毫米波雷達(dá)“出圈”，走進(jìn)尋常百姓家

雷達(dá)已在國(guó)防、安全和航空航天、天氣監(jiān)測(cè)、交通控制等應(yīng)用中使用了數(shù)十年，在工業(yè)領(lǐng)域，在過去幾年，雷達(dá)技術(shù)取得長(zhǎng)足進(jìn)步，在工廠自動(dòng)化、自主導(dǎo)航、協(xié)作機(jī)器人、工業(yè)無人機(jī)等設(shè)備中找到許多機(jī)會(huì)，根據(jù)研究機(jī)構(gòu)Yole Développement的數(shù)據(jù)，工業(yè)雷達(dá)應(yīng)用市場(chǎng)預(yù)計(jì)在未來五年內(nèi)將超過1000萬臺(tái)設(shè)備，其中基本運(yùn)動(dòng)、存在檢測(cè)是主要用途。

圖注：工業(yè)雷達(dá)設(shè)備預(yù)測(cè)

（圖片來源：Yole Développement）

在汽車領(lǐng)域，毫米波雷達(dá)應(yīng)用成熟。毫米波雷達(dá)于上世紀(jì)40年代出現(xiàn)，早期其研究應(yīng)用就主要集中在汽車領(lǐng)域，時(shí)至今日其在汽車領(lǐng)域仍然是非常關(guān)鍵的汽車安全器件，被廣泛應(yīng)用于ADAS（高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)）、自動(dòng)駕駛領(lǐng)域，在L2級(jí)以上自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中基本成了標(biāo)配。

技術(shù)進(jìn)步和成本下探，毫米波雷達(dá)正從汽車走向智能家居擴(kuò)展，逐漸找到市場(chǎng)切入點(diǎn)。家居安防、智能照明的許多功能都依賴先進(jìn)的傳感器，過去，這些功能通常使用被動(dòng)紅外（PIR）傳感器實(shí)現(xiàn)。PIR傳感器以中紅外波長(zhǎng)檢測(cè)人、動(dòng)物或物體的紅外輻射。工作環(huán)境溫度升高，PIR傳感器可靠性急劇下降，因此不能將其安裝在熱源附近或在高環(huán)境溫度下使用，此外，PIR傳感器只能檢測(cè)沿切向方向的運(yùn)動(dòng)，無法檢測(cè)靜止和徑向運(yùn)動(dòng)。

傳統(tǒng)傳感器功能和性能受限，以及智能家居對(duì)于深度人體檢測(cè)需求提升，毫米波雷達(dá)成為更好的解決方案，逐步走到聚光燈下。研究機(jī)構(gòu)MarketsandMarket數(shù)據(jù)顯示，到2023年，毫米波雷達(dá)市場(chǎng)總量將達(dá)到206億美元，車載雷達(dá)是這一波增長(zhǎng)的主要推動(dòng)力，但物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)將會(huì)成為驅(qū)動(dòng)毫米波雷達(dá)的主要驅(qū)動(dòng)力。

智能感測(cè)拾級(jí)而上，毫米波雷達(dá)技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯

毫米波（mmWave）是波長(zhǎng)介于1-10mm的電磁波，在電磁頻譜中，這種波長(zhǎng)被視為短波長(zhǎng)，優(yōu)勢(shì)是高準(zhǔn)確度。毫米波雷達(dá)發(fā)射波長(zhǎng)在毫米范圍內(nèi)的電磁波信號(hào)，并接收由物體反射信號(hào)，以確定物體的范圍、速度和角度等參數(shù)。毫米波雷達(dá)具有傳輸距離較遠(yuǎn)、不受光照條件影響、對(duì)運(yùn)動(dòng)物體感知靈敏、成本可控等優(yōu)點(diǎn)。

