物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中為什么要使用毫米波雷達

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中使用毫米波雷達的原因主要基于其獨特的優(yōu)勢和應用價值，這些優(yōu)勢使得毫米波雷達在物聯(lián)網(wǎng)的多個領域中都發(fā)揮著重要作用。以下是詳細的分析：

毫米波雷達的優(yōu)勢

1、高分辨率和短波長：

毫米波雷達利用毫米波段的電磁波，具有高分辨率和較短的波長，這使得它在物體檢測、定位和跟蹤方面具有出色的性能。

2、高穿透性：

毫米波雷達能夠穿透霧、煙和灰塵等障礙物，在惡劣氣候條件下仍能正常工作，為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)提供穩(wěn)定的數(shù)據(jù)支持。

4、精確的距離測量：

毫米波雷達可以根據(jù)接收回波與發(fā)送波的時間差準確測算目標物體與雷達之間的距離，為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)提供精確的位置信息。

5、實時監(jiān)測和多目標檢測：

毫米波雷達可以連續(xù)不斷地發(fā)送和接收信號，實現(xiàn)對目標的實時監(jiān)測，并且可以同時檢測多個目標，適用于復雜環(huán)境下的多目標跟蹤和應用。

6、低功耗和長壽命：

毫米波雷達的功耗相對較低，使其在長時間運行時具有較好的耐用性，有利于降低物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的整體能耗和運營成本。

7、隱私保護：

由于毫米波雷達不在可見光譜下工作，因此它比基于攝像頭的傳感器更好地保護隱私，適用于對隱私要求較高的物聯(lián)網(wǎng)場景。

8、環(huán)境適應性強：

毫米波雷達對灰塵、煙霧和霧等大氣條件的魯棒性更強，可以在各種天氣條件下返回室內(nèi)外的準確測量結果。

毫米波雷達在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的應用

毫米波雷達應用范圍涵蓋車規(guī)級、工業(yè)級、消費級和醫(yī)療級四類。汽車級應用是毫米波雷達最早的商用場景，同時也是當前毫米波雷達最大的應用市場；工業(yè)級應用主要包括智能交通、 安防監(jiān)控、智能裝備、智能樓宇、工業(yè)測量等領域，應用場景最為廣泛，同時具備附加值高的特點；消費級應用主要包括 智能家居、智慧康養(yǎng)、消費電子等，是近兩年興起速度較快、關注度較高的新興應用領域，未來具有較大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

具體應用場景

1、智能家居：

在智能家居中，毫米波雷達可用于檢測人體的微小運動，實現(xiàn)智能照明、自動門鎖等功能。通過實時監(jiān)測家庭成員的位置和活動，系統(tǒng)可以根據(jù)需要自動調(diào)整環(huán)境，提升居住體驗。

2、智能城市：

在智能城市中，毫米波雷達可以用于交通監(jiān)測、人流統(tǒng)計和城市規(guī)劃。它可以幫助實現(xiàn)智能交通管理、減緩擁堵，并提供更加智能的城市服務。

3、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)：

在工業(yè)領域，毫米波雷達可用于實現(xiàn)生產(chǎn)線的自動化和智能化。它可以監(jiān)測設備運行狀態(tài)、檢測產(chǎn)品缺陷，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

4、健康監(jiān)測：

毫米波雷達還可以用于健康監(jiān)測領域，如檢測和監(jiān)控人類手勢、情緒、運動、血液循環(huán)和心跳等生理指標，為醫(yī)療保健提供新的技術手段。

毫米波雷達應用范圍涵蓋車規(guī)級、工業(yè)級、消費級和醫(yī)療級四類。

綜上所述，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中使用毫米波雷達的原因主要在于其高分辨率、高穿透性、精確的距離測量、實時監(jiān)測和多目標檢測等獨特優(yōu)勢，以及其在智能家居、智能城市、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和健康監(jiān)測等領域的廣泛應用價值。這些優(yōu)勢使得毫米波雷達成為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中不可或缺的重要組成部分，為物聯(lián)網(wǎng)的智能化、高效化和安全化提供了有力支持。

本文會再為大家詳解雷達家族中的一員——毫米波雷達 .

毫米波雷達的定義

雷達是英文 Radar 的音譯，源于 Radio Detection and Ranging的縮寫，原意是“無線電探測和測距”，即用無線電方法發(fā)現(xiàn)目標并測定它們在空間的位置。毫米波雷達是指一種工作在毫米波頻段(milimeter wave)的雷達傳感器。

國際電信聯(lián)盟(ITU)發(fā)布的《無線電規(guī)則》(2020年)和我國《無線電頻率劃分規(guī)定》中，將無線電頻率在 30.

