功耗和價格在不斷下降。另一方面,毫米波、超寬帶技術和多發多收的使用,結合創新的信號處理技術和計算能力不斷增強的芯片,雷達的感知功能日益強大。

雷達感知是一種無線感知技術。通過分析接收到的目標回波特性,提取并發現目標的位置、形狀、運動特性和運動軌跡,并且可以進一步推斷目標和環境的特征。其作用類似于人類的眼睛和耳朵。

與其它傳感器相比,雷達感知具有許多獨特的優勢。例如,與視覺傳感器相比,雷達不受光線明暗的影響,具有穿透遮擋物的能力,可以更好地保護個人隱私;與超聲技術相比,雷達感知的距離更遠,而且不會對人和動物造成傷害。

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雷達技術的應用場景

雷達感知可以支持非常豐富的應用場景。比如,毫米波雷達就已經被廣泛應用在汽車輔助駕駛領域,用以檢測行人和前車,實現防撞預警。此外,如上圖所示,雷達在居家、智能大廈、自動駕駛以及可穿戴設備等領域也有很多潛在的應用。

以智能家居場景為例,雷達傳感器可以被用于開關控制、入侵檢測、智能開門器等方面,方便大眾生活。在音響系統中,雷達能夠探測到某一區域的人與音響之間的距離,從而調整音響在某個區域的聲音大小;在空調系統中,雷達可以根據人的遠近,自動調節室內溫度;當雷達探測到吹風機離頭發太近時,還可以自動調節吹風機的溫度。

隨著新型低功耗、小型化雷達傳感器的誕生和產品化,雷達技術在各種智能設備和消費類電子產品中的應用將成為一種必然趨勢。

科研人員已在推動雷達感知技術的新型應用方面開展研究工作。讓我們結合一些具體的應用場景,來一探究竟吧。

人體體征檢測

呼吸和心跳是非常重要的人體生命體征,可以借助雷達技術進行檢測。與傳統醫療設備或可穿戴設備相比,利用雷達探測人體體征非常便捷,無需受檢測者穿戴任何設備,從而實現非接觸式的檢測。該技術可以被應用在人的檢測,睡眠監測和情緒管理等場景中,并結合兒童或老人的家庭看護等應用發揮重要作用。

我們在這一技術領域的研究進展順利,結合特定的波段,可以做到隔墻實現人體檢測。

運動識別

雷達的優勢是對運動的檢測,可以利用目標回波的多普勒效應來觀測和解讀目標的運動狀態,如運動方向和運動速度;在使用多通道傳感器時,還可以從不同的視角觀察目標的運動。通過從不同的視角采集目標的運動狀態,并結合瞬時信息和歷史信息進行分析,從而實現對復雜運動的分辨。在下圖所示的例子中,當人的手臂做不同運動時,不同動作產生了不同的微多普勒模式,結合運動的能量特性等特征可以實現不同運動的分辨。

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揮動手臂產生的微多普勒效應

來源:《雷達中的微多普勒效應》, Victor C.Chen

利用雷達識別運動的技術可以應用在不同的場景中。比如在體育運動中,可以借用這項技術檢測人和球類的運動狀態和運動軌跡。在居家環境下,還可以做人體摔倒檢測,用于預防老人摔倒。目前,我們的技術已經可以通過處理雷達數據,實現人體運動狀態和軌跡的解讀。

手勢識別交互

人機交互是雷達技術的另一個重要應用領域,如手勢識別交互。利用雷達采集的距離、多普勒信息,以及快速采樣獲得的手動態運動歷史信息,雷達可以很好地展現手的動態運動特性,并可以從不同的角度觀測手的運動。另外,從雷達反射回波的幅度形狀等信息中也可以得到手勢的散射特性。處理算法結合這些特征,可以很好地復現手勢。

我們將這一領域的研究工作與機器學習相結合,已經實現了十種不同手勢的識別。

傳感器的融合

在雷達傳感器與其它傳感器的融合方面,我們的目標是通過結合不同傳感器的優勢,實現更可靠的判斷。目前我們已經開展了雷達和視頻傳感相結合的工作。舉個具體的例子,相機在檢測玻璃時會有困難,而雷達卻能檢測到。兩者相結合,可以更可靠地支持避障等應用。

除了上述幾項應用領域,我們還在探索如何將雷達傳感技術與家用服務機器人相結合,實現人體檢測和人機交互等方面的應用,并將進一步利用AI技術,提升數據處穩定性和可靠性,為未來走向市場做好堅實的準備。

[整理編輯:CK365測控網]
標簽:  雷達技術[5]    傳感器[10]    消費電子[0]
 
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