不管是生活場(chǎng)景還是工業(yè)場(chǎng)景，對(duì)更強(qiáng)大更全面傳感技術(shù)的需求是一直存在的。近年來(lái)，毫米波（mmWave）傳感器由于能夠感知場(chǎng)景中物體的范圍、速度和角度而獲得了很多關(guān)注。正如在機(jī)器人移動(dòng)應(yīng)用中開(kāi)始應(yīng)用毫米波雷達(dá)，其優(yōu)秀的感知能力與魯棒性注定了它會(huì)在智能感知上大展身手，這種魯棒性使其在室內(nèi)和室外的應(yīng)用中都具有強(qiáng)大的性能。室外，這是很重要的一點(diǎn)，尤其是在機(jī)器人移動(dòng)應(yīng)用。

完整的毫米波雷達(dá)系統(tǒng)包括發(fā)送（TX）和接收（RX）射頻（RF）組件，以及時(shí)鐘等模擬組件，還有模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）、微控制器（MCU）和數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）等數(shù)字組件。

60GHz頻段，大勢(shì)所趨

24GHz、60GHz和77GHz是大多數(shù)毫米波傳感使用的頻段，車(chē)規(guī)級(jí)應(yīng)用基本都在77GHz上。而且這個(gè)頻段在大多數(shù)地區(qū)都是有限制的，即便是工業(yè)場(chǎng)景中需要精準(zhǔn)人機(jī)交互的應(yīng)用，能被允許使用77GHz的地方也不多。工信部發(fā)布的《汽車(chē)?yán)走_(dá)無(wú)線電管理暫行規(guī)定（征求意見(jiàn)稿）》將76-79GHz頻段規(guī)劃用于汽車(chē)?yán)走_(dá)，并限制了其他地面雷達(dá)對(duì)該頻段的使用。

（60GH毫米波雷達(dá)傳感，英飛凌）

不只是77GHz受限，24GHz頻段的可用帶寬也開(kāi)始減少，這些變化會(huì)直接影響到傳感的范圍分辨率、準(zhǔn)確性和魯棒性。雷達(dá)本來(lái)就依賴于密集的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，可用帶寬的減少肯定會(huì)影響整個(gè)傳感的性能。在兩個(gè)頻段雙雙受限的情況下，60GHz以高精度、豐富的點(diǎn)云數(shù)據(jù)成為全球工業(yè)場(chǎng)景中雷達(dá)傳感應(yīng)用的最合適的選擇。由于距離分辨率在很大程度上依賴于可用帶寬，60GHz的毫米波傳感器將提供比24GHz毫米波傳感器更好的性能。半導(dǎo)體廠商在車(chē)規(guī)級(jí)頻段之外，在60GHz頻段的也加大了開(kāi)發(fā)力度，不少知名廠商都在該頻段布局已久。

英飛凌完全自主研發(fā)的60GHz雷達(dá)傳感，能以低于5 mW的低功耗檢測(cè)最遠(yuǎn)5 m的人體目標(biāo)，最低功耗能降低至2mW以下，在消費(fèi)級(jí)短距離定位上這種低功耗的小巧IC是最受歡迎的。

TI基于互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）的毫米波雷達(dá)也不必多說(shuō)，一改傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)系統(tǒng)分立式的組件讓人難以接受的成本和尺寸問(wèn)題，集成TX-RF、RX-RF組件，集成ADC、MCU等數(shù)字組件，甚至集成DSP，將射頻、處理和內(nèi)存資源集成到一個(gè)單片CMOS芯片上。

60GHz毫米波傳感密集點(diǎn)云的優(yōu)勢(shì)

上面說(shuō)到了毫米波雷達(dá)依賴于密集的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，運(yùn)動(dòng)檢測(cè)是毫米波傳感一個(gè)很標(biāo)準(zhǔn)的用例，雖然其他技術(shù)可能夠完成運(yùn)動(dòng)檢測(cè)，但對(duì)運(yùn)動(dòng)物體的計(jì)數(shù)和跟蹤需要大量的點(diǎn)云數(shù)據(jù)來(lái)準(zhǔn)確識(shí)并避免錯(cuò)誤觸發(fā)。我們可以先從點(diǎn)云數(shù)據(jù)中窺見(jiàn)60GHz能力的一二。

密集的點(diǎn)云數(shù)據(jù)可以識(shí)別毫米波傳感器視場(chǎng)（FoV）中物體的數(shù)量，指示它們的位置并對(duì)它們進(jìn)行分類(lèi)，使用毫米波傳感甚至可以識(shí)別特定的對(duì)象是什么，至于如何分類(lèi)識(shí)別這里不做詳細(xì)介紹，我們重點(diǎn)關(guān)注其點(diǎn)云密集度。

（點(diǎn)云比較，TI）

點(diǎn)云數(shù)據(jù)來(lái)自于毫米波傳感器中的四個(gè)參數(shù)，在x、y和z軸上檢測(cè)數(shù)據(jù)和徑向的速度數(shù)據(jù)。收集對(duì)檢測(cè)有意義的數(shù)據(jù)需要毫米波傳感器有精細(xì)范圍分辨率和速度分辨率。上圖很明顯能看出范圍分辨率對(duì)收集豐富的點(diǎn)云數(shù)據(jù)的影響，24GHz的毫米波被限制在250MHz帶寬時(shí)，點(diǎn)云密度急劇下降，其實(shí)不止點(diǎn)云，距離分辨率的大幅下降將影響所有的毫米波雷達(dá)傳感方面的應(yīng)用。

速度分辨率也是一個(gè)取決于各種參數(shù)的精細(xì)數(shù)據(jù)，它與中心頻帶更相關(guān)，與帶寬倒沒(méi)有太多聯(lián)系。60GHz的中心頻帶更高，提供的速度分辨率大概是24GHz的2.5倍。精細(xì)的速度分辨率能夠讓傳感器更好地跟蹤橫向運(yùn)動(dòng)，更穩(wěn)定地檢測(cè)移動(dòng)物體。

目前60GHz和77GHz的毫米波雷達(dá)的范圍分辨率都在3.75cm左右，使用250MHz帶寬的24GHz傳感器的最佳范圍分辨率是60cm，由此得來(lái)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)的密集程度精細(xì)程度顯然是無(wú)法處在一個(gè)量級(jí)的。隨著24GHz可用帶寬的減少，用60GHz來(lái)彌補(bǔ)這個(gè)缺失是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。

一般來(lái)說(shuō)，需要一個(gè)專用的數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）來(lái)處理從傳感器獲取的原始數(shù)據(jù)，較弱的點(diǎn)云數(shù)據(jù)集雖然可以通過(guò)修改算法來(lái)進(jìn)行優(yōu)化獲得感知所需要的數(shù)據(jù)。但問(wèn)題在于，即使算法優(yōu)化到能夠使用更少的點(diǎn)云數(shù)據(jù)來(lái)提供類(lèi)似高點(diǎn)云密度的性能，它也會(huì)需要額外的處理時(shí)間甚至更多的硬件資源，這種處理成本應(yīng)該沒(méi)有半導(dǎo)體廠商會(huì)考慮。

寫(xiě)在最后

用在毫米波雷達(dá)傳感設(shè)計(jì)的PCB最占空間的是天線陣列，該設(shè)計(jì)需要滿足FoV和增益等規(guī)格，部分設(shè)計(jì)還需要考慮雷達(dá)信號(hào)的波長(zhǎng)。與24-GHz相比，60GHz的PCB天線部分可以減少大概6倍，對(duì)減小傳感器的尺寸還是很有幫助的。