毫米波作為一種非接觸式傳感技術(shù)，可用于檢測(cè)物體，并提供物體的距離、速度和角度信息。其工作頻譜范圍為 30GHz 至 300GHz，具有較小的波長(zhǎng)，因此可以提供亞毫米的測(cè)距精度。

在5G、AR、云計(jì)算等技術(shù)席卷下，全球眾多優(yōu)秀制造企業(yè)都已經(jīng)投身智能制造的火熱浪潮中。當(dāng)前，包括美國(guó)、德國(guó)、日本等國(guó)均從政策支持、經(jīng)費(fèi)資助、企業(yè)實(shí)踐等多維度持續(xù)深化工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，全球工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈。據(jù)麥肯錫預(yù)測(cè)，到2025年以智慧工廠為代表的B2B產(chǎn)業(yè)的價(jià)值將達(dá)到3.9萬億美元。

而超萬億的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，卻是從一個(gè)個(gè)傳感器開始的——從定位和鄰近度測(cè)量，到確定液面位置和光照強(qiáng)度，傳感器解決方案為我們提供了一個(gè)感測(cè)、數(shù)字化表達(dá)和處理周圍世界的途徑。這些種類繁多、遍布各處的傳感器源源不斷生成的數(shù)據(jù)，就構(gòu)成了使整個(gè)智慧工業(yè)高效運(yùn)轉(zhuǎn)的前提，沒有了這些數(shù)據(jù)，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的智能化就成了無源之水、無本之木。因此，面對(duì)全球化的工業(yè)4.0浪潮，提供高品質(zhì)的傳感器產(chǎn)品成為了包括ADI公司在內(nèi)的各大解決方案提供商的重點(diǎn)。

毫米波雷達(dá)技術(shù)為工業(yè)監(jiān)測(cè)不受視角限制的“眼睛”

特定的應(yīng)用問題已經(jīng)催生出大量不同的傳感器技術(shù)，使得系統(tǒng)能夠在各種各樣的條件下，以不同的精度等級(jí)來感測(cè)周圍情況。眾多新型應(yīng)用中無論是智慧工廠、樓宇自動(dòng)化抑或是自動(dòng)駕駛等等，開發(fā)人員都期待傳感器能夠?qū)⑾到y(tǒng)性能和效率提升到全新水平。在這種類繁多的傳感器技術(shù)中，毫米波傳感器（毫米波雷達(dá)）的出現(xiàn)可謂舉足輕重。

毫米波作為一種非接觸式傳感技術(shù)，可用于檢測(cè)物體，并提供物體的距離、速度和角度信息。其工作頻譜范圍為 30GHz 至 300GHz，具有較小的波長(zhǎng)，因此可以提供亞毫米的測(cè)距精度。此外，毫米波能夠穿透塑料、墻板和衣服等特定材料，并且不受雨、霧、灰塵和雪等環(huán)境條件的影響。快速 FMCW（調(diào)頻連續(xù)波）毫米波雷達(dá)還可以在密集場(chǎng)景中實(shí)現(xiàn)可靠運(yùn)行、快速傳感以及更低的模糊性，能夠針對(duì)物體的距離和速度提供精確的測(cè)量，從而使毫米波傳感器能夠提供多維傳感。

以智慧工廠為例，隨著工廠智能程度的提高，人與機(jī)器“攜手并進(jìn)”的情況更為廣泛和頻繁。為了減少在工廠自動(dòng)化流程中有缺陷時(shí)出現(xiàn)潛在危險(xiǎn)的可能性，需要通過安全防護(hù)裝置進(jìn)行事件管理。毫米波雷達(dá)由于其繞射透射能力強(qiáng)，可以“non-line-of-sight”完成感知，從而避免諸多與視角有關(guān)的限制。在工業(yè)應(yīng)用中，毫米波傳感器可用于高精度占位檢測(cè)和防撞，其中人員的位置和速度可用于在人或物體靠近機(jī)器時(shí)觸發(fā)系統(tǒng)報(bào)警。此外，毫米波傳感器通過在單個(gè)芯片上集成精確感應(yīng)與實(shí)時(shí)決策和處理功能，在邊緣實(shí)現(xiàn)智能感應(yīng)，可以進(jìn)一步加速機(jī)器人系統(tǒng)的采用，實(shí)現(xiàn)更智能的機(jī)器人技術(shù)。

