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毫米波雷达在安全防护装置中的应用

2019-06-25来源: EEWORLD关键字:毫米波雷达  德州仪器

毫米波雷达,是工作在毫米波波段(millimeter wave )探测的雷达。通常毫米波是指30~300GHz频域(波长为1~10mm)的。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一些优点。


最初,毫米波主要应用在军事、国防及航空航天等领域。同厘米波导引头相比,毫米波导引头具有体积小、质量轻和空间分辨率高的特点。与红外、激光、电视等光学导引头相比,毫米波导引头穿透雾、烟、灰尘的能力强,具有全天候(大雨天除外)全天时的特点。另外,毫米波导引头的抗干扰、反隐身能力也优于其他微波导引头 。毫米波雷达能分辨识别很小的目标,而且能同时识别多个目标;具有成像能力,体积小、机动性和隐蔽性好,在战场上生存能力强??。


随着技术的发展,毫米波技术开始朝向大众市场进军,各大芯片厂商都陆续推出CMOS单芯片毫米波雷达,集成收发器与数字电路,相比较此前的GaAs或者硅锗工艺来说,集成度更高,价格更便宜,品质一致性也更好。


早在2010年,毫米波雷达项目就开始立项。2011年,在TI久负盛名的Kilby实验室中,诞生了首款太赫兹(160GHz)集成天线的单芯片雷达方案。之后的几年时间中,经历了三次测试芯片的迭代以及微调、优化及最终的产品化,最终于2015年开始发布首款车规级毫米波雷达样片,并于2018年正式量产。


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德州仪器毫米波开发历程


但是,仅仅在车上应用并不是TI毫米波雷达传感器的最终目标,面对着广泛的工业及家庭、安防等应用,TI又推出了工业级60GHz毫米波雷达传感器。 


为何要选择60GHz毫米波雷达?


可用的毫米波频段包括24GHz、60GHz、77GHz和120GHz,其中应用最为广泛的是24GHz,该频段包括窄带ISM NB(250MHz带宽)和超宽带ISM UBW(5GHz带宽)两种。从2018年9月开始,欧洲电信标准化协会(ETSI)和美国联邦通信委员会(FCC)开始禁止新的产品使用24GHz UBW频段,所有使用这一频段的现有产品也必须于2022年终止。


77GHz频段现已广泛应用于汽车ADAS和自动驾驶,但在非汽车应用领域受到严格限制。因此,在工厂自动化、楼宇自动化、城市交通管理,以及需要人机交互的场合,60GHz成为最佳选择。


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24GHz频段与60GHz频段带宽相比


除了法规因素外,60GHz相对于24GHz ISM NB频带还有很多优越的属性。首先是测距精度,因为测量距离的精确程度取决于频段的带宽,24GHz ISM NB频带只有250MHz的带宽,而60GHz频段具有从60到64GHz的4GHz带宽,精度是24GHz的16倍。60GHz的测距精度可以小至3.75cm,而24GHz ISM NB的精度是60cm。


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不同带宽下的精度区别


其次是测速,速度的分辨率取决于中心频率,而非带宽,60GHz雷达的速度分辨率大约是24GHz的2.5倍。更高的分辨率可以更好地跟踪水平移动的物体,这对人数统计、物体分离和水平移动跟踪等应用的准确判断至关重要。


第三是天线阵列,它在雷达感应设计的PCB中会占据很大一部分空间。天线阵列必须满足覆盖范围(FoV)和增益要求,其尺寸要求跟雷达信号的波长有关。波长越长就需要更大的天线,而波长越短,获得同样的性能所需天线尺寸就越小。与现有的24GHz雷达传感器相比,60GHz传感器设计的PCB部分可以缩小6倍之多。


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波长与天线阵列


第四,则是集成度方面,24GHz产品大多数采用分立方案,而60GHz毫米波技术都采用了集成方案,甚至将天线也集成到芯片上。


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集成度的差别


毫米波在安全防护上的应用


随着工厂智能程度的提高,人类与机器“携手并进”。?在这种情况下,为了减少在自动化中有缺陷时出现潜在危险的可能性,通过安全防护装置进行事件管理变得越来越重要。?TI 的工业毫米波传感器可用于高精度占位检测和防撞,其中人员的位置和速度可用于在人或物体靠近机器时触发系统。


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工业现场装备旁警示应用


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机器臂安全应用


通过安装在机械臂旁边的毫米波雷达,实现对周围环境感知,以便在人员接近时关闭系统,同时对于AGV(仓储机械人)应用来说,也可以借助毫米波雷达实现避障功能。蒋宏举例道,在诸如焊接应用中,电火花会影响摄像头的判断,而毫米波则不会受到影响。同时,对于处理器资源来说,使用毫米波更加简单直观并节省计算资源。


毫米波在安全防护应用中的优势总结


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关键字:毫米波雷达  德州仪器

编辑:冀凯 引用地址:http://news.eeworld.com.cn/gykz/ic465662.html
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