低功耗60GHz毫米波雷达传感器如何在更多应用中实现高精度传感

2023-07-08

毫米波雷达的工作原理,与红外线相比有什么优势呢?

毫米波雷达与光学雷达、红外线相比不受目标物体形状颜色的干扰,与超声波相比不受大气紊流的影响,因而具有稳定的探测性能,环境适应性好。

受天气和外界环境的变化的影响小,雨雪,灰尘,阳光都对其没有干扰;多普勒频移大,测量相对速度的精度提高。

雷达为利用无线电回波以探测目标方向和距离的一种装置,利用无线电探向与测距。毫米波,是工作在毫米波波段,波长在1 10mm之间的电磁波。毫米波的波长介于微波和厘米波之间,因此毫米波雷达兼有微波雷达和光电雷达的优点。

毫米波雷达具有体积小、质量轻和空间分辨率高的特点。与红外、激光、电视等光学雷达相比,飞睿 科技 毫米波雷达穿透雾、烟、灰尘的能力强,具有全天候全天时的特点。

毫米波和大多数微波雷达一激旦样,有波束的概念,也就是发射出去的电磁波是一个锥状的波束,而不像激光是一条线。这是因为这个波段的天线,主要以电磁辐射,而不是光粒子发射为主要方法。毫米波雷达可以对目标进行有无检测、测距、测速以及方位测量。

毫米波雷达基于多普勒效应原理。当发射的电磁波和被探测目标有相对移动、回波的频率会和发射波的频率不同。当目标向雷达天线靠近时,反射信号频率将高于发射机频率;反之,当目标远离天线而去时,反射信号频率将低于发射几率。

多普勒效应所形成的频率变化就被称作多普勒频移,它与相对速度V成正比,与振动的频率成反比。如此,通过检测这个频率差,可以测得目标相对于雷达的移动速度,也就是目标与雷达的相对速度。

根据发射脉冲和接收的时间差,可以测出目标的距离。同时用频率过滤方法检测目标的多普勒频率谱线,滤雀吵除干扰杂波的谱线,可使雷达从强杂波中分辨出目标信号。所以脉冲多普勒雷达比普通雷达的抗杂波干扰能力强,能探测出隐蔽在背景中的活动目标。

毫米波雷达有24GHz,77GHz等不同频率,其中24GHz毫米波雷达一般被安装在车侧方和后方,用于盲点检测,辅助停车系统等。

雷达的工作体制主要分为脉冲方式和连续波方式。连续波(CW)雷达是指发射连续波信号,主要用来测量目标的速度。

同时测量目标的距离,则需要对发射信号进行调制,例如对连续波的正弦波信号进行周期性的频率调制。而脉冲雷达发射的波形是矩形脉冲,按一定的或者交错的重复周期工作。

CW雷达传感器,应用多普勒效应原理,测量得出不同距离目标的的速度。它向给定的目标发射微波信号,然后分析反射回来的信号的频率变化,发射频率和反射回来的频率的差异,可以精确测量出目标相对于雷达的运动速度等信息。

FMCW雷达传感器,发射波为调频连续波,其频率随时间按照三角波规律变化。雷达接收的回波的频率与发射的频率变化规律相同,都是三角波规律,只是有一个时间差,利用这个微小的时间差可计算出目标距离。

随着当今世界微波固态器件的发展,利用连续波雷达能使雷达更为简单,其原因在于连续波雷达的发射机无需高压,并且调制信号可以多样化,这在相同体积和重量下有利于发射机的提高。

连续波雷达可以做到体积小、重量轻、发射机容易实现而且馈线损耗也较低。市场需求能够促进技术发展,飞睿 科技 毫米波雷达逐渐走进安防领域。随着技术的进步,器件成本的下降,毫米波雷达用于安防已不是问题。

利用窄脉冲或宽带调频信号获取目标的详细结构特征;毫米波雷达工作,容易克服相互干扰;距离分辨率高,易于获得准确的目标跟踪和识别能力。

多普勒频率高,对慢速目标和振动目标具有良好的明岁扰检测识别能力;易于使用目标多普勒频率特性进行目标特征识别。

新型毫米波安防雷达采FMCW技术,实现了对监测区内空间无任何间断全程覆盖,具有体积小、重量轻、可靠性高以及距离盲区小、无速度盲点、高距离分辨力、良好的抗干扰性能等优点。

与红外对射系统相比,安防雷达提供的是一个具有一定高度和厚度的连续的毫米波雷达墙,没有钻越和跳越的可能。安防雷达不仅能对侵入目标进行定位,而且可以获取监控场景内移动物体的速度、方向、距离、角度信息, 24小时无间隙监测。

