UWB雷達(dá)及其汽車(chē)應(yīng)用

您很可能聽(tīng)說(shuō)過(guò)UWB（超寬帶）高精度定位，但對(duì)UWB雷達(dá)可能還不太熟悉。本文簡(jiǎn)單介紹UWB雷達(dá)的工作原理及其在汽車(chē)行業(yè)的主要應(yīng)用。

一、UWB雷達(dá)基本原理

UWB雷達(dá)的工作原理與UWB定位完全不同。UWB雷達(dá)系統(tǒng)不需要UWB標(biāo)簽的存在，其工作原理與飛機(jī)和汽車(chē)上用的各類(lèi)雷達(dá)類(lèi)似。UWB雷達(dá)發(fā)射UWB脈沖信號(hào)，并接收該脈沖信號(hào)經(jīng)障礙物反射后的回波，通過(guò)對(duì)回波擾動(dòng)的分析來(lái)判斷UWB雷達(dá)附近是否存在物體（或人）。具體來(lái)講，UWB雷達(dá)通過(guò)接收到的CIR（Channel Impulse Response信道脈沖響應(yīng)）來(lái)探測(cè)周?chē)矬w及其運(yùn)動(dòng)。

1.當(dāng)UWB雷達(dá)周?chē)形矬w時(shí)，CIR對(duì)應(yīng)位置就會(huì)有脈沖峰。

2.當(dāng)周?chē)矬w運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于多普勒效應(yīng)，對(duì)應(yīng)的CIR值就會(huì)變化。通過(guò)分析CIR頻譜來(lái)估計(jì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。目前常見(jiàn)500M帶寬的UWB芯片，靜態(tài)位置分辨率較低，但可以用作動(dòng)態(tài)雷達(dá)，來(lái)檢測(cè)物體的運(yùn)動(dòng)。

二、UWB雷達(dá)性能特點(diǎn)

以全跡科技UWB雷達(dá)V1.0算法為例，具有以下性能特點(diǎn)：

1.靈敏度和檢測(cè)范圍靈敏度和檢測(cè)范圍跟算法、天線設(shè)計(jì)、物體反射面積、物體運(yùn)動(dòng)幅度有關(guān)，UWB雷達(dá)算法能夠完成以下檢測(cè)：

1）檢測(cè)微小的呼吸運(yùn)動(dòng)，已實(shí)現(xiàn)天線正面，距離不小于0.8米，視場(chǎng)角±60°范圍內(nèi)的呼吸運(yùn)動(dòng)的檢測(cè)。

2）檢測(cè)環(huán)境內(nèi)的人體活動(dòng)（包括行走，上身、胳膊、頭部等的微小擺動(dòng)等），可實(shí)現(xiàn)天線正面，距離不小于1.6米，視場(chǎng)角±60°范圍內(nèi)的人體活動(dòng)的檢測(cè)。

2.響應(yīng)速度波形實(shí)時(shí)變化，可以跟蹤頻帶15Hz內(nèi)的快速運(yùn)動(dòng)，比如快速的踢腳運(yùn)動(dòng)。

3.計(jì)算量算法經(jīng)過(guò)深度優(yōu)化和精簡(jiǎn)，計(jì)算量大為減少，無(wú)需獨(dú)立MCU，可以在UWB SOC上直接實(shí)現(xiàn)，以最大程度降低成本。

三、UWB雷達(dá)的汽車(chē)應(yīng)用

1.活體檢測(cè)“將兒童單獨(dú)留在停放的車(chē)內(nèi)，即使只有幾分鐘，也可能導(dǎo)致中暑和死亡，尤其是當(dāng)汽車(chē)暴露在陽(yáng)光下時(shí)。兒童無(wú)法自行下車(chē)，再加上對(duì)高溫的耐受性較低，因此要求兒童不得留在車(chē)內(nèi)無(wú)人看管。溫度可以在短短15分鐘內(nèi)達(dá)到臨界水平，讓窗戶(hù)半開(kāi)著幾乎不能減少威脅。與車(chē)禍相比，兒童死于車(chē)輛相關(guān)中暑的情況較少發(fā)生，但這些完全可以避免的死亡的性質(zhì)值得特別關(guān)注，因?yàn)榻鉀Q車(chē)內(nèi)兒童體溫過(guò)高問(wèn)題的技術(shù)已經(jīng)存在?！币陨衔淖謥?lái)自歐洲NCAP關(guān)于兒童存在檢測(cè)的測(cè)試與評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)的直接翻譯?；铙w檢測(cè)在汽車(chē)上主要用于兒童存在檢測(cè)（CPD – Child Presence Detection），國(guó)外也有叫后排占用告警（ROA - Rear Occupant Alert）或Hot Car。歐洲NCAP計(jì)劃從2023年1月起增加對(duì)車(chē)內(nèi)兒童存在檢測(cè)的評(píng)分，各項(xiàng)規(guī)定非常細(xì)致。美國(guó)正在立法要求所有新車(chē)預(yù)裝兒童存在檢測(cè)功能，預(yù)計(jì)在2025年全面實(shí)施。據(jù)說(shuō)國(guó)內(nèi)相關(guān)規(guī)范也在評(píng)估制訂中。目前車(chē)內(nèi)兒童存在檢測(cè)的識(shí)別方式有直接與間接兩大類(lèi)。直接方式指的是通過(guò)嘗試檢測(cè)心跳、呼吸、運(yùn)動(dòng)、或其它生命指征來(lái)判定兒童是否存在；間接方式指的是通過(guò)一些邏輯信息來(lái)推斷車(chē)內(nèi)人員存在的可能性，信息可能包括：車(chē)門(mén)打開(kāi)、壓力感應(yīng)、電容感應(yīng)等。直接方式最準(zhǔn)確，目前較有效的直接方式傳感器主要是：攝像頭、毫米波雷達(dá)、UWB雷達(dá)，下面做簡(jiǎn)要比較。

