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在毫米波雷达领域,TI构建起了一条完整的护城河

2019-05-09来源: EEWORLD关键字:毫米波雷达  德州仪器

2019年4月,德州仪器在全国多地举办了毫米波雷达巡演,在巡演上,TI以各种Demo的形式,介绍了其工业毫米波的优势、特点及应用。


毫米波雷达看似是受近两年ADAS系统火热才崭露头角,不过德州仪器中国区嵌入式产品系统与应用总监蒋宏则表示,早在2010年,毫米波雷达项目就开始立项。2011年,在TI久负盛名的Kilby实验室中,诞生了首款太赫兹(160GHz)集成天线的单芯片雷达方案。之后的几年时间中,经历了三次测试芯片的迭代以及微调、优化及最终的产品化,最终于2015年开始发布首款车规级毫米波雷达样片,并于2018年正式量产。


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德州仪器毫米波开发历程


但是,仅仅在车上应用并不是TI毫米波雷达传感器的最终目标,面对着广泛的工业及家庭、安防等应用,TI又推出了工业级60GHz毫米波雷达传感器。

“大家一想到家用雷达一是会觉得很贵,二是辐射能量很大。但是通过评估,TI室内雷达和Wi-Fi产生的辐射等量,而且毫米波雷达是60GHz,更高频率意味着相比2.4GHz、5GHz等频段,更难穿透人体皮肤,根据我们测试结果显示,60%以上的辐射都被皮肤直接反射掉,因此首先安全性有了保证。”蒋宏说道。


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德州仪器中国区嵌入式产品系统与应用总监蒋宏


从Demo看TI毫米波雷达优势

此次巡演主要是Demo形式展示,并且是可以直接商用化的Demo,通过业界认可,展现了TI在毫米波雷达上的优势和信心。

人员定位与跟踪方案


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通过毫米波雷达,可以准确检测出人员位置和位移轨迹,并且可以通过细致的特征提取,将不同人物或物体区分开。“比如爷爷奶奶走路的频率或手臂摆动的幅度不一,毫米波雷达都可以轻松提取这些信息。”蒋宏举例道。


蒋宏还表示,毫米波雷达对于石膏板或塑料板的穿透力很强,无需打孔,因此不会破坏产品美观度。

毫米波雷达在家电中的最热门应用当属智能风,可感知人员位置分布,相比于红外热成像的产品探测距离和精度都可以提高,同时在黑暗状态下的检测效果更好。


类似的人体检测,还可以应用于更多领域,诸如旋转门、电梯人数判断等。


户外50M范围人员检测方案


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此Demo展示了50米范围外,躲在草丛后面的人依然可以被毫米波雷达所探测到。

在安防领域,毫米波将是非常重要的一个技术补充,包括长距离、细致检测、穿透性等方面。除此之外,由于毫米波雷达不会收集人脸信息,这对于信息安全保密性来说至关重要。


蒋宏表示,传感器融合可以给安防市场带来更多便利性,结合毫米波雷达24小时的粗筛及预警功能,再结合摄像头的回放,可以更快发现问题。

蒋宏谈到,TI毫米波雷达收发器是多发多收的,可根据待测距离灵活配置多重发射。

工业安全方案


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通过安装在机械臂旁边的毫米波雷达,实现对周围环境感知,以便在人员接近时关闭系统,同时对于AGV(仓储机械人)应用来说,也可以借助毫米波雷达实现避障功能。蒋宏举例道,在诸如焊接应用中,电火花会影响摄像头的判断,而毫米波则不会受到影响。同时,对于处理器资源来说,使用毫米波更加简单直观并节省计算资源。


此外,包括电梯轿厢运行位置、速度等智能楼宇应用,或者液位仪、探伤仪、安检仪等工业应用,都可以用到毫米波传感器。

毫米波雷达点云演示


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“这是毫米波雷达呈现的点云,如果不介绍的话,大家会以为这是激光雷达。”蒋宏说道:“最早的毫米波雷达信号是测区域,测速,最多是定位在哪里,然而随着毫米波雷达的精准度提高,也可以实现成像功能。”

“毫米波雷达一秒钟也可以产生5万个点,而且不易受到环境影响,随着成像性能越来越好,可用领域也会越来越多。”蒋宏表示。

包括无人机避障、汽车角雷达、变道辅助等应用中,对成本要求很严苛,随着毫米波技术的引入,相比以往上千元的成本可下降很多。


此外,后备箱自动开启、倒车雷达、自动泊车、车门防撞等功能,都可以借由毫米波传感器实现,相比超声波传感器具有更高抗干扰、不留死角和更精准等特性。

基于集成天线在封装上的TI毫米波传感器芯片


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仅有指甲盖大小,并且在芯片封装上面留有天线


为了方便开发及压缩成本,TI专门开发了AoP(Atenna On Package)天线封装技术,可以省去外部天线设计,既简化了设计手段,同时缩小了产品尺寸,也减少了整体的成本,非常方便对价格或尺寸敏感的应用。