同时可与具有同步变焦激光补光灯的高速球型摄像机配合,可以实现目标跟踪,不仅可定位入侵点位,且能够获得很好的图像信息,便于安保人员做出快速响应,从而避免事故发生。

毫米

毫米波雷达在金属液位监测中的优点是可以实现非接触式测量,不受液体表面波动影响,适用于高温、高压、腐蚀等恶劣环境;360问答缺点是精度相对较低,需要进行复杂的信号处理和校准。除了毫米波雷达外,激光测距传座它解色啊技探思充属游感器也很适合于进行高温液位今快检测,它不单具有非接触检测情友型续、适用于高温、高压、腐吸什带移活务另女液步蚀等恶劣环境等特点,测量精度还高。像英国真尚有的LCJ系列激光相位测距传感器族念土就可以在500米的测量范围内达克岩到±1mm的精度和0.3mm的重复精度。

如何实现理想室内环境下高精度定位

在室内环境无法使用卫星定位时,使用室内定位技术作为卫星定位的辅助定位,解决卫星信号到达地面时较弱、不能穿透建筑物的问题。最终定位物体当前所处的位置。
除通讯网络的蜂窝定位技术外,常见的室内无线定位技术还有:Wi-Fi、蓝牙、红外线、超宽带、RFID、ZigBee和超声波。
l Wi-Fi技术
通过无线接入点(包括无线路由器)组成的无线局域网络(WLAN),可以实现复杂环境中的定位、监测和追踪任务。它以网络节点(无线接入点)的位置信息为基础和前提,采用经验测试和信号传播模型相结合的方式,对已接入的移动设备进行位置定位,最高精确度大约在1米至20米之间。如果定位测算仅基于当前连接的Wi-Fi接入点,而不是参照周边Wi-Fi的信号强度合成图,则Wi-Fi定位就很容易存在误差(例如:定位楼层错误)。
另外,Wi-Fi接入点通常都只能覆盖半径90米左右的区域,而且很容易受到其他信号的干扰,从而影响其精度,定位器的能耗也较高。
l 蓝牙技术
蓝牙通讯是一种短距离低功耗的无线传输技术,在室内安装适当的蓝牙局域网接入点后,将网络配置成基于多用户的基础网络连接模式,并保证蓝牙局域网接入点始终是这个微网络的主设备。这样通过检测信号强度就可以获得用户的位置信息。
蓝牙定位主要应用于小范围定位,例如:单层大厅或仓库。对于持有集成了蓝牙功能移动终端设备,只要设备的蓝牙功能开启,蓝牙室内定位系统就能够对其进行位置判断。
不过,对于复杂的空间环境,蓝牙定位系统的稳定性稍差,受噪声信号干扰大。
l 红外线技术
红外线技术室内定位是通过安装在室内的光学传感器,接收各移动设备(红外线IR标识)发射调制的红外射线进行定位,具有相对较高的室内定位精度。
但是,由于光线不能穿过障碍物,使得红外射线仅能视距传播,容易受其他灯光干扰,并且红外线的传输距离较短,使其室内定位的效果很差。当移动设备放置在口袋里或者被墙壁遮挡时,就不能正常工作,需要在每个房间、走廊安装接收天线,导致总体造价较高。
l 超宽带技术
超宽带技术与传统通信技术的定位方法有较大差异,它不需要使用传统通信体制中的载波,而是通过发送和接收具有纳秒或纳秒级以下的极窄脉冲来传输数据,可用于室内精确定位,例如:战场士兵的位置发现、机器人运动跟踪等。
超宽带系统与传统的窄带系统相比,具有穿透力强、功耗低、抗多径效果好、安全性高、系统复杂度低、能够提高精确定位精度等优点,通常用于室内移动物体的定位跟踪或导航。
l RFID技术
RFID定位技术利用射频方式进行非接触式双向通信交换数据,实现移动设备识别和定位的目的。它可以在几毫秒内得到厘米级定位精度的信息,且传输范围大、成本较低;不过,由于以下问题未能解决,以RFID定位技术的适用范围受到局限。
1. RFID不便于整合到移动设备之中
2. 作用距离短(一般最长为几十米)
3. 用户的安全隐私保护
4. 国际标准化
l ZigBee技术
ZigBee是一种短距离、低速率的无线网络技术。它介于RFID和蓝牙之间,可以通过传感器之间的相互协调通信进行设备的位置定位。这些传感器只需要很少的能量,以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器,所以ZigBee最显著的技术特点是它的低功耗和低成本。
l 超声波技术
超声波定位主要采用反射式测距(发射超声波并接收由被测物产生的回波后,根据回波与发射波的时间差计算出两者之间的距离),并通过三角定位等算法确定物体的位置。
超声波定位整体定位精度较高、系统结构简单,但容易受多径效应和非视距传播的影响,降低定位精度;同时,它还需要大量的底层硬件设施投资,总体成本较高。

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