Команда инженеров Linpowave | Октябрь 2025 г.
Управляющее резюме
Радары миллиметрового диапазона (мм-волны) перешли из исследовательских лабораторий в центр современной автоматизации. Они используются для измерения уровня в промышленных резервуарах, навигации в дронах и систем безопасности в транспортных средствах и интеллектуальной инфраструктуре. Работая в диапазоне 60–81 ГГц, радар миллиметрового диапазона определяет движение, дальность и угол с точностью до сантиметра — даже когда свет, пыль или дождь закрывают обзор.
В этой статье объясняются принципы работы миллиметрового радара, включая FMCW-режим, оценку дальности и скорости, а также угловое обнаружение. Также рассматривается, как интеграция радиочастотных технологий и технологий обработки сигналов Linpowave обеспечивает реальную надежность этого передового метода обнаружения. В заключение приводятся сведения о применении, технические преимущества и ответы на часто задаваемые вопросы.
1.0 Введение
Глобальный переход к интеллектуальной автоматизации породил растущий спрос на датчики, надёжно работающие в любых условиях. Камеры зависят от света; лидары дороги и чувствительны к погодным условиям; ультразвуковые датчики испытывают трудности с дальностью действия и разрешением. Радар миллиметрового диапазона восполняет этот пробел.
Работающий в миллиметровом диапазоне (длины волн от 4 мм до 1 мм), радар mmWave сочетает в себе большую дальность обнаружения радиосистем с высокой пространственной точностью оптических приборов. Он одновременно измеряет расстояние, скорость и направление, используя отражённые электромагнитные волны.
В компании Linpowave мы разрабатываем радиолокационные системы, объединяющие функции радиоинтерфейса, аналоговых схем, цифровой обработки сигналов (ЦСП) и микроконтроллера (МК) в одном компактном модуле. Такая архитектура обеспечивает стабильность, точность и масштабируемость для самых разных приложений: от промышленных датчиков до беспилотных транспортных средств.
2.0 Как работает радар миллиметрового диапазона
Радар миллиметрового диапазона излучает электромагнитные волны, которые отражаются от целей. Отражённые сигналы несут информацию о расстоянии (по задержке), скорости (по доплеровскому сдвигу) и направлении (по разнице фаз).
По сравнению с микроволновыми радарами, системы миллиметрового диапазона используют более короткие длины волн, что позволяет использовать антенны меньшего размера и более высокое разрешение. Поскольку радар измеряет фазу и частоту, а не интенсивность света, он стабильно работает в тумане, дыму и темноте — условиях, которые часто ограничивают возможности оптических датчиков.
Типичная радиолокационная система включает в себя передатчик, приёмник, антенны и процессор сигналов. Передатчик излучает частотно-модулированный сигнал; приёмник улавливает отражения, а процессор преобразует их в содержательные данные, такие как профили дальности или траектории объектов.
3.0 Работа в режиме частотно-модулированной непрерывной волны (FMCW)
Большинство современных датчиков миллиметрового диапазона, включая Linpowave, используют радар с частотно-модулированной непрерывной волной (ЧМВ) . Вместо импульсов ЧМВ непрерывно излучает «чирп» — сигнал, частота которого линейно увеличивается со временем.
При отражении ЛЧМ-сигнала от объекта принятый сигнал задерживается на небольшой временной интервал τ. Разница между переданной и принятой частотами образует сигнал промежуточной частоты (ПЧ) . Эта частота пропорциональна расстоянию до цели d:
d = (c × τ) / 2
где с — скорость света.
Передавая последовательность чирповых сигналов и применяя быстрое преобразование Фурье (БПФ) к ПЧ-сигналу, радар извлекает информацию о расстоянии и скорости для нескольких объектов.
Датчики Linpowave оптимизируют этот процесс за счет точного управления частотой, высокого отношения сигнал/шум и адаптивной фильтрации шума для поддержания постоянной точности обнаружения.
4.0 Измерение дальности и разрешение
4.1 Определение дальности
Расстояние между радаром и целью определяется разницей частот ЛЧМ-сигнала. Более длинные ЛЧМ-сигналы обеспечивают большую чувствительность к небольшим изменениям частоты, что повышает точность определения расстояния.
