眾所周知，傳統(tǒng)的雷達(dá)技術(shù)被應(yīng)用的相當(dāng)廣泛，比如機(jī)載、艦載、基地雷達(dá)等方面去對(duì)目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)和成像，在日常生活中我們可以借助雷達(dá)傳感器去實(shí)現(xiàn)汽車(chē)倒車(chē)行車(chē)輔助、天氣預(yù)報(bào)、交通管控、資源勘查等等很多的應(yīng)用。

隨著物聯(lián)網(wǎng)（IoT）應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，許多物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用依靠嵌入式傳感器執(zhí)行關(guān)鍵測(cè)量任務(wù)，或作為控制電路的重要組成部分。新型傳感器的開(kāi)發(fā)可實(shí)現(xiàn)新的應(yīng)用，雷達(dá)傳感器已成為物聯(lián)網(wǎng)和嵌入式設(shè)計(jì)中的重要設(shè)計(jì)單元。

雷達(dá)感知技術(shù) 已成為最新“交叉”傳感器技術(shù)之一

近些年隨著半導(dǎo)體技術(shù)的快速發(fā)展，使得很多雷達(dá)的尺寸、功耗都在大幅下降，毫米波、超寬帶技術(shù)和多發(fā)多收的使用，結(jié)合創(chuàng)新的信號(hào)處理技術(shù)和計(jì)算能力不斷增強(qiáng)的芯片，雷達(dá)的感知功能日益強(qiáng)大。雷達(dá)感知是一種無(wú)線(xiàn)感知技術(shù)，通過(guò)分析接收到的目標(biāo)回波特性，提取并發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的位置、形狀、運(yùn)動(dòng)特性和運(yùn)動(dòng)軌跡，并且可以進(jìn)一步推斷目標(biāo)和環(huán)境的特征。其作用類(lèi)似于人類(lèi)的眼睛和耳朵。與其它傳感器相比，雷達(dá)感知具有許多獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。例如，與視覺(jué)傳感器相比，雷達(dá)不受光線(xiàn)明暗的影響，具有穿透遮擋物的能力，可以更好地保護(hù)個(gè)人隱私。與超聲技術(shù)相比，雷達(dá)感知的距離更遠(yuǎn)，而且不會(huì)對(duì)人和動(dòng)物造成傷害。

當(dāng)然，雷達(dá)的工作原理并不新鮮。雷達(dá)（無(wú)線(xiàn)電方向和測(cè)距，RAdio Direction And Ranging）的根源可追溯到19世紀(jì)80年代Heinrich Hertz用無(wú)線(xiàn)電波進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)。在第二次世界大戰(zhàn)之前，它被羅伯特沃森瓦特爵士等人發(fā)展成為實(shí)用的防空工具。所有的雷達(dá)系統(tǒng)都是基于遠(yuǎn)離目標(biāo)的無(wú)線(xiàn)電波的反射原理。然而，在實(shí)踐中，各種實(shí)現(xiàn)方案會(huì)影響成本，復(fù)雜性和性能。大多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)，汽車(chē)和嵌入式應(yīng)用通常使用 “短距離”的雷達(dá)體系結(jié)構(gòu)。與用于導(dǎo)航和軍事/防御的傳統(tǒng)高功率雷達(dá)系統(tǒng)不同，短程雷達(dá)系統(tǒng)與其目標(biāo)的距離相對(duì)較近（即100米相對(duì)于100公里的距離）。

此外，還有幾種類(lèi)型的短程雷達(dá)，包括連續(xù)波（CW）多普勒，調(diào)頻連續(xù)波（FMCW），脈沖多普勒和超寬帶（UWB）等。CW多普勒和FMCW都可以作為射頻芯片組廣泛使用，并在低功率水平下運(yùn)行，這種特性在IoT（物聯(lián)網(wǎng)）和嵌入式設(shè)計(jì)中通常非常重要。

嵌入式短程雷達(dá)已成為用于物聯(lián)網(wǎng)和智能照明等最新“交叉”傳感器技術(shù)之一，這種傳感技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中扮演著越來(lái)越重要的角色。當(dāng)應(yīng)用受益于測(cè)量或者探測(cè)遠(yuǎn)處物體的存在、速度、行進(jìn)方向和距離時(shí)，短程雷達(dá)可能是值得認(rèn)真考慮的候選技術(shù)。

從智能路燈到運(yùn)動(dòng)檢測(cè) 從血壓監(jiān)測(cè)到心率監(jiān)測(cè)

