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UWB雷达及其汽车应用

您很可能听说过UWB（超宽带）高精度定位，但对UWB雷达可能还不太熟悉。本文简单介绍UWB雷达的工作原理及其在汽车行业的主要应用。

UWB雷达基本原理

UWB雷达的工作原理与UWB定位完全不同。UWB雷达系统不需要UWB标签的存在，其工作原理与飞机和汽车上用的各类雷达类似。

UWB雷达发射UWB脉冲信号，并接收该脉冲信号经障碍物反射后的回波，通过对回波扰动的分析来判断UWB雷达附近是否存在物体（或人）。具体来讲，UWB雷达通过接收到的CIR（ChannelImpulseResponse信道脉冲响应）来探测周围物体及其运动。

当UWB雷达周围有物体时，CIR对应位置就会有脉冲峰。

当周围物体运动时，由于多普勒效应，对应的CIR值就会变化，可通过分析CIR频谱来估计运动状态。目前常见500M带宽的UWB芯片，静态位置分辨率较低，但可以用作动态雷达，来检测物体的运动。

二、UWB雷达性能特点

以UWB行业头部厂家全迹科技UWB雷达V1.0算法为例，具有以下性能特点：

灵敏度和检测范围

灵敏度和检测范围跟算法、天线设计、物体反射面积、物体运动幅度等因素有关，算法能够完成以下检测：

1）检测微小的呼吸运动，已实现天线正面，距离不小于0.8米，视场角±60°范围内的呼吸运动的检测。

2）检测环境内的人体活动（包括行走，上身、胳膊、头部等的微小摆动等），可实现天线正面，距离不小于1.6米，视场角±60°范围内的人体活动的检测。

响应速度

波形实时变化，可以跟踪频率15Hz内的快速运动，比如快速的踢脚运动。

系统组成

UWB雷达目前有两种模式。一种是单锚点模式（收发一体，单颗独立运行），一种是双锚点模式（1发+1收，必须组合运行）。单锚点模式覆盖范围有限，但是构造简单、成本低廉；双锚点模式覆盖范围略大，但是成本也更高，可以复用UWB数字钥匙。

计算量

算法经过深度优化和精简，计算量可大为减少，便于集成到现有MCU中。全迹科技UWB单锚点雷达可以仅在1颗UWBSOC上直接实现完整雷达功能，以最大程度降低成本。

三、UWB雷达的汽车应用

活体检测

“将儿童单独留在停放的车内，即使只有几分钟，也可能导致中暑和死亡，尤其是当汽车暴露在阳光下时。儿童无法自行下车，再加上对高温的耐受性较低，因此要求儿童不得留在车内无人看管。温度可以在短短15分钟内达到临界水平，让窗户半开着几乎不能减少威胁。与车祸相比，儿童死于车辆相关中暑的情况较少发生，但这些完全可以避免的死亡的性质值得特别关注，因为解决车内儿童体温过高问题的技术已经存在。”以上文字来自欧洲NCAP关于儿童存在检测的测试与评估标准的直接翻译。

活体检测在汽车上主要用于儿童存在检测（CPD–ChildPresenceDetection），国外也有叫后排占用告警（ROA-RearOccupantAlert）或HotCar。

欧洲NCAP计划从2023年1月起增加对车内儿童存在检测的评分，各项规定非常细致。美国正在立法要求所有新车预装儿童存在检测功能，预计在2025年全面实施。据说国内相关规范也在评估制订中。

目前车内儿童存在检测的识别方式有直接与间接两大类。直接方式指的是通过尝试检测心跳、呼吸、运动、或其它生命指征来判定儿童是否存在；间接方式指的是通过一些逻辑信息来推断车内人员存在的可能性，信息包括：车门打开、压力感应、电容感应等。欧洲NCAP规定从2025起间接方式将无法获得安全评分，因此直接方式最有前景。目前较有效的直接方式传感器主要是：摄像头、毫米波雷达、UWB雷达，下面做简要比较。

摄像头

毫米波雷达

UWB雷达

隐私风险

有

无

无

可穿透毯子

否

是

是

成本

/

高

低

摄像头是常见的传感器，甚至可以与车内DMS/OMS（驾驶员/乘客监测系统）共用。摄像头方案的主要问题一是有隐私泄露风险，二是缺少穿透力，例如很难透过毛毯和遮阳伞等障碍物。欧洲NCAP要求儿童存在检测可以覆盖安全座椅向后安装、盖着毯子/遮阳伞、四肢不动、熟睡的婴儿，摄像头检测方案很可能会丢分。

毫米波雷达是另一种方案，相比摄像头方案优势是没有隐私担心，且有一定的穿透力（可以透过毯子）。毫米波雷达的问题一是成本较高（相比UWB雷达），二是有无线电合规隐患。根据2021年11月我国工信部颁布的《汽车雷达无线电管理暂行规定》：24G毫米波雷达已经禁止在新车上使用；77G毫米波雷达主要用于自适应巡航、防撞、盲点探测等应用；60G毫米波虽是目前舱内雷达使用的主要频段，但工信部本次规定尚未包含对60GHz频段的说明。

UWB雷达提供了一种新方案。没有隐私担心（相比摄像头），有穿透力（相比摄像头），成本适中（低于毫米波雷达），低功耗（低于毫米波雷达），目前看来是较好的车内儿童存在