作為高精度傳感和檢測(cè)技術(shù)，毫米波雷達(dá)能夠捕捉人體細(xì)微的動(dòng)作，并提供速度、運(yùn)動(dòng)方向、距離、角度信息，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)細(xì)致的人體感應(yīng)，例如在76GHz-81GHz（相應(yīng)波長(zhǎng)約為4mm）下工作的毫米波系統(tǒng)，可以檢測(cè)到小至幾分之一毫米的運(yùn)動(dòng)。

與基于視覺原理的激光雷達(dá)、TOF方案相比，毫米波雷達(dá)部件的成本低、重量輕、體積小，更重要的是毫米波雷達(dá)可以穿透衣物、木板、塑料、玻璃等物體，不受雨、雪、灰塵等外部環(huán)境條件的影響，全天候感知工作。

與可見光方案相比，毫米波雷達(dá)不受光照條件影響，可以在完全黑暗或陽光直射的眩光下工作。

人體檢測(cè)被認(rèn)為是毫米波雷達(dá)的目標(biāo)市場(chǎng)之一，考慮視覺檢測(cè)的個(gè)人隱私和數(shù)據(jù)安全問題，與圖像傳感器相比，毫米波雷達(dá)不會(huì)泄露人臉、居家環(huán)境等用戶隱私信息，有效避免隱私泄露。

毫米波雷達(dá)所具備上述優(yōu)勢(shì)都能很好地定位于智能家居應(yīng)用的痛點(diǎn)，包括主動(dòng)感知、非接觸式感知、隱私感知、復(fù)雜場(chǎng)景感知等等。

家電廠商和科技企業(yè)發(fā)力，終端應(yīng)用迎來爆發(fā)

目前已經(jīng)有許多傳統(tǒng)家電和科技企業(yè)巨頭在產(chǎn)品中開發(fā)人體感知檢測(cè)應(yīng)用，并積極引入毫米波雷達(dá)，從而進(jìn)一步加快該技術(shù)的商業(yè)化推廣。

在今年3月，谷歌推出其第二代NEST HUB（智能顯示器和揚(yáng)聲器），該產(chǎn)品具有一個(gè)7英寸的屏幕，可以觀看流媒體視頻服務(wù)、查看天氣、獲取警報(bào)、打開燈等。而其最大的變化在于，其使用內(nèi)置雷達(dá)傳感器（型號(hào)為英飛凌XENSIV 60GHz雷達(dá)芯片）跟蹤用戶的睡眠。

谷歌表示，第二代NEST HUB可以測(cè)量微小的運(yùn)動(dòng)，比如用戶的呼吸，以確定用戶什么時(shí)候睡覺，內(nèi)置的麥克風(fēng)可以確定用戶是在打鼾還是咳嗽，其他內(nèi)置傳感器可以確定房間的溫度和燈光亮度。所有這些信息可以反映用戶的睡眠質(zhì)量，然后可以提出建議，比如設(shè)置一個(gè)提醒，在某個(gè)時(shí)間上床睡覺，或者嘗試睡前放松。

谷歌正試圖將雷達(dá)傳感器運(yùn)用到其能想到的任何產(chǎn)品中，以形成設(shè)備之間的聯(lián)動(dòng)，例如，如果用戶希望將睡眠數(shù)據(jù)同步到Google Fit（谷歌的健康追蹤應(yīng)用 開發(fā) 平臺(tái)），那么就可以從手機(jī)和智能手表等其他設(shè)備中提取數(shù)據(jù)。

圖注：谷歌NEST HUB（智能顯示器和揚(yáng)聲器）藉由雷達(dá)跟蹤用戶睡眠質(zhì)量。（圖片來源：cnbc.com）

國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)家電廠商紛紛也看好人體感知檢測(cè)在家居應(yīng)用的前景，這勢(shì)必推動(dòng)毫米波雷達(dá)技術(shù)的廣泛運(yùn)用。據(jù)業(yè)內(nèi)人士透露，目前，美的設(shè)立了多個(gè)項(xiàng)目，包括空調(diào)節(jié)能項(xiàng)目、智能聯(lián)動(dòng)等方面，通過基于人體感知檢測(cè)的個(gè)性化功能實(shí)現(xiàn)降低能耗，以突顯產(chǎn)品差異化。

