超寬帶（UWB）雷達(dá)利用單個設(shè)備的信號反射，實(shí)現(xiàn)精確測距與環(huán)境感知。其成本效益高且節(jié)能，能在多種環(huán)境中工作，提升了安全、醫(yī)療、智能家居及車輛安全等領(lǐng)域的應(yīng)用，為用戶帶來更加便捷與可靠的體驗(yàn)。請閱讀本文，了解更多信息。

1   什么是超寬帶（UWB）雷達(dá)？

超寬帶（UWB）技術(shù)被廣泛認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)位置、距離和方向精確、安全、實(shí)時測量的最佳測距技術(shù)。除此之外，UWB還能作為雷達(dá)技術(shù)實(shí)現(xiàn)環(huán)境感知。與測距功能相似，UWB雷達(dá)利用UWB極寬的500MHz帶寬和極短的2納秒脈沖，對物體和人員實(shí)現(xiàn)高精度探測。但與測距不同的是，UWB雷達(dá)無需兩臺設(shè)備通信，僅需單個設(shè)備即可捕獲信號反射（見圖1）。因此，它作為一種低成本、低功耗的解決方案，結(jié)合全向天線，可以達(dá)成360°視場內(nèi)的運(yùn)動檢測，實(shí)現(xiàn)全面區(qū)域監(jiān)控，且覆蓋盲區(qū)極小。此外，UWB測距和雷達(dá)功能可以結(jié)合使用，以實(shí)現(xiàn)多種功能，例如存在感測并隨后進(jìn)行安全認(rèn)證。

圖1 超寬帶測距與感測對比

2   UWB雷達(dá)如何精確感測

UWB感測的“魔法”在于雷達(dá)在傳輸脈沖的同時接收來自物體和人員的多徑信號反射。這些估算的信道脈沖響應(yīng)（CIR）隨后由先進(jìn)的雷達(dá)算法處理；不僅能檢測運(yùn)動，還可以估算距離和位置（見圖2）。UWB雷達(dá)具有很高的抗干擾性，即使在密集多徑和多無線電環(huán)境中也能提供可靠性能，而其它感測技術(shù)在此類環(huán)境下可能會遇到困難。

圖2 UWB雷達(dá)發(fā)射并同時接收多徑信號反射

UWB雷達(dá)的新穎之處在于，可以配置關(guān)鍵的雷達(dá)參數(shù)以權(quán)衡范圍、功耗和覆蓋范圍。每次雷達(dá)掃描收集的樣本越多，檢測范圍就越遠(yuǎn)——從幾厘米到幾米不等。此外，如果以更高的速率重復(fù)發(fā)射雷達(dá)幀，雖然會以更高的功耗為代價，但能獲得更準(zhǔn)確的位置估算。

即便是范圍為幾米以內(nèi)的存在檢測使用案例中，UWB雷達(dá)的功耗也不超過10mW，這使其成為用于便攜式設(shè)備的理想低功耗技術(shù)，延長了電池壽命并減少了頻繁充電的需求。此外，UWB雷達(dá)監(jiān)測生命體征或識別手勢的能力，為用戶與智能設(shè)備的交互開辟了新途徑。通過檢測微小動作和特定手勢，它促進(jìn)了直觀且免觸摸的控制界面。這在醫(yī)療和汽車應(yīng)用中尤為實(shí)用，因?yàn)榉墙佑|式交互提高了安全性、保密性和便利性?？偟膩碚f，UWB雷達(dá)的多功能性加上小于10厘米的精細(xì)測距精度，使其成為一種引人注目的強(qiáng)大解決方案，能夠在廣泛的應(yīng)用中提供精確、可靠和節(jié)能的性能。

3   與其它傳感技術(shù)的對比

如將UWB 雷達(dá)與被動紅外（PIR）傳感器等其他技術(shù)進(jìn)行評估時，幾個關(guān)鍵差異凸顯了UWB的優(yōu)勢。PIR傳感器常用于運(yùn)動檢測，但僅當(dāng)傳感器具有清晰的視線（LOS）時才有效。它們的視野有限，且對溫度變化、灰塵和強(qiáng)光等環(huán)境因素敏感。相比之下，UWB雷達(dá)在視線和非視線（NLOS）條件下都能有效工作，能夠穿透墻壁，并在具有挑戰(zhàn)性的環(huán)境條件下保持準(zhǔn)確性和分辨率。這些特性使UWB 成為眾多應(yīng)用場景中極具靈活性和多功能性的解決方案。

與60GHz毫米波（mmWave）雷達(dá)相比，UWB雷達(dá)提供了一系列不同的優(yōu)勢。雖然毫米波雷達(dá)在特定用例中（如基于安全攝像頭的存在檢測或智能恒溫器）很有效，但它通常功耗更大，實(shí)施更復(fù)雜，且解決方案成本更高。與之相反，UWB雷達(dá)功耗更低，實(shí)施更簡單且成本效益高，因而成為60GHz毫米波雷達(dá)的可行替代方案；尤其適用于短距離雷達(dá)應(yīng)用。