300GHz的頻段(波長 1-10mm)稱呼為毫米波頻段。

為符合國際電聯(lián)的指定，美國電氣及電子工程師學會(IEEE)在2002年發(fā)布的《雷達頻帶字母名稱標準》(IEEE Std521TM-2002)中修訂了對mm頻段的定義，使毫米波雷達頻段和代號在學術上的范圍定義統(tǒng)一在30-300GHZ。IEEE還在2019年的標準中列出了分配給3區(qū)(中國所在的劃分區(qū)域)的雷達具體頻段。目前國內(nèi)使用的 24GH2、60GH2、77GH2、80GHz等雷達產(chǎn)品統(tǒng)歸為毫米波雷達。

毫米波雷達的基本特性

作為雷達系列中的高頻段產(chǎn)品，毫米波雷達具有頻帶寬、波長短、大氣傳播損耗較大等基本特性，各特性對應的優(yōu)缺 點概括如下圖所示。

毫米波雷達的核心功能

毫米波雷達的核心功能包括測距、測速、測方位角、微動探測和 4D 成像等，通常雷達系統(tǒng)是通過同時測量 2-3 個功 能參量而構成一個應用產(chǎn)品。圖表 3 列舉了每種功能的典型應用及功能介紹。

毫米波雷達的基本原理

毫米波雷達三個基礎的系統(tǒng)功能為距離測量、速度測量和角度測量。以 FMCW 雷達系統(tǒng)為例，其基本功能實現(xiàn)原理為：

1、測距原理

FMCW 毫米波雷達的測距主要是利用發(fā)射信號和回波信號之間的時延 td，結合毫米波傳播速度 c、以及目標和雷達的 相對速度 v 推算出毫米波雷達和檢測目標的相對距離 R 。

毫米波雷達具有較高的距離分辨率和測距精度，且可以通過后端算法實現(xiàn)毫米級的精確測距。

毫米波雷達測距能力與發(fā)射功率、天線增益、天線波束角和物體反射截面積等因素有關。通常發(fā)射功率越大，天線增益越高、天線波束角越窄以及物體反射截面積越大，雷達能夠檢測到的有效回波就越強，測量距離就越遠。

2、測速原理

FMCW 毫米波雷達通常是利用多普勒效應來確定目標的徑向速度。當目標向雷達天線靠近時，反射信號頻率將高于發(fā) 射擊頻率；反之，當目標遠離天線而去時，反射信號頻率將低于發(fā)射機頻率。 毫米波雷達測速范圍和目標運動方向有關，目標靠近雷達做徑向運動，目標速度為負；目標遠離雷達做徑向運動，目 標速度為正。測速精度數(shù)據(jù)取決于信噪比（衡量雷達接收信號質(zhì)量的單位）。信噪比高不高，是衡量毫米波雷達的目標檢 測性能是否強大的根本參數(shù)。

3、測角原理

關于毫米波雷達目標方位角的測量，是通過并列的接收天線收到

同一目標反射的雷達波相位差計算得到目標的方位角。原理如下圖所 以及兩天線收到雷達回波的相位差 b 通過簡單的三角函數(shù)計算得到。

在 角 度 測 量 中， 毫 米 波 雷 達 可 以 通 過 MIMO（Multiple-Input Multiple-Output，多輸入多輸出）天線陣列增加系統(tǒng)虛擬孔徑，進而 獲得更高的分辨率。

毫米波雷達的系統(tǒng)組成

毫米波雷達系統(tǒng)主要由天線、射頻前端組件、數(shù)字信號處理器和雷達控制電路等組成。

射頻前端組件：負責毫米波信號調(diào)制、發(fā)射、接收以及回波信號的解調(diào)。單片微波集成電路（MMIC）大大簡化了雷 達系統(tǒng)結構，集成度高、成本低且成品率高，更適合于大規(guī)模生產(chǎn)，是目前主流的毫米波雷達射頻前端組件集成方式。

數(shù)字信號處理器：通過嵌入不同的信號處理算法，提取從前端采集得到的中頻信號，獲得特定類型的目標信息。毫米 波雷達的數(shù)字處理主要算法包括：陣列天線波速形成和掃描算法、信號預調(diào)理、雜波處理算法、目標檢測 / 測量的算法、 目標分類與跟蹤算法以及信息融合算法。數(shù)字信息處理是毫米波雷達穩(wěn)定性、可靠性的核心。

天線：可以發(fā)射和接收毫米波，是毫米波雷達的重要部件，體積小，通常集成在 PCB 板上，按照天線模式可分為遠程雷達（開口約 30°，200m）、中程雷達（開口約 60°，100m）和近程雷達（開口約 120°，30m）。

控制電路：根據(jù)信號處理器獲得的目標信息，結合雷達終端動態(tài)信息進行數(shù)據(jù)融合，最終通過主處理器進行智能處理， 對雷達終端前方出現(xiàn)的障礙物進行分析判斷，迅速做出處理和發(fā)出指令，及時傳輸給報警顯示系統(tǒng)和制動執(zhí)行系統(tǒng)。

毫米波雷達的使用頻率

毫 米 波 雷 達 有 24GHz、60GHz、77GHz、80GHz、120GHz 等 頻 段 產(chǎn) 品。 目 前， 國 內(nèi) 常 用 的 毫 米 波 雷 達 頻 段 為 24GHz、60GHz 和 77GHz 這三個頻段。24G 毫米波雷達在各方面性能比較成熟，且成本較低，適用的領域會更廣，例如交通、安防、智能家居、康養(yǎng)醫(yī)療等等；77GHz 毫米波雷達在精度上相比 24GHz 更高，主要應用于汽車領域，且應用規(guī)模已超過 24GHz。