攝像頭是常見(jiàn)的傳感器，甚至可以與車(chē)內(nèi)DMS/OMS（駕駛員/乘客監(jiān)測(cè)系統(tǒng)）共用。攝像頭方案的主要問(wèn)題一是有隱私泄露風(fēng)險(xiǎn)，二是缺少穿透力，例如很難透過(guò)毛毯和遮陽(yáng)傘等障礙物。歐洲NCAP要求兒童存在檢測(cè)可以覆蓋安全座椅向后安裝、蓋著毯子/遮陽(yáng)傘、四肢不動(dòng)、熟睡的嬰兒，攝像頭檢測(cè)方案很可能會(huì)丟分。毫米波雷達(dá)是另一種方案，相比攝像頭方案優(yōu)勢(shì)是沒(méi)有隱私擔(dān)心，且有一定的穿透力（可以透過(guò)毯子）。毫米波雷達(dá)的問(wèn)題一是成本較高（相比UWB雷達(dá)），二是有無(wú)線電合規(guī)隱患。根據(jù)2021年11月我國(guó)工信部頒布的《汽車(chē)?yán)走_(dá)無(wú)線電管理暫行規(guī)定》：24G毫米波雷達(dá)已經(jīng)禁止在新車(chē)上使用；77G毫米波雷達(dá)主要用于自適應(yīng)巡航、防撞、盲點(diǎn)探測(cè)等應(yīng)用；60G毫米波雖是目前艙內(nèi)雷達(dá)使用的主要頻段，但工信部本次規(guī)定尚未包含對(duì)60GHz頻段的說(shuō)明。UWB雷達(dá)提供了一種新方案。沒(méi)有隱私擔(dān)心（相比攝像頭），有穿透力（相比攝像頭），成本適中（低于毫米波雷達(dá)），低功耗（低于毫米波雷達(dá)），目前看來(lái)是較好的車(chē)內(nèi)兒童存在檢測(cè)方案，能滿(mǎn)足各項(xiàng)法規(guī)要求。，時(shí)長(zhǎng)00:472.腳踢尾箱在人雙手拿著東西時(shí)，用腳在后保險(xiǎn)杠下踢一下或來(lái)個(gè)掃堂腿，可以方便的開(kāi)關(guān)尾箱門(mén)，這已經(jīng)成為很多車(chē)型的舒適性配置。腳踢尾箱技術(shù)也有不同的實(shí)現(xiàn)方案，下面做簡(jiǎn)單比較。

現(xiàn)在大部分腳踢尾箱技術(shù)采用電容傳感器方案。通過(guò)在車(chē)尾保險(xiǎn)杠內(nèi)放兩條電容天線，通過(guò)電容變化可識(shí)別人是否有踢腿動(dòng)作，同時(shí)結(jié)合車(chē)鑰匙是否在車(chē)尾區(qū)域的定位，判斷是否要執(zhí)行開(kāi)閉尾箱門(mén)的動(dòng)作。電容腳踢尾箱方案價(jià)格較便宜，但一般認(rèn)為工作不夠穩(wěn)定，容易誤觸發(fā)或失靈。從網(wǎng)上能查到較多車(chē)主的反饋，例如：腳踢不夠靈敏經(jīng)常踢不開(kāi)，下雨時(shí)尤其嚴(yán)重；或者在洗車(chē)的時(shí)候人從尾門(mén)走過(guò)時(shí)，會(huì)誤觸發(fā)電動(dòng)尾門(mén)開(kāi)關(guān)自動(dòng)打開(kāi)后備箱。理論上電容方案對(duì)電磁干擾也較為敏感，當(dāng)周邊電磁環(huán)境復(fù)雜時(shí)容易失靈。

毫米波雷達(dá)是一種備選替代方案，通過(guò)對(duì)毫米波雷達(dá)回波的分析，可以有效檢測(cè)踢腿的動(dòng)作。并且毫米波不受周邊電磁環(huán)境的干擾，雨水的影響也不大。目前車(chē)載毫米波腳踢尾箱雷達(dá)最大的問(wèn)題是價(jià)格較昂貴（相比電容方案和UWB雷達(dá)方案）。UWB雷達(dá)提供了另一種選項(xiàng)。穩(wěn)定性足夠高（相比電容方案），成本適中（比電容方案貴，比毫米波方案便宜），低功耗（低于毫米波雷達(dá)）。