物聯網系統中為什么要使用毫米波雷達

物聯網系統中使用毫米波雷達的原因主要基于其獨特的優勢和應用價值，這些優勢使得毫米波雷達在物聯網的多個領域中都發揮著重要作用。以下是詳細的分析：

毫米波雷達的優勢

1、高分辨率和短波長：

毫米波雷達利用毫米波段的電磁波，具有高分辨率和較短的波長，這使得它在物體檢測、定位和跟蹤方面具有出色的性能。

2、高穿透性：

毫米波雷達能夠穿透霧、煙和灰塵等障礙物，在惡劣氣候條件下仍能正常工作，為物聯網系統提供穩定的數據支持。

4、精確的距離測量：

毫米波雷達可以根據接收回波與發送波的時間差準確測算目標物體與雷達之間的距離，為物聯網系統提供精確的位置信息。

5、實時監測和多目標檢測：

毫米波雷達可以連續不斷地發送和接收信號，實現對目標的實時監測，并且可以同時檢測多個目標，適用于復雜環境下的多目標跟蹤和應用。

6、低功耗和長壽命：

毫米波雷達的功耗相對較低，使其在長時間運行時具有較好的耐用性，有利于降低物聯網系統的整體能耗和運營成本。

7、隱私保護：

由于毫米波雷達不在可見光譜下工作，因此它比基于攝像頭的傳感器更好地保護隱私，適用于對隱私要求較高的物聯網場景。

8、環境適應性強：

毫米波雷達對灰塵、煙霧和霧等大氣條件的魯棒性更強，可以在各種天氣條件下返回室內外的準確測量結果。

毫米波雷達在物聯網系統中的應用

毫米波雷達應用范圍涵蓋車規級、工業級、消費級和醫療級四類。汽車級應用是毫米波雷達最早的商用場景，同時也是當前毫米波雷達最大的應用市場；工業級應用主要包括智能交通、 安防監控、智能裝備、智能樓宇、工業測量等領域，應用場景最為廣泛，同時具備附加值高的特點；消費級應用主要包括 智能家居、智慧康養、消費電子等，是近兩年興起速度較快、關注度較高的新興應用領域，未來具有較大的發展潛力。

具體應用場景

1、智能家居：

在智能家居中，毫米波雷達可用于檢測人體的微小運動，實現智能照明、自動門鎖等功能。通過實時監測家庭成員的位置和活動，系統可以根據需要自動調整環境，提升居住體驗。

2、智能城市：

在智能城市中，毫米波雷達可以用于交通監測、人流統計和城市規劃。它可以幫助實現智能交通管理、減緩擁堵，并提供更加智能的城市服務。

3、工業物聯網：

在工業領域，毫米波雷達可用于實現生產線的自動化和智能化。它可以監測設備運行狀態、檢測產品缺陷，提高生產效率和產品質量。

4、健康監測：

毫米波雷達還可以用于健康監測領域，如檢測和監控人類手勢、情緒、運動、血液循環和心跳等生理指標，為醫療保健提供新的技術手段。

毫米波雷達應用范圍涵蓋車規級、工業級、消費級和醫療級四類。

綜上所述，物聯網系統中使用毫米波雷達的原因主要在于其高分辨率、高穿透性、精確的距離測量、實時監測和多目標檢測等獨特優勢，以及其在智能家居、智能城市、工業物聯網和健康監測等領域的廣泛應用價值。這些優勢使得毫米波雷達成為物聯網系統中不可或缺的重要組成部分，為物聯網的智能化、高效化和安全化提供了有力支持。

本文會再為大家詳解雷達家族中的一員——毫米波雷達 .

毫米波雷達的定義

雷達是英文 Radar 的音譯，源于 Radio Detection and Ranging的縮寫，原意是“無線電探測和測距”，即用無線電方法發現目標并測定它們在空間的位置。毫米波雷達是指一種工作在毫米波頻段(milimeter wave)的雷達傳感器。

國際電信聯盟(ITU)發布的《無線電規則》(2020年)和我國《無線電頻率劃分規定》中，將無線電頻率在 30.

