雷达传感器的新型热门应用,你知道多少?

2017-7-19 11:17| 发布者: wj800321| 查看: 301| 评论: 0

摘要: 传统的雷达技术具有非常广泛的应用。如机载、舰载、基**达可以对运动目标进行检测、成像;在气象、航管、遥感等领域,我们可以借助雷达传感器实现气象预报、交通管制、资源勘查等。但是,由于传统雷达设备的硬件成 . ...
提起雷达技术,大众对此并不陌生。

传统的雷达技术具有非常广泛的应用。如机载、舰载、基**达可以对运动目标进行检测、成像;在气象、航管、遥感等领域,我们可以借助雷达传感器实现气象预报、交通管制、资源勘查等。但是,由于传统雷达设备的硬件成本高且体型巨大,因此一直在消费类电子产品中应用较少。

近年来随着半导体技术的发展,雷达的尺寸、功耗和价格在不断下降。另一方面,毫米波、超宽带技术和多发多收的使用,结合创新的信号处理技术和计算能力不断增强的芯片,雷达的感知功能日益强大。

雷达感知是一种无线感知技术。通过分析接收到的目标回波特性,提取并发现目标的位置、形状、运动特性和运动轨迹,并且可以进一步推断目标和环境的特征。其作用类似于人类的眼睛和耳朵。

与其它传感器相比,雷达感知具有许多独特的优势。例如,与视觉传感器相比,雷达不受光线明暗的影响,具有穿透遮挡物的能力,可以更好地保护个人隐私;与超声技术相比,雷达感知的距离更远,而且不会对人和动物造成伤害。


雷达技术的应用场景

来源:IMEC 2015

雷达感知可以支持非常丰富的应用场景。比如,毫米波雷达就已经被广泛应用在汽车辅助驾驶领域,用以检测行人和前车,实现防撞预警。此外,如上图所示,雷达在居家、智能大厦、自动驾驶以及可穿戴设备等领域也有很多潜在的应用。

以智能家居场景为例,雷达传感器可以被用于开关控制、入侵检测、智能开门器等方面,方便大众生活。在音响系统中,雷达能够探测到某一区域的人与音响之间的距离,从而调整音响在某个区域的声音大小;在空调系统中,雷达可以根据人的远近,自动调节室内温度;当雷达探测到吹风机离头发太近时,还可以自动调节吹风机的温度。

随着新型低功耗、小型化雷达传感器的诞生和产品化,雷达技术在各种智能设备和消费类电子产品中的应用将成为一种必然趋势。

科研人员已在推动雷达感知技术的新型应用方面开展研究工作。让我们结合一些具体的应用场景,来一探究竟吧。

人体体征检测

呼吸和心跳是非常重要的人体生命体征,可以借助雷达技术进行检测。与传统医疗设备或可穿戴设备相比,利用雷达探测人体体征非常便捷,无需受检测者穿戴任何设备,从而实现非接触式的检测。该技术可以被应用在人的检测,睡眠监测和情绪管理等场景中,并结合儿童或老人的家庭看护等应用发挥重要作用。

我们在这一技术领域的研究进展顺利,结合特定的波段,可以做到隔墙实现人体检测。

运动识别

雷达的优势是对运动的检测,可以利用目标回波的多普勒效应来观测和解读目标的运动状态,如运动方向和运动速度;在使用多通道传感器时,还可以从不同的视角观察目标的运动。通过从不同的视角采集目标的运动状态,并结合瞬时信息和历史信息进行分析,从而实现对复杂运动的分辨。在下图所示的例子中,当人的手臂做不同运动时,不同动作产生了不同的微多普勒模式,结合运动的能量特性等特征可以实现不同运动的分辨。


挥动手臂产生的微多普勒效应

来源:《雷达中的微多普勒效应》, Victor C.Chen

利用雷达识别运动的技术可以应用在不同的场景中。比如在体育运动中,可以借用这项技术检测人和球类的运动状态和运动轨迹。在居家环境下,还可以做人体摔倒检测,用于预防老人摔倒。目前,我们的技术已经可以通过处理雷达数据,实现人体运动状态和轨迹的解读。

手势识别交互

人机交互是雷达技术的另一个重要应用领域,如手势识别交互。利用雷达采集的距离、多普勒信息,以及快速采样获得的手动态运动历史信息,雷达可以很好地展现手的动态运动特性,并可以从不同的角度观测手的运动。另外,从雷达反射回波的幅度形状等信息中也可以得到手势的散射特性。处理算法结合这些特征,可以很好地复现手势。

我们将这一领域的研究工作与机器学习相结合,已经实现了十种不同手势的识别。

多传感器的融合

在雷达传感器与其它传感器的融合方面,我们的目标是通过结合不同传感器的优势,实现更可靠的判断。目前我们已经开展了雷达和视频传感相结合的工作。举个具体的例子,相机在检测玻璃时会有困难,而雷达却能检测到。两者相结合,可以更可靠地支持避障等应用。

除了上述几项应用领域,我们还在探索如何将雷达传感技术与家用服务机器人相结合,实现人体检测和人机交互等方面的应用,并将进一步利用AI技术,提升数据处稳定性和可靠性,为未来走向市场做好坚实的准备。

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