需要記住的一個要點(diǎn)是，根據(jù)應(yīng)用的不同，每種傳感技術(shù)都有其獨(dú)特的優(yōu)勢；例如，PIR傳感器在簡單環(huán)境中的基本運(yùn)動檢測方面表現(xiàn)出色，而毫米波雷達(dá)在要求高精度傳感或高分辨率成像的場合中很有價值。當(dāng)應(yīng)對多種需求，并需要精確性和多功能性的場合，如感測與精細(xì)測距的結(jié)合時，UWB雷達(dá)則表現(xiàn)出色。

表1 UWB雷達(dá)與PIR和毫米波雷達(dá)的比較

4   UWB感測雷達(dá)重塑不同市場

UWB雷達(dá)技術(shù)重新定義了消費(fèi)、企業(yè)和汽車市場中的傳感應(yīng)用。通過將UWB 的高精度雷達(dá)功能與精細(xì)測距相結(jié)合，該技術(shù)不僅實(shí)現(xiàn)了存在檢測，還實(shí)現(xiàn)了高精度距離測量，解鎖了一系列創(chuàng)新且無縫的用戶體驗(yàn)。圖3展示了UWB雷達(dá)的核心傳感功能；這些功能可以單獨(dú)部署或與精細(xì)測距相結(jié)合，以增強(qiáng)安全性、自動化和交互性。以下部分將探討UWB雷達(dá)如何在這些市場中推動變革，提供傳統(tǒng)傳感技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)的先進(jìn)功能和用戶體驗(yàn)提升。

圖3 UWB雷達(dá)功能可應(yīng)用于消費(fèi)、企業(yè)和汽車等應(yīng)用領(lǐng)域

5   智能空間和生態(tài)系統(tǒng)

通過實(shí)現(xiàn)高精度存在檢測和運(yùn)動監(jiān)測，UWB雷達(dá)重新定義了我們與智能空間的交互方式。與依賴常開式攝像頭的傳統(tǒng)安全系統(tǒng)不同，UWB雷達(dá)在優(yōu)先考慮隱私的同時，提供了一種保持安全性和功能性的替代方案。無需持續(xù)監(jiān)控，UWB雷達(dá)可以檢測人員的存在和移動，僅在必要時激活家庭攝像頭或完全消除對其需求。這種方法降低了未經(jīng)授權(quán)訪問安全攝像頭等的網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險，同時確保了全面監(jiān)控。

除了安全之外，UWB雷達(dá)還提高了智能家居環(huán)境的適應(yīng)性。它可以區(qū)分人員和無生命物體，以減少誤報(bào)，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)更靈敏的自動化。燈光、氣候控制和其它智能系統(tǒng)可以根據(jù)占用情況動態(tài)調(diào)整，以提高便利性和能源效率。此外，UWB雷達(dá)的手勢識別功能可以實(shí)現(xiàn)對廚房水龍頭、垃圾桶甚至娛樂系統(tǒng)等電器的免觸摸控制，進(jìn)一步提高家庭中的便利性和衛(wèi)生水平。

在企業(yè)環(huán)境中，將UWB雷達(dá)嵌入天花板安裝的Wi-Fi企業(yè)接入點(diǎn)（EAP）或條形攝像頭中，可以實(shí)現(xiàn)精確的占用感測。當(dāng)與人工智能（AI）和成像系統(tǒng)相結(jié)合時，它有助于企業(yè)通過跟蹤房間中的人數(shù)來優(yōu)化工作空間利用率。借助這種數(shù)據(jù)驅(qū)動的方法，企業(yè)不僅能夠通過調(diào)節(jié)HVAC系統(tǒng)和照明設(shè)施提高能源利用效率，還能更有效地管理會議室預(yù)訂，進(jìn)而提高整體運(yùn)營效率。通過集成UWB雷達(dá)，企業(yè)可以創(chuàng)建更安全、更高效的辦公環(huán)境，同時不犧牲安全性或隱私。

6   健康與保健

UWB雷達(dá)無需物理接觸即可監(jiān)測生命體征的能力有可能徹底改變臨床和家庭環(huán)境中的患者護(hù)理。其高精度使其能夠檢測到與呼吸和心率相關(guān)的細(xì)微動作，成為新生兒監(jiān)護(hù)、老年人護(hù)理和遠(yuǎn)程患者觀察的理想解決方案。這種非侵入式方法提高了患者的舒適度，同時確保了連續(xù)、可靠的健康跟蹤。