300GHz的頻段(波長 1-10mm)稱呼為毫米波頻段。

為符合國際電聯的指定，美國電氣及電子工程師學會(IEEE)在2002年發布的《雷達頻帶字母名稱標準》(IEEE Std521TM-2002)中修訂了對mm頻段的定義，使毫米波雷達頻段和代號在學術上的范圍定義統一在30-300GHZ。IEEE還在2019年的標準中列出了分配給3區(中國所在的劃分區域)的雷達具體頻段。目前國內使用的 24GH2、60GH2、77GH2、80GHz等雷達產品統歸為毫米波雷達。

毫米波雷達的基本特性

作為雷達系列中的高頻段產品，毫米波雷達具有頻帶寬、波長短、大氣傳播損耗較大等基本特性，各特性對應的優缺 點概括如下圖所示。

毫米波雷達的核心功能

毫米波雷達的核心功能包括測距、測速、測方位角、微動探測和 4D 成像等，通常雷達系統是通過同時測量 2-3 個功 能參量而構成一個應用產品。圖表 3 列舉了每種功能的典型應用及功能介紹。

毫米波雷達的基本原理

毫米波雷達三個基礎的系統功能為距離測量、速度測量和角度測量。以 FMCW 雷達系統為例，其基本功能實現原理為：

1、測距原理

FMCW 毫米波雷達的測距主要是利用發射信號和回波信號之間的時延 td，結合毫米波傳播速度 c、以及目標和雷達的 相對速度 v 推算出毫米波雷達和檢測目標的相對距離 R 。

毫米波雷達具有較高的距離分辨率和測距精度，且可以通過后端算法實現毫米級的精確測距。

毫米波雷達測距能力與發射功率、天線增益、天線波束角和物體反射截面積等因素有關。通常發射功率越大，天線增益越高、天線波束角越窄以及物體反射截面積越大，雷達能夠檢測到的有效回波就越強，測量距離就越遠。

2、測速原理

FMCW 毫米波雷達通常是利用多普勒效應來確定目標的徑向速度。當目標向雷達天線靠近時，反射信號頻率將高于發 射擊頻率；反之，當目標遠離天線而去時，反射信號頻率將低于發射機頻率。 毫米波雷達測速范圍和目標運動方向有關，目標靠近雷達做徑向運動，目標速度為負；目標遠離雷達做徑向運動，目 標速度為正。測速精度數據取決于信噪比（衡量雷達接收信號質量的單位）。信噪比高不高，是衡量毫米波雷達的目標檢 測性能是否強大的根本參數。

3、測角原理

關于毫米波雷達目標方位角的測量，是通過并列的接收天線收到

同一目標反射的雷達波相位差計算得到目標的方位角。原理如下圖所 以及兩天線收到雷達回波的相位差 b 通過簡單的三角函數計算得到。

在 角 度 測 量 中， 毫 米 波 雷 達 可 以 通 過 MIMO（Multiple-Input Multiple-Output，多輸入多輸出）天線陣列增加系統虛擬孔徑，進而 獲得更高的分辨率。

毫米波雷達的系統組成

毫米波雷達系統主要由天線、射頻前端組件、數字信號處理器和雷達控制電路等組成。

射頻前端組件：負責毫米波信號調制、發射、接收以及回波信號的解調。單片微波集成電路（MMIC）大大簡化了雷 達系統結構，集成度高、成本低且成品率高，更適合于大規模生產，是目前主流的毫米波雷達射頻前端組件集成方式。

數字信號處理器：通過嵌入不同的信號處理算法，提取從前端采集得到的中頻信號，獲得特定類型的目標信息。毫米 波雷達的數字處理主要算法包括：陣列天線波速形成和掃描算法、信號預調理、雜波處理算法、目標檢測 / 測量的算法、 目標分類與跟蹤算法以及信息融合算法。數字信息處理是毫米波雷達穩定性、可靠性的核心。

天線：可以發射和接收毫米波，是毫米波雷達的重要部件，體積小，通常集成在 PCB 板上，按照天線模式可分為遠程雷達（開口約 30°，200m）、中程雷達（開口約 60°，100m）和近程雷達（開口約 120°，30m）。

控制電路：根據信號處理器獲得的目標信息，結合雷達終端動態信息進行數據融合，最終通過主處理器進行智能處理， 對雷達終端前方出現的障礙物進行分析判斷，迅速做出處理和發出指令，及時傳輸給報警顯示系統和制動執行系統。

毫米波雷達的使用頻率

毫 米 波 雷 達 有 24GHz、60GHz、77GHz、80GHz、120GHz 等 頻 段 產 品。 目 前， 國 內 常 用 的 毫 米 波 雷 達 頻 段 為 24GHz、60GHz 和 77GHz 這三個頻段。24G 毫米波雷達在各方面性能比較成熟，且成本較低，適用的領域會更廣，例如交通、安防、智能家居、康養醫療等等；77GHz 毫米波雷達在精度上相比 24GHz 更高，主要應用于汽車領域，且應用規模已超過 24GHz。

