雷達(dá)傳感器的新型熱門(mén)應(yīng)用

傳統(tǒng)的雷達(dá)技術(shù)具有非常廣泛的應(yīng)用。如機(jī)載、艦載、基地雷達(dá)可以對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)、成像;在氣象、航管、遙感等領(lǐng)域，我們可以借助雷達(dá)實(shí)現(xiàn)氣象預(yù)報(bào)、交通管制、資源勘查等。但是，由于傳統(tǒng)雷達(dá)設(shè)備的硬件成本高且體型巨大，因此一直在消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品中應(yīng)用較少。

近年來(lái)隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，雷達(dá)的尺寸、功耗和價(jià)格在不斷下降。另一方面，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，與相比，雷達(dá)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(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。

雷達(dá)技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景

雷達(dá)感知可以支持非常豐富的應(yīng)用場(chǎng)景。比如，毫米波雷達(dá)就已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在汽車(chē)輔助駕駛領(lǐng)域，用以檢測(cè)行人和前車(chē)，實(shí)現(xiàn)防撞預(yù)警。此外，如上圖所示，雷達(dá)在居家、智能大廈、自動(dòng)駕駛以及可穿戴設(shè)備等領(lǐng)域也有很多潛在的應(yīng)用。

以智能家居場(chǎng)景為例，雷達(dá)傳感器可以被用于開(kāi)關(guān)控制、入侵檢測(cè)、智能開(kāi)門(mén)器等方面，方便大眾生活。在音響系統(tǒng)中，雷達(dá)能夠探測(cè)到某一區(qū)域的人與音響之間的距離，從而調(diào)整音響在某個(gè)區(qū)域的聲音大小;在空調(diào)系統(tǒng)中，雷達(dá)可以根據(jù)人的遠(yuǎn)近，自動(dòng)調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度;當(dāng)雷達(dá)探測(cè)到吹風(fēng)機(jī)離頭發(fā)太近時(shí)，還可以自動(dòng)調(diào)節(jié)吹風(fēng)機(jī)的溫度。

隨著新型低功耗、小型化雷達(dá)傳感器的誕生和產(chǎn)品化，雷達(dá)技術(shù)在各種智能設(shè)備和消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品中的應(yīng)用將成為一種必然趨勢(shì)。

科研人員已在推動(dòng)雷達(dá)感知技術(shù)的新型應(yīng)用方面開(kāi)展研究工作。讓我們結(jié)合一些具體的應(yīng)用場(chǎng)景，來(lái)一探究竟吧。

人體體征檢測(cè)

呼吸和心跳是非常重要的人體生命體征，可以借助雷達(dá)技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)。與傳統(tǒng)醫(yī)療設(shè)備或可穿戴設(shè)備相比，利用雷達(dá)探測(cè)人體體征非常便捷，無(wú)需受檢測(cè)者穿戴任何設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)非接觸式的檢測(cè)。該技術(shù)可以被應(yīng)用在人的檢測(cè)，睡眠監(jiān)測(cè)和情緒管理等場(chǎng)景中，并結(jié)合兒童或老人的家庭看護(hù)等應(yīng)用發(fā)揮重要作用。

我們?cè)谶@一技術(shù)領(lǐng)域的研究進(jìn)展順利，結(jié)合特定的波段，可以做到隔墻實(shí)現(xiàn)人體檢測(cè)。

運(yùn)動(dòng)識(shí)別

雷達(dá)的優(yōu)勢(shì)是對(duì)運(yùn)動(dòng)的檢測(cè)，可以利用目標(biāo)回波的多普勒效應(yīng)來(lái)觀測(cè)和解讀目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，如運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)速度;在使用多通道傳感器時(shí)，還可以從不同的視角觀察目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)。通過(guò)從不同的視角采集目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并結(jié)合瞬時(shí)信息和歷史信息進(jìn)行分析，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜運(yùn)動(dòng)的分辨。在下圖所示的例子中，當(dāng)人的手臂做不同運(yùn)動(dòng)時(shí)，不同動(dòng)作產(chǎn)生了不同的微多普勒模式，結(jié)合運(yùn)動(dòng)的能量特性等特征可以實(shí)現(xiàn)不同運(yùn)動(dòng)的分辨。

揮動(dòng)手臂產(chǎn)生的微多普勒效應(yīng)

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。

手勢(shì)識(shí)別交互

人機(jī)交互是雷達(dá)技術(shù)的另一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域，如手勢(shì)識(shí)別交互。利用雷達(dá)采集的距離、多普勒信息，以及快速采樣獲得的手動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)歷史信息，雷達(dá)可以很好地展現(xiàn)手的動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)特性，并可以從不同的角度觀測(cè)手的運(yùn)動(dòng)。另外，從雷達(dá)反射回波的幅度形狀等信息中也可以得到手勢(shì)的散射特性。處理算法結(jié)合這些特征，可以很好地復(fù)現(xiàn)手勢(shì)。

我們將這一領(lǐng)域的研究工作與機(jī)器學(xué)習(xí)相結(jié)合，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了十種不同手勢(shì)的識(shí)別。

多傳感器的融合

在雷達(dá)傳感器與其它傳感器的融合方面，我們的目標(biāo)是通過(guò)結(jié)合不同傳感器的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)更可靠的判斷。目前我們已經(jīng)開(kāi)展了雷達(dá)和視頻傳感相結(jié)合的工作。舉個(gè)具體的例子，相機(jī)在檢測(cè)玻璃時(shí)會(huì)有困難，而雷達(dá)卻能檢測(cè)到。兩者相結(jié)合，可以更可靠地支持避障等應(yīng)用。

除了上述幾項(xiàng)應(yīng)用領(lǐng)域，我們還在探索如何將雷達(dá)傳感技術(shù)與家用服務(wù)機(jī)器人相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)人體檢測(cè)和人機(jī)交互等方面的應(yīng)用，并將進(jìn)一步利用AI技術(shù)，提升數(shù)據(jù)處穩(wěn)定性和可靠性，為未來(lái)走向市場(chǎng)做好堅(jiān)實(shí)的準(zhǔn)備。