Ahmad Bahai博士，德州儀器（TI）首席技術(shù)官
一直以來(lái),許多技術(shù)領(lǐng)先的廠商都致力于開(kāi)發(fā)高度集成的雷達(dá)視覺(jué)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)且不受環(huán)境噪音影響的效果。一架巨大的飛機(jī)在屏幕上只能呈現(xiàn)為一個(gè)點(diǎn)，那已經(jīng)是過(guò)去的老舊雷達(dá)屏幕了。現(xiàn)如今，采用TI獨(dú)特毫米波技術(shù)的毫米波傳感器，可以幫助我們看到具有詳細(xì)輪廓的物體并對(duì)其進(jìn)行分類，實(shí)現(xiàn)“眼見(jiàn)為實(shí)”。
想象一下，一個(gè)靈敏的機(jī)器即使在充滿灰塵、黑暗、霧氣或下雨等惡劣條件下也能避開(kāi)障礙；一個(gè)安全系統(tǒng)，可以透過(guò)墻壁看到入侵者；一架無(wú)人機(jī)可以檢測(cè)到肉眼看不到的高架電纜；一個(gè)安裝在手術(shù)工具尖端的微型雷達(dá)可以檢測(cè)到生物質(zhì)；又或者一個(gè)微型傳感器可以監(jiān)測(cè)動(dòng)脈壁和聲帶運(yùn)動(dòng)。
這種機(jī)器視覺(jué)依賴于復(fù)雜的互補(bǔ)計(jì)算方式，在汽車、工廠自動(dòng)化、樓宇自動(dòng)化和醫(yī)療等領(lǐng)域的應(yīng)用中，通常被用于形成精確的物體圖像。主動(dòng)傳感器是傳輸一個(gè)或多個(gè)波流，并智能地將反射轉(zhuǎn)換成圖像。（閱讀我們的白皮書(shū)了解更多關(guān)于TI毫米波雷達(dá)技術(shù)，《毫米波雷達(dá)：在邊緣地帶實(shí)現(xiàn)更高的智能自主性》。）
革新者
當(dāng)然，無(wú)線電探測(cè)和測(cè)距（雷達(dá)）并不是新的技術(shù)。每一次駕駛員自主進(jìn)行操作和每一次自主巡航控制的飛行任務(wù)都需要雷達(dá)系統(tǒng)的參與。這一概念誕生于第二次世界大戰(zhàn)期間，從那以后被廣泛使用。這一概念不僅僅在軍事用途方面起到了開(kāi)創(chuàng)性的作用，對(duì)其它領(lǐng)域的應(yīng)用也有巨大貢獻(xiàn)。諸如空中和地面交通控制、地面和地下測(cè)繪、天氣預(yù)報(bào)、汽車高級(jí)駕駛員輔助系統(tǒng)（ADAS）以及醫(yī)療監(jiān)控等應(yīng)用都在配置電磁（EM）測(cè)距。
雖然諸如超聲波測(cè)距和成像等低頻率的技術(shù)已經(jīng)普遍應(yīng)用，并且成本可被接受，但它局限于短距離范圍內(nèi)。而雷達(dá)擁有廣泛的工作頻率范圍，從300 MHz到300 GHz，包括78-81 GHz廣泛用于汽車應(yīng)用，60 GHz用于工業(yè)應(yīng)用。在低頻時(shí)，電磁傳播衰減較小。低頻雷達(dá)可以覆蓋很長(zhǎng)的距離，但需要大型天線或多個(gè)天線才能彌補(bǔ)有限的精度和角度分辨率。頻率越高，衰減越大，但分辨率和精度同樣與之增長(zhǎng)。而且，在更高的頻率下，無(wú)線電、基帶和天線的集成更加實(shí)用。在超高頻率下，光學(xué)傳感器的分辨率是無(wú)法被比擬的，然而在超高頻率下光學(xué)傳感器存在被周圍的障礙物模糊的可能性。
然而直到最近，由于成本、技術(shù)復(fù)雜性和精確性等原因，雷達(dá)在許多汽車和工業(yè)應(yīng)用中無(wú)法廣泛使用。但是德州儀器的CMOS芯片上的單片式毫米波感測(cè)解決方案可以改變這一挑戰(zhàn)。
使用方便
曾經(jīng)，部署雷達(dá)需要大量的射頻（RF）設(shè)計(jì)和專業(yè)知識(shí)。將天線、射頻、模擬、數(shù)字處理器和適當(dāng)?shù)慕涌诘葴?zhǔn)確地進(jìn)行集成，需要昂貴和繁瑣的設(shè)計(jì)。
但是現(xiàn)在，我們的集成雷達(dá)芯片帶來(lái)了許多創(chuàng)新性的即插即用解決方案。除了標(biāo)準(zhǔn)的汽車應(yīng)用之外，許多工業(yè)和商業(yè)應(yīng)用也可以從簡(jiǎn)單易用的TI毫米波傳感器中獲益。集成DSP和微控制器的效率和便利性將提供多種用途。它可以通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控糾正前端異常情況來(lái)提高整體性能。此外，它還專門(mén)提供一個(gè)芯片上的平臺(tái)用于本地應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)分析。