無獨(dú)有偶，包括TCL、長(zhǎng)虹、創(chuàng)維、海信在內(nèi)的傳統(tǒng)家電廠商都在摩拳擦掌，成立專門的研發(fā)部門，加大力度研發(fā)人體感知檢測(cè)在電視上的創(chuàng)新應(yīng)用，以對(duì)標(biāo)海外廠商產(chǎn)品，比如三星電視多款機(jī)型都已經(jīng)采用人體存在、運(yùn)動(dòng)軌跡測(cè)量雷達(dá)。

而進(jìn)入這個(gè)賽道的不乏巨頭科技企業(yè)，據(jù)悉，相關(guān)業(yè)者將在2022年第二季度推出具備人體運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤、人體存在檢測(cè)的智能產(chǎn)品。終端應(yīng)用的玩家不斷增多，技術(shù)引領(lǐng)勢(shì)必主導(dǎo)市場(chǎng)格局的改變，毫米波雷達(dá)扮演的角色將愈發(fā)重要。同時(shí)，產(chǎn)業(yè)不斷成熟也將推動(dòng)企業(yè)之間的合作，共生共贏，業(yè)內(nèi)消息指出，亞馬遜正于國(guó)內(nèi)家電廠商精密配合，定制亞馬遜專用產(chǎn)品，硬件+服務(wù)的模式能否獲得成功不得而知，但可以肯定的是，多樣化的終端應(yīng)用必須要有合適的技術(shù)托底，而毫米波雷達(dá)目前看來就是一個(gè)正確技術(shù)選擇。

圖注：云帆瑞達(dá)科技（深圳）有限公司（下文簡(jiǎn)稱云帆瑞達(dá)）總經(jīng)理李剛

從視覺升級(jí)至觸覺檢測(cè)，毫米波雷達(dá)家居用例充滿想象

憑借眾多技術(shù)優(yōu)勢(shì)，毫米波雷達(dá)在智能家居應(yīng)用中可實(shí)現(xiàn)豐富用例。云帆瑞達(dá)科技（深圳）有限公司（下文簡(jiǎn)稱云帆瑞達(dá)）總經(jīng)理李剛表示，毫米波雷達(dá)特別適合用于人體檢測(cè)，近年來，毫米波雷達(dá)在家居用途中的應(yīng)用，逐漸從呼吸心跳的功能，延申到人體存在、跌落報(bào)警、人數(shù)統(tǒng)計(jì)等。按工作頻率劃分，5.8GHz應(yīng)用于觸發(fā)雷達(dá)，24GHz可以做人體精準(zhǔn)存在，60GHz可以實(shí)現(xiàn)呼吸心跳、人數(shù)統(tǒng)計(jì)功能。過去，傳統(tǒng)傳感器依賴可見光或不可見光進(jìn)行感知。作為人體探測(cè)的新一代傳感器系列，毫米波雷達(dá)完成了從攝像頭的傳統(tǒng)視覺感知，到觸覺感知的改變。

圖注：雷達(dá)的頻譜和應(yīng)用

01.睡眠監(jiān)測(cè)、養(yǎng)老照護(hù)

毫米波雷達(dá)可以非接觸方式，精確識(shí)別呼吸及心率數(shù)據(jù)，通過對(duì)呼吸深度、心跳頻率、運(yùn)動(dòng)參數(shù)等數(shù)據(jù)深入分析，判斷用戶睡眠質(zhì)量，為睡眠呼吸中潛在的呼吸疾病提供輔助數(shù)據(jù)支持，這種能力適用于24小時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和照護(hù)，滿足居家、社區(qū)、機(jī)構(gòu)三位一體的養(yǎng)老監(jiān)護(hù)要求，緩解老齡化社會(huì)養(yǎng)老難題。

