一文解析UWB雷达的工作原理
基于厘米级定位、超低功率、强抗干扰、超大容量等技术特点，uwb（超宽带）技术在消费电子、智能汽车等领域的应用前景被赋予厚望。
值得一提的是，利用uwb雷达还可实现舱内活体检测、脚踢尾箱等，这意味着新一轮座舱感知革命已经开启。
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（channel impulse response信道脉冲响应）来探测周围物体及其运动。
1、当uwb雷达周围有物体时，cir对应位置就会有脉冲峰。
2、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。
uwb雷达原理图
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：
1、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。
2、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。
3、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。
单锚点模式与双锚点模式
4、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uwb soc上直接实现完整雷达功能，以最大程度降低成本。
雷达模组框图
uwb雷达的汽车应用
1、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 – child presence detection），国外也有叫后排占用告警（roa - rear occupant alert）或hot car。 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检测方案，能满足各项法规要求。 2、脚踢尾箱 在人双手拿着东西时，用脚在后保险杠下踢一下或来个扫堂腿，可以方便的开关尾箱门，这已经成为很多车型的舒适性配置，而脚踢尾箱技术也有不同的实现方案。
现在大部分脚踢尾箱技术采用电容传感器方案。通过在车尾保险杠内放两条电容天线，通过电容变化可识别人是否有踢腿动作。电容脚踢尾箱方案价格较便宜，但一般认为工作不够稳定，容易误触发或失灵。 从网上能查到较多车主的反馈，例如：脚踢不够灵敏经常踢不开，下雨时尤其严重；或者在洗车的时候人从尾门走过时，会误触发电动尾门开关自动打开后备箱。理论上电容方案对电磁干扰也较为敏感，当周边电磁环境复杂时容易失灵。 毫米波雷达是一种备选替代方案，通过对毫米波雷达回波的分析，可以有效检测踢腿的动作。并且毫米波不受周边电磁环境的干扰，雨水的影响也不大。目前车载毫米波脚踢尾箱雷达最大的问题是价格较昂贵（相比电容方案和uwb雷达方案）。 uwb雷达提供了另一种选项。稳定性足够高（相比电容方案），成本适中（比电容方案贵，比毫米波方案便宜），低功耗（低于毫米波雷达）
uwb雷达的应用产品
高工智能汽车了解到，目前全迹科技uwb雷达产品已经获得多个主机厂和tier1的意向订单。而全迹提供的多种灵活合作方式包括：
1、提供uwb雷达完整产品 包含：硬件整机 + 软件算法。可单锚点工作（极致精简不含mcu，可靠性更高、性价比突出），也可2个锚点组合工作（提供更大覆盖范围）。
雷达整机
2、提供uwb雷达邮票孔板卡 包含：硬件pcba + 天线 + 软件算法。
雷达模组与天线仿真
3、提供uwb雷达软件授权
仅提供软件算法lib库，适配到客户自己的硬件中。 4、提供uwb定位 + 测距复用软件授权 仅提供软件算法lib库和uwb测距复用支持，适配到客户自己的硬件中。 除了uwb雷达产品外，全迹科技正在将其行业首创、已获专利授权的uwb-aoa单基站定位系统引入uwb数字钥匙场景。该产品可将uwb数字钥匙单车锚点数量从5个（车外4个+车内1或2个）降低到最少1个（车内部署1个uwb-aoa）。
该产品具备以下几个优势：
1、uwb锚点数量从5到1，大幅降低硬件成本；
2、减少了器件和线束，降低组装难度和成本；
3、减少了复杂度，提高了可靠性；
4、降低了出险维修成本； 该创新产品无疑将推动uwb数字钥匙的更广泛落地，让uwb数字钥匙体验惠及更多消费者。据全迹透露，该产品目前处于内测阶段。 近年来，越来越多的手机和汽车开始纷纷引入uwb技术，uwb正在走进大众视野成为一项时髦的黑科技。uwb独特的物理特性不仅能赋予汽车精准数字钥匙交互能力，还能提供极具竞争力的舱内雷达方案。 深耕uwb技术多年的全迹科技，有望成为uwb数字钥匙与雷达产品极具创新力的供应商。
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值得一提的是，利用uwb雷达还可实现舱内活体检测、脚踢尾箱等，这意味着新一轮座舱感知革命已经开启。
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（channel impulse response信道脉冲响应）来探测周围物体及其运动。
1、当uwb雷达周围有物体时，cir对应位置就会有脉冲峰。
2、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。
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1、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。
2、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。
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4、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uwb soc上直接实现完整雷达功能，以最大程度降低成本。
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uwb雷达的汽车应用
1、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 – child presence detection），国外也有叫后排占用告警（roa - rear occupant alert）或hot car。 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。
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现在大部分脚踢尾箱技术采用电容传感器方案。通过在车尾保险杠内放两条电容天线，通过电容变化可识别人是否有踢腿动作。电容脚踢尾箱方案价格较便宜，但一般认为工作不够稳定，容易误触发或失灵。 从网上能查到较多车主的反馈，例如：脚踢不够灵敏经常踢不开，下雨时尤其严重；或者在洗车的时候人从尾门走过时，会误触发电动尾门开关自动打开后备箱。理论上电容方案对电磁干扰也较为敏感，当周边电磁环境复杂时容易失灵。 毫米波雷达是一种备选替代方案，通过对毫米波雷达回波的分析，可以有效检测踢腿的动作。并且毫米波不受周边电磁环境的干扰，雨水的影响也不大。目前车载毫米波脚踢尾箱雷达最大的问题是价格较昂贵（相比电容方案和uwb雷达方案）。 uwb雷达提供了另一种选项。稳定性足够高（相比电容方案），成本适中（比电容方案贵，比毫米波方案便宜），低功耗（低于毫米波雷达）
uwb雷达的应用产品
高工智能汽车了解到，目前全迹科技uwb雷达产品已经获得多个主机厂和tier1的意向订单。而全迹提供的多种灵活合作方式包括：
1、提供uwb雷达完整产品 包含：硬件整机 + 软件算法。可单锚点工作（极致精简不含mcu，可靠性更高、性价比突出），也可2个锚点组合工作（提供更大覆盖范围）。
雷达整机
2、提供uwb雷达邮票孔板卡 包含：硬件pcba + 天线 + 软件算法。
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3、提供uwb雷达软件授权
仅提供软件算法lib库，适配到客户自己的硬件中。 4、提供uwb定位 + 测距复用软件授权 仅提供软件算法lib库和uwb测距复用支持，适配到客户自己的硬件中。 除了uwb雷达产品外，全迹科技正在将其行业首创、已获专利授权的uwb-aoa单基站定位系统引入uwb数字钥匙场景。该产品可将uwb数字钥匙单车锚点数量从5个（车外4个+车内1或2个）降低到最少1个（车内部署1个uwb-aoa）。
该产品具备以下几个优势：
1、uwb锚点数量从5到1，大幅降低硬件成本；
2、减少了器件和线束，降低组装难度和成本；
3、减少了复杂度，提高了可靠性；
4、降低了出险维修成本； 该创新产品无疑将推动uwb数字钥匙的更广泛落地，让uwb数字钥匙体验惠及更多消费者。据全迹透露，该产品目前处于内测阶段。 近年来，越来越多的手机和汽车开始纷纷引入uwb技术，uwb正在走进大众视野成为一项时髦的黑科技。uwb独特的物理特性不仅能赋予汽车精准数字钥匙交互能力，还能提供极具竞争力的舱内雷达方案。 深耕uwb技术多年的全迹科技，有望成为uwb数字钥匙与雷达产品极具创新力的供应商。
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