毫米波雷達的工作體制

根據輻射電磁波方式不同，毫米波雷達主要有脈沖體制以及連續波體制兩種。其中連續波又可以分為 FSK（頻移鍵控）、 PSK（相移鍵控）、CW（恒頻連續波）、FMCW（調頻連續波）等方式，圖表 8 中對比了不同工作體制的優勢和不足。

目前，連續波體制中的調頻連續波 FMCW 是主流方案。調頻連續波是連續發射調頻信號，以測量距離、角度和速度等。 調頻連續波不僅能同時測出多個目標的距離和速度信息，還可對目標進行連續跟蹤。相對其他電磁波雷達，調頻連續波雷 達的發射功率較低、且成本較低，被毫米波雷達廠商廣泛使用。

6.4競品對比

毫米波雷達具有探測性能穩定、作用距離較長、環境適用性好等特點。與超聲波雷達相比，毫米波雷達具有體積小、 質量輕和空間分辨率高的特點。與紅外、激光、攝像頭等光學傳感器相比，毫米波雷達穿透霧、煙、灰塵的能力強，具有全天候全天時的特點。各類傳感器的優缺點如圖表 9 所示。

毫米波雷達的雷達方案供應商和方案集成商

毫米波雷達產業鏈中游企業主要包括雷達方案供應商和方案集成商。其中雷達方案供應商主要通過完成雷達系統設計、 天線設計和后端算法開發，為客戶提供毫米波雷達方案模塊或整機產品。方案集成商則依托毫米波雷達技術，為各具體應 用領域提供定制化的智能集成方案，例如汽車 tier 1 供應商、智能交通方案集成商等。

目前，中國毫米波雷達中游市場整體上仍由博世、大陸、安波福、維寧爾、海拉、電裝等國際企業占主要份額，但國 內企業也正在加速追趕。在汽車雷達領域，森思泰克、華域電子、華為、承泰科技等本土企業已經實現量產落地，進入國產化替代周期。在智能交通領域，毫米波雷達的作用尤為關鍵，中游企業慧爾視、海康智聯、大華股份、象德信息、宇視科技、 木牛科技、雷森電子為市場主要參與者；智能家居雷達經過近幾年探索，國內市場已經初步形成，主要參與者包括云帆瑞 達、邁睿智能、電目科技、精益遠達、全耀傳感、易探科技、速數智能等；智慧康養領域主要參與者有清雷科技、兆觀科技、 德心智能、苗米科技、英特睿達、知譜科技、算豐征途等。

供應商A：-云帆瑞達

http://www.micradar.cn/

1、產品能力

（1）選型手冊

http://www.micradar.cn/products.html

（2）主推型號1:R24DVD1

對應的產品詳情介紹

本雷達是一個自成體系的隔空感知傳感器，由射頻天線、雷達芯片和高速主頻MCU 一起組合而成的模組，依賴穩定靈活優越的算法架構核心，解決用戶的各種場景探測需求，可搭載上位機或者主機靈活輸出探測狀態和數據，滿足幾組 GPIO 可供用戶定制開發。雷達天線發射電磁波信號，并同步接收目標反射后的回波信號，雷達處理器通過解析回波信號的波形參量，反饋目標的距離、方向、速度等信息。可以探測運動物體的狀態和軌跡.

產品功能:生命感知、區域安防、燈光聯動、睡眠監控

產品應用:智能燈、開關面板、傳感器

產品介紹:R24DVD1是基于毫米波雷達實現人體生物呼吸感知，持續記錄人體存在情況，停留時間，以及身體運動幅度，可以通過無線信號通知網關實現場景聯動。并且可通過底層開放參數實現定制化場景。

支持協議:Zigbee/wi-Fi/4G

產品封裝圖

體積:35mmX31mmX7.5mm接口:Pitch 2.0mm 雙排插針接口，2*3和2*4一共2組接

接口

td {white-space:nowrap;border:1px solid #dee0e3;font-size:10pt;font-style:normal;font-weight:normal;vertical-align:middle;word-break:normal;word-wrap:normal;}

接口	引腳	描述	典型值		說明
接口1	1	5V	5.0V		電源輸入正端
	2	GND			地
	3	RX	3.3v		串口接收
	4	TX	3.3v		串口發送
	5	S1	3.3V/0V		有人/無人
	6	S2	3.3V/0V		活躍/靜止
接口2	1	3V3	3.3V		輸出電源
	2	GND			地
	3	SWC			保留
	4	SWD			保留
	5	GP1			備用擴展引腳
	6	GP2			備用擴展引腳
	7	GP3			備用擴展引腳
	8	GP4			備用擴展引腳

硬件參考設計

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審核編輯 黃宇