4.2 Разрешение по дальности
Способность разделять два близко расположенных объекта зависит от пропускной способности (B):
ΔR = c / (2 × B)
Полоса пропускания 4 ГГц обеспечивает разрешение около 3,7 см. Linpowave использует широкополосную FMCW-модуляцию для обеспечения высокого разрешения в ограниченных или отражающих средах, таких как металлические резервуары или промышленные трубы.
4.3 Калибровка диапазона
Изменение температуры и дрейф компонентов могут влиять на точность измерения. Датчики Linpowave используют генераторы с температурной компенсацией и процедуры калибровки, которые корректируют дрейф фазы, обеспечивая долговременную стабильность систем непрерывного мониторинга.
5.0 Измерение скорости и обработка доплеровских сигналов
При движении объекта частота отраженного сигнала слегка смещается из-за эффекта Доплера . Последовательно передавая несколько импульсов и сравнивая разности их фаз, радар вычисляет относительную скорость:
ΔV = λ / (2 × Tₓ)
где λ — длина волны, Tₓ — время кадра.
Анализ скорости использует второе быстрое преобразование Фурье (БПФ), часто называемое доплеровским БПФ , которое преобразует изменения фазы между ЛЧМ-сигналами в интервалы скорости.
Linpowave сочетает доплеровский анализ с алгоритмами отслеживания движения для обработки множества движущихся объектов в режиме реального времени. Эта возможность критически важна для мониторинга дорожного движения, промышленной робототехники и систем предотвращения столкновений.
6.0 Угол прибытия (AoA) и пространственная ориентация
Для определения направления на цель Linpowave использует несколько приёмных антенн, разнесённых на известном расстоянии. Когда фронт волны достигает решётки, каждая антенна принимает её с немного разной фазой. Измеряя эту разность фаз, радар оценивает угол прихода (AoA) .
Соотношение между расстоянием между антеннами (dₐ) и разностью фаз (φ) следующее:
грех θ = (λ × φ) / (2 π × dₐ)
где θ — угол падения.
Оценка угла атаки создаёт 2D- или 3D-карты облаков точек для сложных задач восприятия. Антенные решётки Linpowave оптимизированы для обнаружения объектов как в ближней, так и в дальней зоне, обеспечивая стабильную угловую точность для дронов, умных перекрёстков и промышленных роботов.
7.0 Цепочка сигналов радара и конвейер обработки
Датчик Linpowave mmWave обычно включает в себя:
ВЧ-преобразователь — генерирует импульсы, усиливает и преобразует сигналы с понижением частоты.
Аналоговый модулирующий сигнал – фильтрует и оцифровывает ПЧ-сигнал.
Блок цифровой обработки данных — выполняет БПФ по дальности и Доплеру.
Механизм оценки угла — вычисляет AoA с использованием фазовой корреляции.
Уровень приложений – применяет алгоритмы отслеживания, кластеризации и классификации.
Для работы в сложных условиях Linpowave интегрирует возможности периферийных вычислений в модуль, снижая зависимость от внешних процессоров. Это обеспечивает работу с низкой задержкой, что подходит для высокоскоростных систем управления.
8.0 Источники ошибок и способы их устранения
8.1 Многолучевые отражения
Отражённые от стен или оборудования сигналы могут создавать помехи для прямых путей. Linpowave устраняет это с помощью временного стробирования и пространственной фильтрации.
8.2 Тепловой шум и дрейф фазы
Тепловой шум влияет на отражения с низкой амплитудой. Калибровка с температурной компенсацией обеспечивает стабильную работу в суровых условиях.
8.3 Перекрестные помехи между датчиками
При работе нескольких радаров поблизости могут возникать помехи. Linpowave использует методы временного разделения и скачкообразной перестройки частоты для минимизации межканального шума, что позволяет нескольким устройствам работать в одном пространстве.
9.0 Приложения в различных отраслях
9.1 Промышленная автоматизация
Бесконтактный контроль уровня жидкости, отслеживание конвейера и предотвращение столкновений на производственных линиях.
Датчики Linpowave надежны даже в средах с паром или пылью и гарантируют стабильные измерения там, где оптические или ультразвуковые датчики выходят из строя.