毫米波雷達的工作體制

根據(jù)輻射電磁波方式不同，毫米波雷達主要有脈沖體制以及連續(xù)波體制兩種。其中連續(xù)波又可以分為 FSK（頻移鍵控）、 PSK（相移鍵控）、CW（恒頻連續(xù)波）、FMCW（調(diào)頻連續(xù)波）等方式，圖表 8 中對比了不同工作體制的優(yōu)勢和不足。

目前，連續(xù)波體制中的調(diào)頻連續(xù)波 FMCW 是主流方案。調(diào)頻連續(xù)波是連續(xù)發(fā)射調(diào)頻信號，以測量距離、角度和速度等。 調(diào)頻連續(xù)波不僅能同時測出多個目標的距離和速度信息，還可對目標進行連續(xù)跟蹤。相對其他電磁波雷達，調(diào)頻連續(xù)波雷 達的發(fā)射功率較低、且成本較低，被毫米波雷達廠商廣泛使用。

6.4競品對比

毫米波雷達具有探測性能穩(wěn)定、作用距離較長、環(huán)境適用性好等特點。與超聲波雷達相比，毫米波雷達具有體積小、 質(zhì)量輕和空間分辨率高的特點。與紅外、激光、攝像頭等光學傳感器相比，毫米波雷達穿透霧、煙、灰塵的能力強，具有全天候全天時的特點。各類傳感器的優(yōu)缺點如圖表 9 所示。

毫米波雷達的雷達方案供應商和方案集成商

毫米波雷達產(chǎn)業(yè)鏈中游企業(yè)主要包括雷達方案供應商和方案集成商。其中雷達方案供應商主要通過完成雷達系統(tǒng)設計、 天線設計和后端算法開發(fā)，為客戶提供毫米波雷達方案模塊或整機產(chǎn)品。方案集成商則依托毫米波雷達技術，為各具體應 用領域提供定制化的智能集成方案，例如汽車 tier 1 供應商、智能交通方案集成商等。

目前，中國毫米波雷達中游市場整體上仍由博世、大陸、安波福、維寧爾、海拉、電裝等國際企業(yè)占主要份額，但國 內(nèi)企業(yè)也正在加速追趕。在汽車雷達領域，森思泰克、華域電子、華為、承泰科技等本土企業(yè)已經(jīng)實現(xiàn)量產(chǎn)落地，進入國產(chǎn)化替代周期。在智能交通領域，毫米波雷達的作用尤為關鍵，中游企業(yè)慧爾視、海康智聯(lián)、大華股份、象德信息、宇視科技、 木牛科技、雷森電子為市場主要參與者；智能家居雷達經(jīng)過近幾年探索，國內(nèi)市場已經(jīng)初步形成，主要參與者包括云帆瑞 達、邁睿智能、電目科技、精益遠達、全耀傳感、易探科技、速數(shù)智能等；智慧康養(yǎng)領域主要參與者有清雷科技、兆觀科技、 德心智能、苗米科技、英特睿達、知譜科技、算豐征途等。

供應商A：-云帆瑞達

http://www.micradar.cn/

1、產(chǎn)品能力

（1）選型手冊

http://www.micradar.cn/products.html

（2）主推型號1:R24DVD1

對應的產(chǎn)品詳情介紹

本雷達是一個自成體系的隔空感知傳感器，由射頻天線、雷達芯片和高速主頻MCU 一起組合而成的模組，依賴穩(wěn)定靈活優(yōu)越的算法架構核心，解決用戶的各種場景探測需求，可搭載上位機或者主機靈活輸出探測狀態(tài)和數(shù)據(jù)，滿足幾組 GPIO 可供用戶定制開發(fā)。雷達天線發(fā)射電磁波信號，并同步接收目標反射后的回波信號，雷達處理器通過解析回波信號的波形參量，反饋目標的距離、方向、速度等信息。可以探測運動物體的狀態(tài)和軌跡.

產(chǎn)品功能:生命感知、區(qū)域安防、燈光聯(lián)動、睡眠監(jiān)控

產(chǎn)品應用:智能燈、開關面板、傳感器

產(chǎn)品介紹:R24DVD1是基于毫米波雷達實現(xiàn)人體生物呼吸感知，持續(xù)記錄人體存在情況，停留時間，以及身體運動幅度，可以通過無線信號通知網(wǎng)關實現(xiàn)場景聯(lián)動。并且可通過底層開放參數(shù)實現(xiàn)定制化場景。

支持協(xié)議:Zigbee/wi-Fi/4G

產(chǎn)品封裝圖

體積:35mmX31mmX7.5mm接口:Pitch 2.0mm 雙排插針接口，2*3和2*4一共2組接

接口

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硬件參考設計

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審核編輯 黃宇