此外，毫米波雷達(dá)無需光學(xué)攝像也可以追蹤人體活動(dòng)，包括人員跌倒等運(yùn)動(dòng)特征，實(shí)現(xiàn)跌倒報(bào)警的同時(shí)，避免攝像頭帶來的隱私問題。中國(guó)疾病監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)顯示，跌倒已經(jīng)成為我國(guó)65歲以上老年人受傷、死亡的首要原因，推進(jìn)建立完善的養(yǎng)老體系，在應(yīng)對(duì)跌倒問題上必須有積極的預(yù)防及應(yīng)急措施。在多生活場(chǎng)景中，毫米波雷達(dá)可以判斷人體的站立、靜坐或是跌倒?fàn)顟B(tài)，在發(fā)生跌倒等異常行為時(shí)實(shí)時(shí)告警通知監(jiān)護(hù)人，在最佳時(shí)間內(nèi)給予救治。

李剛說道，毫米波雷達(dá)可以精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)健康照護(hù)，并與智能家電聯(lián)動(dòng)，衍生更多智能化應(yīng)用。國(guó)內(nèi)老年人群體達(dá)到2.5億人（數(shù)據(jù)來源于網(wǎng)絡(luò)），對(duì)智能解決方案的接受度高于預(yù)期，人口老齡化發(fā)展背景之下，基于毫米波雷達(dá)的智能解決方案對(duì)中老年市場(chǎng)的耕耘將推動(dòng)智能家居市場(chǎng)滲透率的提升。

圖注：雷達(dá)應(yīng)用分類

02.智能空調(diào)管理

李剛說道，空調(diào)日益強(qiáng)調(diào)高效能源管理和智能化，每年迭代數(shù)量達(dá)到3000萬多部。其中，空調(diào)的智能化影響著使用舒適性，毫米波雷達(dá)讓空調(diào)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)人體移動(dòng)，根據(jù)人體與空調(diào)的距離和位置，改變空調(diào)的出風(fēng)的方向與速度，通過細(xì)致的智能提升空調(diào)的舒適性。由于毫米波雷達(dá)不受環(huán)境條件影響，即使氣溫再高，也能準(zhǔn)確識(shí)別人體并控制空調(diào)送風(fēng)。毫米波可穿透空調(diào)外殼，因此可以安裝于空調(diào)內(nèi)部，不破壞空調(diào)美觀性?？照{(diào)目前是存量市場(chǎng)，競(jìng)爭(zhēng)激烈，智能化和舒適性的提升有利于擴(kuò)展產(chǎn)品的市場(chǎng)份額。

03.安防

家居安防系統(tǒng)勢(shì)必需要感知人體，監(jiān)控物體或人員在房屋周邊區(qū)域的運(yùn)動(dòng)和位置狀態(tài)，當(dāng)目標(biāo)超過距離閾值時(shí)，向房主觸發(fā)自動(dòng)警報(bào)，向內(nèi)置攝像頭發(fā)出信號(hào)以啟動(dòng)視頻錄制，這一系列事件可以由毫米波雷達(dá)、圖像識(shí)別、數(shù)據(jù)分析等多種技術(shù)手段結(jié)合實(shí)現(xiàn)。

圖注：雷達(dá)在智能家居安防系統(tǒng)的應(yīng)用（圖片來源：網(wǎng)絡(luò)）

04.手勢(shì)識(shí)別和控制

智能家居中的手勢(shì)控制功能，可使用毫米波雷達(dá)實(shí)現(xiàn)非接觸式手勢(shì)交互，完成毫米級(jí)動(dòng)作捕捉，實(shí)現(xiàn)智能聯(lián)動(dòng)。搭配豐富算法，讓手勢(shì)控制不局限于單一方式，交互更無感和智能?；诤撩撞ɡ走_(dá)的手勢(shì)控制用例包括體感游戲、輔助殘障人士或者老年人完成生活日常自理，讓他們生活更便捷。