例如，無(wú)人機(jī)上的嵌入式毫米波傳感器可以檢測(cè)農(nóng)業(yè)土壤和作物的品質(zhì)。工業(yè)化學(xué)品儲(chǔ)罐內(nèi)的傳感器可以檢測(cè)液位和蒸汽密度。帶有集成分析引擎的傳感器可以檢測(cè)、統(tǒng)計(jì)和分析人員的移動(dòng)。一個(gè)微小的傳感器可以監(jiān)測(cè)病人的心跳和呼吸模式。貼片中的一系列TI 毫米波傳感器可以在瞬間就監(jiān)測(cè)到核心體溫和動(dòng)脈壁的狀況。在一些應(yīng)用中，集成設(shè)備甚至可以替代超聲波傳感器，同時(shí)在汽車保險(xiǎn)杠上提供更多功能。
可擴(kuò)展性
雷達(dá)技術(shù)已經(jīng)在很多方面施展作用。遠(yuǎn)程窄射線雷達(dá)需要不同的天線配置和更高的功率。例如，中、遠(yuǎn)距離范圍內(nèi)高級(jí)駕駛員輔助系統(tǒng)（ADAS）雷達(dá)能夠以毫米級(jí)的精確度探測(cè)遠(yuǎn)至250米處的物體。具有較寬波束的短程TI毫米波傳感器用于近距離檢測(cè)，例如檢測(cè)汽車附近的物體或工業(yè)應(yīng)用中的液位檢測(cè)。
雷達(dá)系統(tǒng)根據(jù)范圍（距離），頻率（速度）和角度（角度分辨率）在三維空間中檢測(cè)物體。雷達(dá)的角分辨率取決于天線的孔徑。在模塊上使用多個(gè)天線可以提供更高的角度分辨率。發(fā)射功率、信號(hào)波形、天線數(shù)目和處理能力的可擴(kuò)展性使得TI毫米波傳感器可以被廣泛地應(yīng)用。
由集成的強(qiáng)大處理器運(yùn)行的邊緣信號(hào)處理可以為邊緣處的模式識(shí)別和人工智能算法提供數(shù)據(jù)分析。邊緣處理技術(shù)可以使機(jī)械手臂在本地處理傳感器; LIDAR技術(shù)、雷達(dá)圖像定位處理、 以及能夠檢測(cè)工業(yè)罐中危險(xiǎn)因素的TI毫米波光譜傳感器也都是邊緣處理的例子。
時(shí)間、頻率、空間
除了飛行時(shí)間之外，由發(fā)送器和反射器的相對(duì)速度引起的頻率的改變可以由雷達(dá)系統(tǒng)拾取。執(zhí)法人員利用這些系統(tǒng)來(lái)檢測(cè)超速駕駛的違規(guī)者。
雷達(dá)以調(diào)制波形連續(xù)發(fā)送信號(hào)。這種被稱為頻率調(diào)制連續(xù)波的高級(jí)信號(hào)處理算法，以時(shí)間，頻率和空間三個(gè)維度聯(lián)合接收波形，以合成物體的圖像。與照相機(jī)不同，這些圖像是物體的輪廓，這也避免了關(guān)于隱私方面的擔(dān)憂。
分布式傳感器可以監(jiān)視更廣闊的視野并解決處于相同距離但不同位置的物體。一系列同步傳感器已經(jīng)部署在高成本的逆合成孔徑雷達(dá)（ISAR）中。采用CMOS TI毫米波解決方案，合成陣列只需孔徑雷達(dá)（ISAR）的一小部分成本和復(fù)雜性，就可以提供能夠高速高分辨率成像的大孔徑。
設(shè)想一下汽車保險(xiǎn)杠上安裝多個(gè)TI毫米波傳感器，可以辨別出1度距離范圍內(nèi)的物體。現(xiàn)代雷達(dá)采用微型多普勒雷達(dá)和級(jí)聯(lián)雷達(dá)，通過(guò)機(jī)型詳細(xì)的輪廓刻畫(huà)和分類來(lái)查看物體。它可以確定一個(gè)物體是卡車、小型車輛還是人。多個(gè)分布式傳感器的陣列處理和傳感器融合可以提供高分辨率圖像，但涉及大量數(shù)據(jù)并且需要大量帶寬。本地信號(hào)處理器可以消除對(duì)中央處理器高速接口的需求。
我們將繼續(xù)致力于提高分辨率，并結(jié)合復(fù)雜的算法，如同時(shí)定位和測(cè)繪以及合成孔徑雷達(dá)，使其成為主流成像技術(shù)。未來(lái)，雷達(dá)與LIDAR的結(jié)合可以為更多應(yīng)用提供最佳的視覺(jué)解決方案。
半導(dǎo)體技術(shù)的創(chuàng)新超越了射頻、模擬和數(shù)字信號(hào)處理，帶來(lái)了毫米波傳感器的變革。過(guò)去僅限于小型防御和空間應(yīng)用的雷達(dá)系統(tǒng)現(xiàn)在已部署在汽車和工業(yè)應(yīng)用中。這些技術(shù)開(kāi)闊了我們的視野并提供了巨大的創(chuàng)新機(jī)會(huì)。