目前有些應(yīng)用已經(jīng)超越一般人對(duì)雷達(dá)技術(shù)的想象，例如建筑與智能家居（物聯(lián)網(wǎng)）、周邊和區(qū)域安全、照明和HVAC控制的空間占用檢測(cè)、自動(dòng)門(mén)和門(mén)控制、機(jī)器人技術(shù)、智能路燈（沿接近車(chē)輛的路徑增加亮度的路燈），無(wú)人機(jī)和無(wú)人機(jī)高度儀、工業(yè)流體/固體水平傳感和速度測(cè)量等。

雷達(dá)感知技術(shù)的應(yīng)用讓智能路燈可以根據(jù)目標(biāo)的不同狀態(tài)做出不同反應(yīng)。當(dāng)無(wú)目標(biāo)時(shí)，路燈可實(shí)現(xiàn)完全熄滅。當(dāng)目標(biāo)出現(xiàn)時(shí)，可根據(jù)目標(biāo)的距離、速度等信息，對(duì)附近路燈是否點(diǎn)亮、亮燈程度進(jìn)行實(shí)時(shí)智能控制。不僅降低了能源消耗，也能減少路燈本身?yè)p耗，延長(zhǎng)路燈壽命。

利用雷達(dá)傳感器發(fā)掘先進(jìn)的停車(chē)場(chǎng)車(chē)輛檢測(cè)方式，從而有效、簡(jiǎn)單方便的解決各種各樣類(lèi)型的停車(chē)場(chǎng)車(chē)輛檢測(cè)問(wèn)題。24GHz雷達(dá)傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠有效采集城市停車(chē)位信息，數(shù)據(jù)信息會(huì)被傳送到停車(chē)管理控制中心，使得管理控制中心對(duì)停車(chē)位的分配可以變得更加智能。雷達(dá)傳感器作為新添加的一項(xiàng)設(shè)備，方向朝下地安裝在路燈和房屋墻壁上，從這些位置獲取的信息就可以準(zhǔn)確推斷哪些區(qū)域還存有停車(chē)位。如果雷達(dá)傳感器安裝在更高的位置，則能夠掃描更寬廣的區(qū)域，因此更容易檢測(cè)到?？砍梢慌诺能?chē)輛。火柴盒大小的傳感器首先發(fā)射微波脈沖，經(jīng)街道和車(chē)輛反射后，獲得相應(yīng)的位置信息。

利用雷達(dá)識(shí)別運(yùn)動(dòng)的技術(shù)可以應(yīng)用在不同的場(chǎng)景中。比如在體育運(yùn)動(dòng)中，可以借用這項(xiàng)技術(shù)檢測(cè)人和球類(lèi)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)軌跡。在居家環(huán)境下，還可以做人體摔倒檢測(cè)，用于預(yù)防老人摔倒。目前，我們的技術(shù)已經(jīng)可以通過(guò)處理雷達(dá)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)人體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和軌跡的解讀。

隨著人們生活水平的不斷提升，人們對(duì)身體健康的關(guān)注度也是越來(lái)越高，實(shí)時(shí)快捷方便地檢測(cè)心率與呼吸頻率成為一種必然的趨勢(shì)，傳統(tǒng)檢測(cè)設(shè)備不易攜帶、實(shí)時(shí)操作性較差。雷達(dá)波是一種電磁波，它不隨溫度、光線(xiàn)等環(huán)境因素的影響而變化，這在很大程度上提升了產(chǎn)品的抗干擾能力和穩(wěn)定性，通過(guò)雷達(dá)波射頻收發(fā)模塊來(lái)完成對(duì)心率與呼吸信號(hào)的檢測(cè)，可以實(shí)現(xiàn)非接觸式檢測(cè)，方便操作，可靠性較高。雷達(dá)波可以很好地穿過(guò)衣服和皮膚完成對(duì)心率與呼吸頻率的檢測(cè)。雖然心率與呼吸信號(hào)的幅度小，但是雷達(dá)射頻收發(fā)模塊實(shí)現(xiàn)了可調(diào)靈敏度，可以有效地完成心率與呼吸信號(hào)的檢測(cè)。

年初媒體曾報(bào)道過(guò)一家名叫Blumio國(guó)外公司使用雷達(dá)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)血壓的革新式監(jiān)測(cè)，該公司的產(chǎn)品將雷達(dá)技術(shù)設(shè)計(jì)到上臂佩戴的臂環(huán)中（這是通常測(cè)量血壓的位置，因?yàn)樗托呐K高度相同），產(chǎn)品中的利用兩個(gè)雷達(dá)天線(xiàn)負(fù)責(zé)探測(cè)每?jī)纱涡奶g的脈沖壓力波，再通過(guò)算法計(jì)算兩個(gè)天線(xiàn)間距的速度推導(dǎo)出被監(jiān)護(hù)人的血壓。和以往的血壓計(jì)不同，它不需要連接在笨重的機(jī)器上，而且能持續(xù)測(cè)量。