传感器融合


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利用毫米波与摄像头的传感器融合,摄像头提供人脸识别,雷达则给出具体的距离、速度等信息,同时还可以进行照片防伪。“有雷达维度的信息之后,就可以轻松判断出是实际物体还是照片,使得识别准确度大幅提升。”蒋宏说道,“另外在VR应用中,如果速度过快或过慢,摄像头由于算力问题很难清晰捕捉,而通过毫米波,则可轻松捕捉细致的动作。”蒋宏说道。

级联雷达方案


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TI的毫米波雷达支持级联应用,通过级联可以进一步提升分辨率,甚至是判断出人体的大致轮廓。


蒋宏表示,雷达对距离位置的判断算法非常复杂,但通常来说,收发数越多,天线做得越好,角分辨率就越高。TI通过提供多款不同收发器组合,并且支持级联,实现最灵活的方案。


手势识别


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毫米波可以实现更精确及更3维手势识别,而且不会开孔,破坏整体美观度。

体征探测方案


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体征测试则可以在包括智能家居或医疗应用。通过毫米波雷达的准确细微特性,可准确判断出呼吸和心跳,这对于不方便佩戴生命体征监护仪的场合非常有用。


同时功耗依据刷新率来定,整个系统的功耗由于计算需求量不大并不会很高。

车厢内人员与方位检测方案


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Azcom Technology此前曾经展示过利用AWR1642毫米波传感器结合Azcom专有算法,如何能够可靠识别座椅上人员入座情况。


在演示中,传感器将从天窗悬挂下来,朝向后座,尽管在最终安装中它更可能被放置在座椅靠背内部、后视镜周围或车顶内部等地方。由于毫米波能够感知各种材料,包括构成车辆的材料,因此安装在座椅或车顶内时,传感性能不会发生变化。包括Azcom Technology增强功能的所有处理都在传感器上运行,而主机上的图形用户界面有助于可视化结果。


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安装在车辆天窗上的毫米波传感器


此Demo的主要挑战是在引擎开启和汽车行驶时实现充分的检测稳健性。这两个事件的组合引入了来自数个在静态设置中不存在的振动模式的信号的一组中断。出于此原因,TI设计了一种新的算法。此算法对来自道路的振动不太敏感,且能够检测车内人员入座情况的所有可能组合。


蒋宏介绍道,对车内人员或小动物是否遗留进行判断,欧洲已经在开始执行这一标准。相比摄像头而言,毫米波雷达不会受到干扰,同时也不会破坏汽车整体结构,功耗也可以更低,同时可在黑暗时运行。


TI毫米波雷达构建全方位优势

完整的毫米波雷达系统包括发射(TX)和接收(RX)无线电频率(RF)分量;时钟等模拟组件;和数字模数转换器(ADC),微控制器(MCU)和数字信号处理器(DSP)等组件。传统上,这些系统是用分立元件,增加了功耗和整体系统成本。由于复杂性和高频率,系统设计具有挑战性。

如今,正是由于在2010年TI所开发的单芯片RFCMOS技术,使得毫米波传感器可以实现小尺寸,高集成度等特性。包括收发器和其他模拟组件,如时钟和ADC等,此外,还包括其他中频处理相关单元、MCU、硬件加速器以及DSP等。


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TI的毫米波传感器产品组合集成了DSP,可提供额外的FFT数字信号信号处理功能。TI器件采用了一种称为调频连续波(FMCW)的特殊毫米波技术。顾名思义,FMCW雷达传输一个频率调制信号连续测量范围和角度和速度,这与传统的脉冲雷达系统不同,脉冲雷达的传输时间是定期脉冲,这也使测量更加精准。


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目前TI在单芯片毫米波传感器领域已经实现了广泛布局,无论是车用还是工业市场,都拥有多款产品可供选择。


实际上,TI不止有芯片产品的优势,为了加速毫米波产品的快速落地,TI提供了各种开发工具、软件、评估板、第三方服务以及参考设计,同时也包括各种白皮书、实验数据、培训教程等,构建了完整的生态开发系统。在TI官网,甚至打出了30分钟就可以上手的口号。


可以说在毫米波传感器领域,TI已经构建了一条难以逾越的,系统级的护城河。

关键字:毫米波雷达  德州仪器

编辑:冀凯 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/qcdz/ic461182.html
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