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毫米波雷达:从技术原理到模组应用的深度解析

雷达技术简介

雷达,一种利用电磁波探测目标物体的位置、速度和其他特征的技术。根据工作频率和波段的不同,有如下种类的雷达。

常见雷达技术

下文就其中毫米波雷达技术原理、毫米波雷达技术应用、毫米波雷达模块优略势和毫米波雷达模块产品做详细介绍。

二、什么是毫米波雷达?

毫米波雷达是一种利用毫米波段电磁波(频率范围为30GHz300GHz,波长为1毫米到10毫米)进行探测和测量的技术。

1、毫米波雷达模块的构成

如下图为雷达的主要构成部分。

毫米波雷达的构成
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雷达主要构成

天线:用于接收和发送毫米波信号。需要注意天线的设计,直接影响了雷达系统的性能。

发射机:用于生成和发射毫米波信号。发射机中一般还包含信号发生器和功率放大器等组件。

射频收发转换开关:用于切换雷达系统收发状态的切换。

接收机:接收和处理反射回来的毫米波信号。其中一般还包括低噪放大器(LNA)、混频器和模数转化器(ADC)等组件。

信号处理单元:主要工作为,对接收到的信号进行数据处理和分析、包括数字信号滤波、数据解调和目标检测等,同时将处理好的数据发送到显示器。

显示器:主要是对数据进行图形展示等。

2、毫米波雷达模组的工作原理

如下图为整个毫米波雷达的工作流程。

毫米波雷达工作流程
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毫米波工作原理图解

发射信号:雷达系统首先发出毫米波信号。

信号传播:信号传播过程,在毫米波信号遇到目标物体时会发生反射、散射或折射等现象。

接收信号:雷达系统天线捕捉反射回来的毫米波信号,并将相应信号发射到接收机进行信号的处理。

信号处理:接收机对接收信号进行处理,计算信号的时间延迟、信号强度和相位变化,确定目标物体的距离、速度和形状等信息。

控制显示:处理后的数据通过控制与显示单元展示给终端用户,提供相应的图像数据等。

总的来说,毫米波雷达系统由发射机发起,经天线发出信号,信号遇到目标物体后部分信号反射回来由雷达天线捕捉到,将捕捉到的数据反馈给接收机,再到信号处理单元进行数据处理,最终由显示终端呈现出来。

三、毫米波雷达模组的应用领域

与传统的微波雷达相比,毫米波雷达具有更高的频率和更短的波长,因此能够提供更高的分辨率和更精准的探测能力。这使得毫米波雷达模块在各种应用中都表现出色,包括自动驾驶、工业自动化、安防监控和健康监测等领域

自动驾驶:毫米波雷达在自动驾驶汽车中用于检测前方障碍物、车辆和行人,实现实时的车距测量和防碰撞预警。

工业自动化:在工业生产中,毫米波雷达用于监控生产线上的物体位置和移动状态,提高生产效率和安全性。

安防监控:可用于检测和跟踪入侵者,提供高精度的周界防护和安全监控。

健康监测:能够用于人体生命体征的无接触监测,如呼吸频率和心跳等,特别适用于医院和家庭健康监测。

四、毫米波雷达模组的优缺点

毫米波雷达模块在人体微动检测领域展现出显著的技术优势,同时也存在一些局限性。以下是对其优劣势的简要介绍:

1、毫米波雷达模块的优势

1.1高精度检测

采用FMCW(调频连续波)技术和智能算法,实现厘米级距离分辨率和毫米级微动感知。配备24GHz一发一收天线和专用信号处理芯片,确保检测精度与稳定性,支持多目标同时检测,精准区分不同人体的运动状态。

1.2广覆盖能力

最远感应距离达10米,探测角度±60°,覆盖更大监控区域。支持挂顶、挂壁等多种安装方式,适应不同场景需求,专为室内环境设计,信号穿透性强,减少盲区干扰。

1.3易集成性

采用单芯片SoC设计,集成雷达收发、信号处理与算法运算功能,简化外围电路设计。尺寸紧凑(20mm×20mm),便于嵌入各类智能设备,提供UARTSWD接口,支持快速开发与调试。

1.4灵活配置

支持通过上位机工具调整探测距离、灵敏度、目标消失延迟等参数,可根据实际场景需求动态调整。预置多种工作模式,支持不同应用场景的快速切换。

1.5环境适应性强

抗干扰设计有效抵御多径效应与非人物体干扰,在复杂环境中保持稳定工作。全天候运行,不受光线、温度等环境因素影响,实现24小时可靠监测。

2、毫米波雷达模块的劣势

2.1探测距离限制

毫米波雷达模块在强反射或多径效应环境中,最大探测距离可能缩短。对于低反射率或小型目标,探测距离可能降低,需合理安装位置以避免信号衰减或盲区。

2.2环境依赖性

毫米波雷达模块需在合适的安装环境中使用,避免金属物体、强电磁干扰源对检测精度的影响。暴雨、积雪等极端天气可能干扰探测效果,高温或低温环境也可能影响性能。

2.3成本考量

相比红外或超声波传感器,毫米波雷达方案成本较高。采用先进芯片和雷达技术,提升了模块的成本,可能限制其在价格敏感型市场的应用。

毫米波雷达模块凭借其高精度、广覆盖与易集成特性,为智能家居、安防监控等领域的人体感知需求提供了创新解决方案。尽管在极端环境下存在一定局限性,但其技术优势与应用潜力仍使其成为相关领域的优选方案。


五、毫米波雷达模组产品推荐

1、人体微动毫米波雷达模组

E54-24LD12A是亿佰特毫米波雷达系列的广覆盖人体微动毫米波传感器,包含极简化24GHz 传感器硬件和人体微动感应智能算法固件。该人体微动毫米波雷达模组硬件搭载AIoT毫米波传感器、高性能24GHz 一发一收天线和外围电路;人体微动感应算法采用毫米波雷达距离测量技术和先进的专有雷达信号处理技术,实现对运动、微动和站立人体的精确感知。

人体微动感应智能算法固件主要应用在室内场景以感知区域内是否有运动或者微动的人体,并实时刷新检测结果。E54-24LD12A对运动人体的最远感应距离为10m,可轻松配置感应距离范围、不同区间的触发和保持门限以及无人上报时间E54-24LD12A支持GPIOUART接口,即插即用,可灵活应用于不同的智能场景和终端产品。

24G毫米波雷达模块

2、人体生命存在感应毫米波雷达模组

人体存在感应是一种无需肢体动作即可探测到探测区间内具有呼吸心跳等生物特征的技术,尤其适用于对静态人体如熟睡者的探测。

E54-24LD12B毫米波雷达模组是亿佰特毫米波雷达系列中的一款杰出人体生命存在感应传感器参考设计人体生命存在感应毫米波雷达模块,融合了高效的24GHz毫米波传感器传感器硬件E54-24LD12B与智能算法固件HPS01。传感器硬件部分由AIoT毫米波传感器芯片、高性能一发一收微带天线、MCU以及配套的外围辅助电路共同组成。而智能算法固件HPS01则采用了 FMCW 波形以及芯片专有的先进信号处理技术。此方案主要面向家庭、办公和酒店等常规室内环境,实现对人体的精准存在感应。

E54-24LD12B毫米波雷达模组的最大检测距离可达4.5米。用户通过直观的可视化工具界面,可轻松配置如最大感应距离、不同距离段的感应灵敏度以及无人持续时间等关键参数详见毫米波雷达模组产品手册第九章。此外,本方案支持GPIOUART接口,实现感知结果的快速上报,真正实现即插即用。

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