60GHz——家居應(yīng)用毫米波雷達(dá)的適宜選擇？

雷達(dá)傳感器一般使用24GHz、60GHz和77GHz頻段,這些頻譜的使用往往受法規(guī)限制，因不同地區(qū)而異。在全球大多數(shù)地區(qū),77GHz頻段常用于汽車應(yīng)用,77GHz在其他應(yīng)用如工業(yè)、建筑、機(jī)器人、消費(fèi)電子和城市基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用受到限制。工信部今年發(fā)布的《汽車?yán)走_(dá)無線電管理暫行規(guī)定（征求意見稿）》將76-79GHz頻段規(guī)劃用于汽車?yán)走_(dá)，主要使用場(chǎng)景包括自適應(yīng)巡航控制（ACC）、防撞（CA）、盲點(diǎn)探測(cè)（BSD）、變道輔助（LCA）、泊車輔助、后方車輛示警（RTCA）、行人探測(cè)等。該頻段不能用于其他在地面設(shè)置使用的雷達(dá)，以及在航空器（含無人機(jī)、氣球、飛艇等）上裝載使用的雷達(dá)。

圖注：在頻譜規(guī)劃上，76-79GHz頻段將主要被用于汽車?yán)走_(dá)（圖片來源：工信部網(wǎng)站）

歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)ETSI和美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)FCC制定的頻譜法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)禁止新產(chǎn)品使用24GHz超寬帶（UWB），現(xiàn)有已使用24GHz超寬帶（UWB）的產(chǎn)品必須在2022年之前逐步淘汰。

因此，60GHz貌似是家居毫米波雷達(dá)適宜的頻段，實(shí)際上半導(dǎo)體廠商也逐漸把競(jìng)爭(zhēng)領(lǐng)域從24GHz轉(zhuǎn)移到60GHz頻段，TI、Acconeer、英飛凌等公司均推出了采用天線封裝技術(shù)的60GHz毫米波雷達(dá)傳感器,以開拓更大市場(chǎng)規(guī)模的消費(fèi)電子市場(chǎng)。

就美國(guó)地區(qū)來看，F(xiàn)CC還將對(duì)毫米波雷達(dá)使用60GHz頻譜擬議規(guī)則，并深入研究60GHz頻譜中的其他技術(shù)，如超寬帶、Wi-Fi等。雖然FCC對(duì)雷達(dá)頻譜授權(quán)也設(shè)置了高門檻，避免其他用戶產(chǎn)生有害干擾，但同時(shí)也逐漸開放。

4月，F(xiàn)CC正式發(fā)布了一項(xiàng)命令，放棄其第15.255條關(guān)于57GHz-71GHz頻段的技術(shù)和應(yīng)用限制規(guī)則，允許6家公司（Vayyar、法雷奧、英飛凌、特斯拉、IEE和Brose）向市場(chǎng)提供基于60GHz雷達(dá)的艙內(nèi)監(jiān)控、乘客安全和防盜應(yīng)用，這次特殊豁免對(duì)下一代智能汽車的多元化感知技術(shù)落地具有重大意義。

在消費(fèi)電子領(lǐng)域，7月，F(xiàn)CC為亞馬遜亮起綠燈，批準(zhǔn)亞馬遜開發(fā)雷達(dá)睡眠追蹤器，審查認(rèn)為亞馬遜的雷達(dá)設(shè)備能需要連接電源才能使用，不至于對(duì)其他設(shè)備形成干擾。根據(jù)提交的FCC文件,亞馬遜希望將雷達(dá)技術(shù)應(yīng)用于兩種不同的應(yīng)用場(chǎng)景：第一個(gè)是促進(jìn)“非接觸式設(shè)備控制”，可以幫助那些有語言、觸覺或行動(dòng)障礙的人更好地操作亞馬遜的其他產(chǎn)品。第二是某種非接觸式的睡眠追蹤器。使用雷達(dá)傳感器檢測(cè)用戶整晚的運(yùn)動(dòng)，并將這些信息編入用戶的整體睡眠質(zhì)量報(bào)告中，用戶可以稍后查看，亞馬遜表示這將為美國(guó)人民帶來“重大的健康益處”。