9.2 Умный транспорт
Радар Linpowave, используемый в системах мониторинга дорожного движения и V2X, обеспечивает высокоточное обнаружение транспортных средств и пешеходов. Он также поддерживает интеллектуальные перекрёстки и адаптивные системы управления дорожным движением.
9.3 Дроны и робототехника
Для дронов радар миллиметрового диапазона обеспечивает слежение за рельефом местности, удержание высоты и обход препятствий. В промышленных роботах он поддерживает зоны безопасности для человека и автономную навигацию.
9.4 Умная инфраструктура
Радарное обнаружение движения обеспечивает работу интеллектуального освещения, автоматических дверей и энергоэффективных зданий. Поскольку миллиметровый радар работает в темноте и через неметаллические материалы, он идеально подходит для круглосуточного контроля присутствия.
Больше примеров вы найдете на сайте Linpowave Solutions .
10.0 Преимущество Linpowave
Основная инновация Linpowave заключается в интеграции. Традиционные радары используют несколько дискретных компонентов, тогда как Linpowave объединяет радиочастотные приёмопередатчики, DSP и микроконтроллер в одном компактном модуле. Такая конструкция обеспечивает:
Высокое отношение сигнал/шум (SNR)
Периферийные вычисления в реальном времени
Гибкая конфигурация диапазона, скорости и угла
Низкое энергопотребление при непрерывном использовании
Радары Linpowave, работающие в диапазонах 60–64 ГГц и 76–81 ГГц , соответствуют стандартам ETSI , FCC и CE . Комплект разработчика и SDK позволяют инженерам визуализировать данные радара, настраивать параметры и эффективно внедрять индивидуальные алгоритмы.
11.0 Взгляд в будущее
По мере роста спроса на автоматизацию радиолокационное зондирование выходит за рамки транспортных средств и начинает применяться в логистике, здравоохранении и мониторинге окружающей среды.
Модули Linpowave следующего поколения будут интегрировать классификацию объектов на основе искусственного интеллекта и усовершенствованное сжатие сигналов, что позволит сократить объем передаваемых данных, сохраняя при этом высокую точность.
В сочетании с облачной аналитикой и подключением к Интернету вещей радар миллиметрового диапазона будет играть центральную роль в следующей эре интеллектуального восприятия.
Часто задаваемые вопросы (FAQ)
В1. Чем радар миллиметрового диапазона отличается от ультразвуковых или инфракрасных датчиков?
Он использует высокочастотные электромагнитные волны, проникающие сквозь туман, пыль и дым. Ультразвуковые и инфракрасные датчики часто теряют точность в таких условиях. Радар миллиметрового диапазона измеряет не только присутствие, но и скорость и направление.
В2. Насколько точен миллиметровый радар Linpowave?
Точность зависит от полосы пропускания и конструкции антенны. Благодаря широкополосной FMCW-модуляции радары Linpowave достигают сантиметрового разрешения по дальности и долей градуса по угловой точности.
В3. Может ли радар миллиметрового диапазона работать сквозь такие материалы, как стекло или пластик?
Да. Неметаллические материалы, такие как стекло или пластик, позволяют передавать сигналы миллиметрового диапазона с минимальными потерями, что делает их пригодными для закрытых или герметичных помещений.
В4. Безопасен ли радар миллиметрового диапазона вблизи людей?
Безусловно. Излучаемая мощность значительно ниже установленных нормативов — ниже, чем у большинства Wi-Fi-роутеров — и соответствует международным стандартам безопасности.
В5. Каким образом Linpowave минимизирует помехи в местах массового скопления людей?
Используя адаптивную фильтрацию, частотное планирование и временное разделение каналов, Linpowave позволяет нескольким радарам работать одновременно, не создавая взаимных помех.
В6. Какие отрасли промышленности получают наибольшую выгоду от использования радаров Linpowave?
К отраслям относятся производство, транспорт, робототехника, беспилотные летательные аппараты и интеллектуальная инфраструктура — везде, где требуются точные измерения.
В7. Как разработчики могут начать использовать технологию радаров Linpowave?
Для быстрого создания прототипов доступны оценочные комплекты, SDK и API. Инженеры могут настраивать параметры ЛЧМ-сигнала, визуализировать карты дальности и доплеровского сдвига и интегрировать данные радаров в существующие системы.