提起雷達技術(shù)，大眾對此并不陌生。

 

傳統的雷達技術(shù)具有非常廣泛的應用。如機載、艦載、基地雷達可以對運動(dòng)目標進(jìn)行檢測、成像；在氣象、航管、遙感等領(lǐng)域，我們可以借助雷達傳感器實(shí)現氣象預報、交通管制、資源勘查等。但是，由于傳統雷達設備的硬件成本高且體型巨大，因此一直在消費類(lèi)電子產(chǎn)品中應用較少。

 

近年來(lái)隨著(zhù)半導體技術(shù)的發(fā)展，雷達的尺寸、功耗和價(jià)格在不斷下降。另一方面，毫米波、超寬帶技術(shù)和多發(fā)多收的使用，結合創(chuàng )新的信號處理技術(shù)和計算能力不斷增強的芯片，雷達的感知功能日益強大。

 

雷達感知是一種無(wú)線(xiàn)感知技術(shù)。通過(guò)分析接收到的目標回波特性，提取并發(fā)現目標的位置、形狀、運動(dòng)特性和運動(dòng)軌跡，并且可以進(jìn)一步推斷目標和環(huán)境的特征。其作用類(lèi)似于人類(lèi)的眼睛和耳朵。

 

與其它傳感器相比，雷達感知具有許多獨特的優(yōu)勢。例如，與視覺(jué)傳感器相比，雷達不受光線(xiàn)明暗的影響，具有穿透遮擋物的能力，可以更好地保護個(gè)人隱私；與超聲技術(shù)相比，雷達感知的距離更遠，而且不會(huì )對人和動(dòng)物造成傷害。

 

雷達技術(shù)的應用場(chǎng)景；來(lái)源：IMEC 2015

 

雷達感知可以支持非常豐富的應用場(chǎng)景。比如，毫米波雷達就已經(jīng)被廣泛應用在汽車(chē)輔助駕駛領(lǐng)域，用以檢測行人和前車(chē)，實(shí)現防撞預警。此外，如上圖所示，雷達在居家、智能大廈、自動(dòng)駕駛以及可穿戴設備等領(lǐng)域也有很多潛在的應用。

 

以智能家居場(chǎng)景為例，雷達傳感器可以被用于開(kāi)關(guān)控制、入侵檢測、智能開(kāi)門(mén)器等方面，方便大眾生活。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，從而調整音響在某個(gè)區域的聲音大??；在空調系統中，雷達可以根據人的遠近，自動(dòng)調節室內溫度；當雷達探測到吹風(fēng)機離頭發(fā)太近時(shí)，還可以自動(dòng)調節吹風(fēng)機的溫度。

 

隨著(zhù)新型低功耗、小型化雷達傳感器的誕生和產(chǎn)品化，雷達技術(shù)在各種智能設備和消費類(lèi)電子產(chǎn)品中的應用將成為一種必然趨勢。

 

科研人員已在推動(dòng)雷達感知技術(shù)的新型應用方面開(kāi)展研究工作。讓我們結合一些具體的應用場(chǎng)景，來(lái)一探究竟吧。

 

 

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(shù)進(jìn)行檢測。與傳統醫療設備或可穿戴設備相比，利用雷達探測人體體征非常便捷，無(wú)需受檢測者穿戴任何設備，從而實(shí)現非接觸式的檢測。該技術(shù)可以被應用在人的檢測，睡眠監測和情緒管理等場(chǎng)景中，并結合兒童或老人的家庭看護等應用發(fā)揮重要作用。

 

我們在這一技術(shù)領(lǐng)域的研究進(jìn)展順利，結合特定的波段，可以做到隔墻實(shí)現人體檢測。

 

 

雷達的優(yōu)勢是對運動(dòng)的檢測，可以利用目標回波的多普勒效應來(lái)觀(guān)測和解讀目標的運動(dòng)狀態(tài)，如運動(dòng)方向和運動(dòng)速度；在使用多通道傳感器時(shí)，還可以從不同的視角觀(guān)察目標的運動(dòng)。通過(guò)從不同的視角采集目標的運動(dòng)狀態(tài)，并結合瞬時(shí)信息和歷史信息進(jìn)行分析，從而實(shí)現對復雜運動(dòng)的分辨。在下圖所示的例子中，當人的手臂做不同運動(dòng)時(shí)，不同動(dòng)作產(chǎn)生了不同的微多普勒模式，結合運動(dòng)的能量特性等特征可以實(shí)現不同運動(dòng)的分辨。

 

*揮動(dòng)手臂產(chǎn)生的微多普勒效應；來(lái)源：《雷達中的微多普勒效應》, Victor C.Chen *

 

利用雷達識別運動(dòng)的技術(shù)可以應用在不同的場(chǎng)景中。比如在體育運動(dòng)中，可以借用這項技術(shù)檢測人和球類(lèi)的運動(dòng)狀態(tài)和運動(dòng)軌跡。在居家環(huán)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(shù)已經(jīng)可以通過(guò)處理雷達數據，實(shí)現人體運動(dòng)狀態(tài)和軌跡的解讀。

 

 

人機交互是雷達技術(shù)的另一個(gè)重要應用領(lǐng)域，如手勢識別交互。利用雷達采集的距離、多普勒信息，以及快速采樣獲得的手動(dòng)態(tài)運動(dòng)歷史信息，雷達可以很好地展現手的動(dòng)態(tài)運動(dòng)特性，并可以從不同的角度觀(guān)測手的運動(dòng)。另外，從雷達反射回波的幅度形狀等信息中也可以得到手勢的散射特性。處理算法結合這些特征，可以很好地復現手勢。

 

我們將這一領(lǐng)域的研究工作與機器學(xué)習相結合，已經(jīng)實(shí)現了十種不同手勢的識別。

 

 

在雷達傳感器與其它傳感器的融合方面，我們的目標是通過(guò)結合不同傳感器的優(yōu)勢，實(shí)現更可靠的判斷。目前我們已經(jīng)開(kāi)展了雷達和視頻傳感相結合的工作。舉個(gè)具體的例子，相機在檢測玻璃時(shí)會(huì )有困難，而雷達卻能檢測到。兩者相結合，可以更可靠地支持避障等應用。

 

除了上述幾項應用領(lǐng)域，我們還在探索如何將雷達傳感技術(shù)與家用服務(wù)機器人相結合，實(shí)現人體檢測和人機交互等方面的應用，并將進(jìn)一步利用AI技術(shù)，提升數據處穩定性和可靠性，為未來(lái)走向市場(chǎng)做好堅實(shí)的準備。

 

（來(lái)源：英特爾中國研究院）