在雷達(dá)測(cè)血壓心率方面國(guó)內(nèi)創(chuàng)業(yè)公司也不落后，核心團(tuán)隊(duì)成員來(lái)自高通、博通、展訊等半導(dǎo)體公司的悅享趨勢(shì)科技（LOHAS TECH）研究一種非接觸式動(dòng)脈雷達(dá)BioRF技術(shù)。通過(guò)雷達(dá)技術(shù)捕捉淺表動(dòng)脈信號(hào)，避免光電傳感器測(cè)量毛細(xì)血管帶來(lái)的誤差，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的測(cè)量。

BioRF雷達(dá)測(cè)心率——?jiǎng)用}血管

BioRF使用近場(chǎng)傳感技術(shù)，可以探測(cè)全身淺表動(dòng)脈的脈搏波信號(hào)，配合系統(tǒng)設(shè)計(jì)，支持更有想象空間的醫(yī)療級(jí)產(chǎn)品以及算法開(kāi)發(fā)。BioRF 動(dòng)脈雷達(dá)在智能血壓連續(xù)監(jiān)測(cè)中，具有不加壓，高靈敏度等特點(diǎn)，該設(shè)備能夠精準(zhǔn)感測(cè)淺表動(dòng)脈脈搏，近端遠(yuǎn)端動(dòng)脈皆可探測(cè)。三秒鎖定脈搏信號(hào)，十秒完成一次測(cè)量，測(cè)量時(shí)無(wú)需袖帶加壓。

有意思的是，前不久ADI公司的產(chǎn)品應(yīng)用工程師在前不久的IMS2018國(guó)際微波技術(shù)展會(huì)現(xiàn)場(chǎng)介紹的一款產(chǎn)品也實(shí)現(xiàn)類(lèi)似的身體信號(hào)監(jiān)測(cè)功能，ADI正在開(kāi)發(fā)的可監(jiān)測(cè)人體心率和呼吸速率的方案。

ADI產(chǎn)品應(yīng)用工程師在IMS2018現(xiàn)場(chǎng)演示支持雷達(dá)心率監(jiān)測(cè)方案

展示資料顯示，這一整套系統(tǒng)解決方案包括一條天線(xiàn)、一個(gè)24GH雷達(dá)、一個(gè)低速ADC和一個(gè)定點(diǎn)DSP均集成在一塊電路板上，這塊電路板可以直接用作生命體征監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。當(dāng)人坐在這款產(chǎn)品前面，它會(huì)將極低功率的雷達(dá)信號(hào)傳送到他的身體，然后通過(guò)讀取信號(hào)從而可以獲得這個(gè)人的心率和呼吸速率信息。

現(xiàn)場(chǎng)工程師將傳輸極低雷達(dá)功率的電路板對(duì)著演示模特的胸口，在演示平臺(tái)系統(tǒng)電腦界面上，雷達(dá)射頻芯片采集無(wú)線(xiàn)信號(hào)再轉(zhuǎn)換為中頻信號(hào)，還有一個(gè)低速ADC，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了數(shù)字化處理，DSP傳感器和算法可以讀取呼吸速率和心率數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)通過(guò)USB傳輸?shù)搅穗娔X中從而讀取人的實(shí)時(shí)心率。按照ADI的目標(biāo)應(yīng)用建議，該類(lèi)系統(tǒng)可以應(yīng)用于駕駛員健康監(jiān)測(cè)用于追蹤駕駛員的心率信息并進(jìn)行駕駛員狀態(tài)分析，還可將它放在兒童座椅或嬰兒車(chē)內(nèi)用于監(jiān)測(cè)嬰兒的健康情況，也可以把這款設(shè)備放在一個(gè)房間測(cè)量房?jī)?nèi)人員的心率，等等創(chuàng)新應(yīng)用。

總結(jié)

目前，低成本雷達(dá)感知技術(shù)以及可用的設(shè)計(jì)工具一應(yīng)俱全，這類(lèi)雷達(dá)傳感器可以提供有關(guān)物體存在、運(yùn)動(dòng)、角位置、速度以及與傳感器幾厘米到幾百米的距離等實(shí)時(shí)信息，滿(mǎn)足物聯(lián)網(wǎng)、嵌入式和智能照明等應(yīng)用中所要求的性能和功能。與過(guò)去低成本的MEMS加速度計(jì)一樣，這也有可能促進(jìn)全新的，意料之外的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品類(lèi)別的開(kāi)發(fā)。本文提及的創(chuàng)新應(yīng)用只是雷達(dá)應(yīng)用的冰山一角。