此外，即使患者被毯子、床上用品或衣物覆蓋，UWB雷達(dá)也能有效工作，提供不間斷的監(jiān)測，而無需直接接觸皮膚。這在重癥監(jiān)護(hù)病房中尤為重要，因?yàn)樵谀抢?，盡可能減少對患者的干擾至關(guān)重要；亦或在家庭醫(yī)療場景中，隱蔽、被動的監(jiān)測可提高生活質(zhì)量。此外，其穿透物理障礙進(jìn)行感測的卓越能力，使其成為一種強(qiáng)大的監(jiān)測手段，特別適用于隔離病房內(nèi)的患者，或是在那些傳統(tǒng)監(jiān)測設(shè)備難以發(fā)揮作用的環(huán)境。

7   無縫訪問與控制

UWB雷達(dá)在門禁控制方面同樣表現(xiàn)出色，提供穩(wěn)健、安全的身份識別與認(rèn)證解決方案。在辦公室、倉庫或企業(yè)環(huán)境中，UWB雷達(dá)通過檢測個體的存在與移動來增強(qiáng)門禁控制系統(tǒng)，并結(jié)合UWB精細(xì)測距技術(shù)安全地驗(yàn)證其身份。同樣的UWB芯片可與支持UWB的門禁卡、智能手表或智能手機(jī)進(jìn)行交互，以確認(rèn)身份并授予安全訪問權(quán)限。在金融、科研及數(shù)據(jù)中心等安全要求嚴(yán)格的行業(yè)中，這一功能尤為必要。

除傳統(tǒng)門禁控制外，UWB雷達(dá)的手勢識別能力還為企業(yè)環(huán)境引入了交互的新維度。想象一下，員工只需簡單揮手即可控制會議室顯示屏，減少了對公用表面的物理接觸。展望未來，配備UWB雷達(dá)的計(jì)算機(jī)能夠通過細(xì)微的姿勢識別出員工的壓力或疲勞程度，使工作場所能夠開發(fā)出更智能、響應(yīng)更迅速的健康解決方案，同時避免過度監(jiān)控。

8   車輛安全與信息娛樂

UWB雷達(dá)通過實(shí)現(xiàn)高精度、實(shí)時檢測能力，推動車輛安全與便捷性的進(jìn)步。其最關(guān)鍵的應(yīng)用之一是歐洲NCAP所規(guī)定的兒童存在檢測（CPD）；其檢測車輛內(nèi)是否存在遺留的嬰兒，以防止悲劇的發(fā)生。UWB雷達(dá)可通過監(jiān)測微弱的呼吸和心率運(yùn)動，在生命面臨危險時向看護(hù)者或相關(guān)部門發(fā)送即時警報(bào)。隨著汽車變得更加智能和互聯(lián)，UWB雷達(dá)也為下一代智能內(nèi)飾鋪平了道路。未來的應(yīng)用可能包括基于手勢的控制，使駕駛員能夠利用簡單的手勢動作調(diào)整信息娛樂系統(tǒng)、氣候設(shè)置或?qū)Ш浇缑妗＿@不僅提升了便利性，還最大限度地避免駕駛員分心，進(jìn)一步促進(jìn)更安全的駕駛體驗(yàn)。

9   未來展望與創(chuàng)新

UWB雷達(dá)的多功能性、可靠性和精確度重新定義了傳感技術(shù)的可能性，為更智能、更安全、更直觀的環(huán)境鋪平了道路。較寬的帶寬和較短的脈沖特性賦予其獨(dú)特的感測能力，使之成為需要精確和準(zhǔn)確定位應(yīng)用的最佳選擇。

UWB雷達(dá)的未來潛力無限，具有低功耗、高性能以及將傳感和測距功能融于一體的非凡能力。隨著算法的進(jìn)步以及邊緣AI和機(jī)器學(xué)習(xí)集成的持續(xù)發(fā)展，UWB雷達(dá)將進(jìn)化為更加強(qiáng)大的精確和自適應(yīng)感測工具。無論是在提升汽車安全性、構(gòu)建無接觸醫(yī)療解決方案，還是提高企業(yè)環(huán)境效率方面，UWB雷達(dá)實(shí)現(xiàn)無縫交互的潛力不容置疑。

關(guān)于作者

Sri Sridharan

負(fù)責(zé)Qorvo在北美地區(qū)物聯(lián)網(wǎng)連接解決方案的拓展，重點(diǎn)關(guān)注超寬帶（UWB）和低功耗藍(lán)牙/Matter技術(shù)。作為一名屢獲殊榮的產(chǎn)品定義專家和技術(shù)出版物作家，他在射頻組件與系統(tǒng)方面擁有深厚的專業(yè)知識，包括蜂窩技術(shù)、低功耗藍(lán)牙、GPS、LoRa 和RFID。通過與客戶緊密合作并深入了解他們的特定用例與挑戰(zhàn)，Sri戰(zhàn)略性地影響著Qorvo的產(chǎn)品路線圖，確保其與市場需求和技術(shù)趨勢保持一致。

（本文來源于《EEPW》202505）