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为什么雷达传感器是智能物联网应用的强大推动力

2022-08-04

中国电源产业网

导语：雷达技术的最新发展为无处不在的、用户友好的物联网应用开辟了新机遇。这些机会引领了直观感应时代的到来，其特点是与各种智能设备进行简单、轻松、自然的交互。直观感应是非侵入式应用的强大推动力，这些应用让我们的生活更加轻松、安全、环保、高效。

在“物联网”(IoT) 一词出现 20 多年后，数以百万计的传感器和设备正逐渐将世界连接起来。物联网设备已经用于更好、更智能的生活、节省成本和提高生活质量。随着越来越多的消费者希望利用智能技术的舒适性、能效和安全性优势，智能设备及其应用的市场需求正经历着动态增长。根据Statista 市场研究，到 2025 年，全球物联网市场价值将达到 1.6 万亿美元左右。

推动这一市场增长的因素之一是新兴的“直观感应”应用浪潮，此类应用让人类能够以比以往更加自然、无缝的方式与智能设备交互。直观感应的部署依赖于一系列非侵入式传感系统，这些系统赋予了物联网应用新的感知能力。直观感应系统使物联网应用能够“看”、“听”、“闻”、“感知”，并了解周围环境。通过这种方式，此类应用在智能家居、安全和工业等多个领域为物联网技术开辟了新的视野。

雷达传感器简介

在物联网系统和应用范围内，雷达传感器是一种能够感测，还能潜在跟踪一个或多个物体的设备。与其他基于射频 (RF) 的无源/有源无线传感器系统相比，雷达传感器是有源的，即它们可以发出脉冲并接收其回波。雷达技术可以估计目标的速度、方向和距离（即与雷达发射器/接收器的距离）。此外，雷达传感器由于对微小动作具有高度敏感性，即便用户静立不动，雷达的存在检测方案也可侦测到呼吸的微动作而做出反应。

总体而言，物联网应用的高灵敏度雷达技术的主要优势包括：

◆ 小尺寸：雷达传感器在整个物联网系统中占据的空间很小。因此，雷达传感器能够开发相对较小尺寸的物联网系统。雷达传感器的小尺寸增强了其不引人注目的工作，以免打扰或分散用户的注意力。

◆ 鲁棒性：雷达传感器在不同的环境或气候条件下都能很好地工作。例如，其运行基本上不受温度或光照条件变化的影响。

◆ 产品设计灵活性：雷达传感器的一个关键特性是可以隐藏在产品外壳下，这就增加了物联网产品的设计和部署灵活性。具体来说，雷达以高频（例如 24频段）发射射频信号，该信号可以穿过大多数材料（例如塑料、玻璃和木材）。因此，雷达可以为墙壁或障碍物后面的物体提供准确的读数。

◆ 灵敏度：雷达传感器可以检测到非常小的运动（例如，呼吸运动），这使得许多有趣的物联网用例成为可能，例如感知人的存在和生命体征（如心跳）。

◆ 功率效率：雷达传感器功耗相对较低，因此电池续航时间较长。因此，雷达传感器让物联网应用具有相当大的自主性和能效。

雷达传感器对于运动检测的优势

基于上述特性，雷达传感器可用于许多可能的场景。然而，其最常见的应用是检测人、车辆和动物等目标的运动和存在（或不存在）。

运动检测是许多物联网应用的重要功能，包括安全监控、能源管理、人机交互（例如手势识别）和医疗监控，即跟踪心率和呼吸率。传统上用于运动检测的技术是被动红外 (PIR) 传感器。被动红外运动传感器通常用于检测在空间周围移动的人。此传感器已经存在了几十年，而且已经无处不在，也就是说，它们常用于照明设备、安全系统、自动门以及其他地方。

但是，PIR 传感器的部署和使用存在很大的局限性，例如宠物和环境中其他红外辐射源导致的误报、在相同频率范围内工作的其他源（例如，电视遥控器）的干扰、有限的感测范围且缺乏方向信息。具体来说，PIR 传感器需要直接的视线来检测运动，而且其检测范围仅限于传感器正前方的区域。此外，通常还需要有明显的运动才能触发。例如，用户需要在PIR 传感器面前挥手，以确保其理解智能家居命令，这是很常见的。

而雷达技术缓解了运动检测的上述问题和限制。例如，雷达传感器使物联网应用能够可靠地判断房间内是否有人，而且不会受其移动速度和移动幅度的影响。此外，雷达传感器非常精确，可以检测到人的呼吸或心跳。而 PIR 传感器就无法做到这一点，因为 PIR 传感器只能检测通过其视野的物体引起的温度变化。

毫米波雷达技术

雷达传感器以不同的频率工作。BGT24MTR11在工作时，FMCW（调频连续波）雷达工作带宽在规定的 ISM（工业、科学和医疗）频段内最高可达 250MHz。该技术广泛用于户外用例，因为可以提供高检测范围，而且在环境影响（例如湿度）下表现依旧出色。