毫米波雷達(dá)的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是尺寸。其使用毫米 （mm） 范圍的波長(zhǎng)發(fā)送信號(hào)，這是電磁譜中的短波長(zhǎng)，因此處理毫米波信號(hào)所需的系統(tǒng)組件（比如天線）的尺寸可以做到很小。于此同時(shí)，它還可以提供非常高的分辨率，在 60-64GHz和76-81GHz 的頻率下，將距離解析為波長(zhǎng)的毫米波系統(tǒng)精度可達(dá)到毫米級(jí)。77GHz頻段現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于汽車ADAS和自動(dòng)駕駛，但在非汽車應(yīng)用領(lǐng)域受到嚴(yán)格限制。因此，在工廠自動(dòng)化、樓宇自動(dòng)化、城市交通管理，以及需要人機(jī)交互的場(chǎng)合，60GHz成為最佳選擇。

兩款最新毫米波雷達(dá)升級(jí)工業(yè)條件下的監(jiān)測(cè)

ADI于2018年收購(gòu)的Symeo是一家總部位于德國(guó)慕尼黑的工業(yè)雷達(dá)系統(tǒng)公司，在雷達(dá)硬件和軟件方面擁有超過13年的經(jīng)驗(yàn)，其獨(dú)一無二的RF和傳感器技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)位置探測(cè)和距離測(cè)量，幫助系統(tǒng)集成商和OEM廠商為復(fù)雜、惡劣的工業(yè)應(yīng)用環(huán)境提供高精度雷達(dá)解決方案。

在前段時(shí)間舉辦的一場(chǎng)射頻微波技術(shù)交流會(huì)上，ADI就展示了Symeo團(tuán)隊(duì)開發(fā)的適用于絕對(duì)定位和高分辨率成像應(yīng)用的兩款新一代毫米波工業(yè)雷達(dá)系統(tǒng)。這些傳感器系統(tǒng)充分展示了ADI面向創(chuàng)新型高性能雷達(dá)應(yīng)用的廣泛系統(tǒng)、設(shè)計(jì)和算法的專業(yè)知識(shí)。

ADI在展出的LPR-1DHP-200雷達(dá)測(cè)距系統(tǒng)

其中最新產(chǎn)品為L(zhǎng)PR-1DHP-200雷達(dá)測(cè)距系統(tǒng)。它在60GHz頻段內(nèi)具有7GHz帶寬，支持從57到64GHz（包括ISM頻段），同時(shí)支持初級(jí)雷達(dá)設(shè)備和次級(jí)雷達(dá)功能。該系統(tǒng)的精度小于5毫米，甚至更低。利用初級(jí)雷達(dá)系統(tǒng)，可測(cè)量距離達(dá)50m，而利用次級(jí)雷達(dá)設(shè)備則高達(dá)500m。該雷達(dá)的測(cè)量速度高達(dá)400Hz/s，且這項(xiàng)工業(yè)技術(shù)甚至可以在最惡劣的條件下工作，如下雨、起霧、下雪，而在這些條件下激光無法工作。

LPR-1DHP-200的三種工作模式

在系統(tǒng)上，LPR-1DHP-200采用了SHARC DSP以及ADI公司的完整信號(hào)鏈。ADI利用SHARC DSP處理距離以及ARM內(nèi)核，Linux和導(dǎo)管構(gòu)建web界面，使用者可以通過該web界面配置完整設(shè)備并查看該設(shè)備是否正常工作。利用FFT加速器和SHARC DSP，該系統(tǒng)可以在幾百毫秒內(nèi)計(jì)算16K FFT，這款雷達(dá)可用于工業(yè)測(cè)距、吊車測(cè)距、無人駕駛防撞、散裝物料處理等。

第二款雷達(dá)是MIMO發(fā)射雷達(dá)，它具有很高的距離和角度分辨率以及很好的速度估算功能，此雷達(dá)使用多根發(fā)射和接收天線來創(chuàng)建虛擬天線陣列，提供1.5厘米波束寬度和數(shù)GHz的掃頻帶寬，可以實(shí)現(xiàn)幾厘米的距離分辨率，該系統(tǒng)支持高性能工業(yè)雷達(dá)應(yīng)用，例如環(huán)境感知、障礙物探測(cè)和目標(biāo)跟蹤，可以為客戶提供構(gòu)建模式解決方案需要的完整可能性鏈。

ADI展出的MIMO發(fā)射雷達(dá)

總結(jié)

近年來，ADI在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)傳感器領(lǐng)域進(jìn)行了快速積極的布局，包括毫米波雷達(dá)，以及在測(cè)距能力更強(qiáng)、分辨率更高的激光雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域。除了上面提及的Symo收購(gòu)，ADI也曾于2016年收購(gòu)Vescent以加大純固態(tài)激光雷達(dá)技術(shù)投入，進(jìn)一步增強(qiáng)集成激光雷達(dá)系統(tǒng)的性能。這些收購(gòu)案例都是ADI加速完整工業(yè)解決方案的縮影。