60GHz毫米波雷達(dá)波長(zhǎng)為5mm，可以提供更好的分辨率，彌補(bǔ)24GHz雷達(dá)帶寬受限、精度不足、對(duì)運(yùn)動(dòng)物體的感測(cè)有局限的問題。主要技術(shù)廠商圍繞非汽車領(lǐng)域毫米波雷達(dá)的競(jìng)爭(zhēng)逐漸從24GHz轉(zhuǎn)移到60GHz頻段，特別是在智慧家居、健康監(jiān)測(cè)等室內(nèi)應(yīng)用領(lǐng)域，60GHz頻段預(yù)計(jì)將成為市場(chǎng)的主流。

圖注：云帆瑞達(dá)產(chǎn)品應(yīng)用

國(guó)產(chǎn)雷達(dá)模塊快速迭代，搶占物聯(lián)網(wǎng)賽道

雷達(dá)模塊感應(yīng)精準(zhǔn)、穩(wěn)定、靈敏，還可以通過算法調(diào)試控制感應(yīng)時(shí)間等參數(shù)，先進(jìn)的雷達(dá)模塊還集成天線在產(chǎn)品封裝內(nèi)。不同應(yīng)用對(duì)雷達(dá)模塊的要求不同，李剛說道，汽車電子應(yīng)用側(cè)重于以汽車運(yùn)動(dòng)測(cè)對(duì)方相對(duì)運(yùn)動(dòng)，智能家居側(cè)重于以靜止測(cè)量人體運(yùn)動(dòng)，兩種應(yīng)用在硬件上基本相同，但是算法上差異極大，相關(guān)量產(chǎn)測(cè)試技術(shù)也完全不同。終端選擇新品，要考慮到測(cè)量范圍（波長(zhǎng)），精細(xì)度（頻段），使用功能（天線），根據(jù)不同的測(cè)量面積，產(chǎn)品要求選擇不同算法和成本。

由于我國(guó)不僅是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)國(guó)，也是較大的需求市場(chǎng)，因此產(chǎn)品迭代更加敏捷、更加快速。就產(chǎn)品的商業(yè)化程度來說，國(guó)產(chǎn)雷達(dá)模組目前在引導(dǎo)全球的應(yīng)用技術(shù)。

毫米波雷達(dá)在汽車自動(dòng)駕駛領(lǐng)域已經(jīng)展現(xiàn)生機(jī)，但毫米波雷達(dá)在物聯(lián)網(wǎng)世界還有更大的藍(lán)圖，包括智能家居、智能樓宇、智慧城市，其應(yīng)用已經(jīng)進(jìn)入小步快跑階段，生態(tài)建設(shè)逐漸建立。在該領(lǐng)域，云帆瑞達(dá)作為一個(gè)集算法能力、天線能力、量產(chǎn)測(cè)試能力一體的毫米波雷達(dá)提供商，已經(jīng)突破了單月百萬的營(yíng)收，近期，云帆瑞達(dá)還與涂鴉智能已經(jīng)正式簽訂合作協(xié)議，雙方合作率先解決了產(chǎn)品聯(lián)網(wǎng)、跨協(xié)議通信難題。為了讓毫米波雷達(dá)設(shè)備實(shí)現(xiàn)跨協(xié)議通信，同時(shí)支持Wi-Fi、Zigbee等多種連接方式，涂鴉智能為云帆瑞達(dá)提供了聯(lián)網(wǎng)、通信等模塊，能和其雷達(dá)模塊配合使用。