虽然BGT24MTR11仅限于ISM 频段，但BGT60LTR11AIP不受管制的带宽就达到7GHz可供使用。因此，我们开发了BGT60LTR11AIP雷达技术，以帮助开发更强大的应用和产品，特别是需要大带宽工作的应用和近距离感测应用。具体来说，BGT60LTR11AIP雷达技术可以以比 BGT24MTR11技术更精细的粒度和更高的精度检测运动和复杂手势。这使得BGT60LTR11AIP技术成为占用感测、人体跟踪和分割、材料分类以及远距离人体生命体征监测等应用的理想选择。此外，BGT60LTR11AIP雷达技术的微动检测功能使其适用于增强现实 (AR) 和虚拟现实 (VR) 应用的新兴浪潮，这些应用将为元宇宙赋能。这就是为什么各个制造商已经将BGT60LTR11AIP雷达芯片组集成到 HMD（头戴式显示器）中的原因。

智能家居应用中的雷达技术

智能家居是物联网市场增长最快的领域之一。这也是雷达技术在提高应用功能、精度、能耗和成本方面发挥催化剂作用的领域。具体来说，低成本、低功耗雷达传感器的出现使新一代智能家居应用成为可能，这类应用增强了安全性，提升了便利性和舒适性。智能家居中使用雷达功能的一些最突出的例子包括：

◆ 自动门控制：直观感应雷达传感器不仅能提供运动信息，还能提供接近和离开运动的信息。这可以实现自动门控制应用，这样只有在目标持续接近时门才会打开，而不是在检测到其他类型的运动时打开。

◆ 存在/不存在检测：配备雷达传感器后，智能设备可以感知人的存在或移动，从而实现广泛的优化应用。例如，在无人的情况下，基于雷达的智能设备可以自动切换到睡眠模式并节省能源。

◆ 分割与跟踪：雷达传感器可以为音响系统等设备添加许多智能功能。例如，音响系统可以跟踪听众位置，并相应地不断优化音量和声音参数。

◆ 老人护理系统：雷达技术支持开发创新的老人护理应用。例如，雷达技术让离床系统能够判断老人是否已经起床，而且在几分钟内仍没有返回。同样，雷达传感器让离开椅子系统能够确定老人是否离开了他们的椅子，而且在一定时间内仍没有返回。

◆ 供暖控制系统：雷达可以控制地板下的供暖系统，确定房间内是否有人，并相应地打开或关闭暖气。此外，雷达还可以跟踪房间内人的距离和位置，以调整风扇速度以及房间空调机的叶片方向。这些用例提高了居住者的舒适度，同时提升了环境绩效和可持续性。

◆ 摔倒检测：基于雷达的系统可用于摔倒检测。在这种情况下，雷达通常安装在墙壁或天花板上，并会持续发射调制信号。人摔倒时，其身体会旋转，导致反射波发生偏移。接着，雷达系统可以检测到偏移，并将其记录为摔倒事件。

◆ 生命体征监测：类似的雷达配置也可用于监测呼吸模式和心率。随着时间的推移，该信息可用于检测心跳模式的偏差，这些偏差可能表明心律失常或其他问题。心跳模式检测在婴儿护理（例如，识别健康率的异常）和老人护理领域实现了许多创新的救生应用。

这些功能中的大多数都可以根据远处的身体运动来捕捉，即使在光线不足的情况下也不受影响。此外，这些应用以非侵入式的方式交付给住户。住户可以在房子里自由移动，而不会触发安装在墙壁或天花板上的光学运动探测器的误报。

直观感应时代

雷达技术的最新发展为无处不在的、用户友好的物联网应用开辟了新机遇。这些机会引领了直观感应时代的到来，其特点是与各种智能设备进行简单、轻松、自然的交互。直观感应是非侵入式应用的强大推动力，这些应用让我们的生活更加轻松、安全、环保、高效。

英飞凌凭借其自主、小型、用户友好型雷达解决方案（包括 BGT24LTR11 和 BGT60LTR11AIP 毫米波雷达解决方案），成为行业直观感应解决方案的领导者之一。该公司的 XENSIV™ 系列传感器包括一系列丰富的极其精确的雷达传感器，非常适合汽车、工业和消费市场中的各种客户应用。在所有这些市场中，XENSIV™ 部署可实现快速上市和显著的能效。因此，这些传感器是提高部署人员底线的可靠选择，同时还能帮助他们实现远大的可持续发展目标。

总体而言，雷达技术的最新发展使其成为下一代精确、用户友好、直观的物联网应用的强大推动力，这些应用可提供出色的性能，可智能处理环境影响。在这种背景下，物联网部署人员和解决方案集成商在设计和开发其应用时不能忽视雷达技术。（英飞凌）