雷達傳感器的新型熱門應用，你知道多少？

提起雷達技術，大衆對此并不陌生。

傳統的雷達技術具有非常廣泛的應用。如機載、艦載、基地雷達可以對運動目标進行檢測、成像；在氣象、航管、遙感等領域，我們可以借助雷達傳感器實作氣象預報、交通管制、資源勘查等。但是，由于傳統雷達裝置的硬體成本高且體型巨大，是以一直在消費類電子産品中應用較少。 

近年來随着半導體技術的發展，雷達的尺寸、功耗和價格在不斷下降。另一方面，毫米波、超寬帶技術和多發多收的使用，結合創新的信号處理技術和計算能力不斷增強的晶片，雷達的感覺功能日益強大。 

雷達感覺是一種無線感覺技術。通過分析接收到的目标回波特性，提取并發現目标的位置、形狀、運動特性和運動軌迹，并且可以進一步推斷目标和環境的特征。其作用類似于人類的眼睛和耳朵。

與其它傳感器相比，雷達感覺具有許多獨特的優勢。例如，與視覺傳感器相比，雷達不受光線明暗的影響，具有穿透遮擋物的能力，可以更好地保護個人隐私；與超聲技術相比，雷達感覺的距離更遠，而且不會對人和動物造成傷害。

雷達技術的應用場景

來源：IMEC 2015

雷達感覺可以支援非常豐富的應用場景。比如，毫米波雷達就已經被廣泛應用在汽車輔助駕駛領域，用以檢測行人和前車，實作防撞預警。此外，如上圖所示，雷達在居家、智能大廈、自動駕駛以及可穿戴裝置等領域也有很多潛在的應用。

以智能家居場景為例，雷達傳感器可以被用于開關控制、入侵檢測、智能開門器等方面，友善大衆生活。在音響系統中，雷達能夠探測到某一區域的人與音響之間的距離，進而調整音響在某個區域的聲音大小；在空調系統中，雷達可以根據人的遠近，自動調節室内溫度；當雷達探測到吹風機離頭發太近時，還可以自動調節吹風機的溫度。 

随着新型低功耗、小型化雷達傳感器的誕生和産品化，雷達技術在各種智能裝置和消費類電子産品中的應用将成為一種必然趨勢。 

科研人員已在推動雷達感覺技術的新型應用方面開展研究工作。讓我們結合一些具體的應用場景，來一探究竟吧。

人體體征檢測

呼吸和心跳是非常重要的人體生命體征，可以借助雷達技術進行檢測。與傳統醫療裝置或可穿戴裝置相比，利用雷達探測人體體征非常便捷，無需受檢測者穿戴任何裝置，進而實作非接觸式的檢測。該技術可以被應用在人的檢測，睡眠監測和情緒管理等場景中，并結合兒童或老人的家庭看護等應用發揮重要作用。 

我們在這一技術領域的研究進展順利，結合特定的波段，可以做到隔牆實作人體檢測。

運動識别

雷達的優勢是對運動的檢測，可以利用目标回波的多普勒效應來觀測和解讀目标的運動狀态，如運動方向和運動速度；在使用多通道傳感器時，還可以從不同的視角觀察目标的運動。通過從不同的視角采集目标的運動狀态，并結合瞬時資訊和曆史資訊進行分析，進而實作對複雜運動的分辨。在下圖所示的例子中，當人的手臂做不同運動時，不同動作産生了不同的微多普勒模式，結合運動的能量特性等特征可以實作不同運動的分辨。

揮動手臂産生的微多普勒效應

來源：《雷達中的微多普勒效應》, Victor C.Chen 

利用雷達識别運動的技術可以應用在不同的場景中。比如在體育運動中，可以借用這項技術檢測人和球類的運動狀态和運動軌迹。在居家環境下，還可以做人體摔倒檢測，用于預防老人摔倒。目前，我們的技術已經可以通過處理雷達資料，實作人體運動狀态和軌迹的解讀。

手勢識别互動

人機互動是雷達技術的另一個重要應用領域，如手勢識别互動。利用雷達采集的距離、多普勒資訊，以及快速采樣獲得的手動态運動曆史資訊，雷達可以很好地展現手的動态運動特性，并可以從不同的角度觀測手的運動。另外，從雷達反射回波的幅度形狀等資訊中也可以得到手勢的散射特性。處理算法結合這些特征，可以很好地複現手勢。 

我們将這一領域的研究工作與機器學習相結合，已經實作了十種不同手勢的識别。

多傳感器的融合

在雷達傳感器與其它傳感器的融合方面，我們的目标是通過結合不同傳感器的優勢，實作更可靠的判斷。目前我們已經開展了雷達和視訊傳感相結合的工作。舉個具體的例子，相機在檢測玻璃時會有困難，而雷達卻能檢測到。兩者相結合，可以更可靠地支援避障等應用。  

除了上述幾項應用領域，我們還在探索如何将雷達傳感技術與家用服務機器人相結合，實作人體檢測和人機互動等方面的應用，并将進一步利用AI技術，提升資料處穩定性和可靠性，為未來走向市場做好堅實的準備。

本文作者：精選轉載