安防雷达助力智慧航运（STS1-13传感器 船舶检测，桥梁防撞，轨迹跟踪）

1.产品概述

STS1-13是一款高性价比的安防雷达产品，通过发射24GHz的电磁波，检测物体反射回来的带有多普勒效应的回波完成目标的探测和定位。该产品应用于检测视野内的运动目标（例如人、车、船），汇报他们的距离、方位角和速度信息，支持多个目标同时汇报。基于以上汇报的准确信息，可配合摄像头等光电设备进行跟踪定位、身份识别和事件记录。

安防雷达STS1-13可在多种场所发挥主动探测的作用，例如智慧航运、渔业防护、桥梁防撞、船流量监控、渔政管理等水域的船只探测；变电站、看守所、输油管线等基础设施的安防维护；机场周界安防、铁路沿线安防、公路交通管控等通行设施的监控管制等。该雷达传感器性能优良，价格优惠，接口开放，便于集成商匹配摄像头或红外等设备进行系统集成。

STS1-13安防雷达的主要特点：

1)  收发通道多：3发32收的调频连续波(FMCW)雷达，相控阵体制。

2)  探测威力大：行人稳定探测超过1000米，车辆和船只稳定探测超过2000米。

3)  测量精度高：测角精度可达0.3°，测距精度2米。

4)  支持多个工作频段，可避免同频干扰问题。

5)  支持划定防区，可有效屏蔽核心区域以外的误报。

6)  采用机器学习算法，支持大小目标识别分辨，便于客户针对性筛选目标。

7）雷达原厂支持，接口开放，便于系统集成和定制化开发。

STS1-13安防雷达雷达技术指标：

注1：雷达汇报的角度范围可达±60°，以利于近距离大角度的目标发现，但角度越大相应的探测能力和测角精度都会下降。如果需要过滤某些位置的目标，可使用防区功能。

注2：雷达的法线（与前面罩垂直）方向探测威力最大，随着俯（仰）角逐渐增大，其探测能力逐渐下降，当考虑盲区时，还应注意到此时目标距离雷达很近，并不需要很强的能量就可以探测到，所以盲区不用按照这里的标称值计算，可参考下文的列表。

注3：建议供电采用直流24V，如果要用12V供电，需要考虑电源适配器与雷达间的直流电源延长线不宜太长（例如不超过10米），尽量避免由于压降导致的雷达工作异常。产品标配24V适配器。

2.技术特点

安防雷达STS1-13是一款采用调频连续波（FMCW）的相控阵雷达，该雷达采用了3个发射通道和32个接收通道的阵列天线设计。在每个发射波束工作时间内，所有的接收通道接收数据，同时形成多个接收波位（数字波束形成DBF），并在每个波位内进行恒虚警检测（CFAR）形成点云信息，综合运用点迹凝聚（DB-SCAN算法）和联合概率数据关联算法（JPDA）、卡尔曼(Kalman)滤波算法等雷达数据处理算法，最终输出目标信息。扇面的电子扫描（E-scan）过程克服了机械扫描雷达的寿命短的问题。

当发射波位的指向改变时，对应地调整接收通道的相位因子，从而接收波位也完成相对应的指向，这样配合的工作方式，使得雷达收发信号的指向性更强，能量更集中，从而增强雷达的探测能力；加上SFC(灵敏度频率控制)电路的作用，雷达可以具备高动态（HDR）范围，可适用于不同场景下的目标探测；同样得益于合成的窄波束的设计，提升了雷达抗干扰和抗多径的能力。

2.1雷达坐标系

雷达汇报的目标位置信息，是以雷达所在位置为坐标原点的。

(1) 雷达正前方为Y轴(对应目标的纵向距离)，与Y轴垂直的是X轴(对应目标的横向距离)。Y轴左侧的目标横向距离为负数,Y轴右侧的目标横向距离为正数。

(2) 假设图中目标A在远离雷达，其X0 = -3米(注意是负数)，Y0 = 50米，速度v=1.5m/s(远离目标的速度为正)。 则目标距离雷达的径向距离R为50.1米。角度φ=arctan(-3/50) = -3.4°(注意目标在左侧,角度为负数)。

定制开发下，可输出目标的经纬度信息。

3.实测效果

STS1-13船只探测效果，探测距离超过2000米

STS1-13行人探测，探测距离超过1000米

附录：STS1-13产品解读

问：STS1-13定位的应用方向是什么？

答：在水域和陆地都可应用。雷达作为智能感知的重要技术手段，可为智慧航运提供基础性原生信息。充分挖掘这些信息，将有利于船舶运行数据采集、航道船流量信息统计、船只航线跟踪和智能驾驶，以及航道规划辅助决策等大数据信息的搜集工作。将雷达技术与水运行业深度融合，可推动水上交通运输领域新型基础设施的建设。另外在水上执法、缉毒缉私、打击跨境偷渡等公安方向也可应用。在陆地应用方面，STS1-13可用于关键基础设施的周界安防、行人入侵探测，或者要地防护等。典型应用例如机场周界安防、铁路沿线安防、油气管线防护等。

问：这款雷达有什么特殊之处吗？

答：STS1-13有多达32个接收通道，探测威力大，测角精度高；采用24GHz成熟的软硬件设计，批量化生产，性价比非常高。

32个通道进行数字波束形成（DBF），合成波束宽度约为3.1度，相当于雷达将能量集中到3.1度这么小的角度范围内，所以探测能力更强。当然雷达需要同时进行很多个波束的计算，才能实现大角度的覆盖能力，超高算力的信号处理能力，是开发工作的关键环节。

测角精度取决于雷达的波束宽度和目标的信噪比（SNR），在探测能力大（SNR高）的情况下加上波束宽度窄（只有3°，受其他角度杂波的影响小），所以测角精度也很高。

问：这款产品的实际探测能力的确能到参数表中的标称值那么远吗，有没有虚标？

答：没有虚标。事实上这款雷达的探测能力是超过标称的典型值的，不过的确存在应用场景不同时探测威力有差异的情况，这在有大型反射物或较多金属反射物的场景中尤其明显。一个面积A=2m×2m的公路路牌，其雷达截面积（RCS）约等于1.3×106m2，而一个人一般我们按照RCS=0.5m2计算，两者相差非常大，大反射体带来的回波太强，会导致雷达系统由于相噪引起的底噪抬高，从而降低弱目标的SNR，当SNR低于门限时小目标就检测不出来了。

STS1-13采用优化了环路参数的射频链路，尽最大可能地降低了不同场景下的差异性。另外产品规划设计时，充分考虑到了这一问题，所以实测空旷场景下明显优于列写的典型值，复杂环境下也能满足定义值。

问：这款雷达可以汇报目标的哪些信息？

答：STS1-13可以实时汇报目标相对于雷达的横向距离、纵向距离、速度（运动方向）、信噪比，和探测到的目标长度信息。从雷达发出电磁波，到检测和汇报目标出来，整体的时间延迟小于0.5秒，信息更新速率大约是3次/秒。雷达默认是以自身为坐标原点的，正前方是Y轴（前后算是纵向距离），左右是X轴（代表横向距离）。雷达汇报的信噪比和目标长度信息可作为目标大小的判定依据。

如果必要，可定制化开发，支持目标的经纬度信息汇报。部分客户有发现目标后开关量控制需求，可以按需定制。

问：在实际场景下，如何考虑安装位置呢？

答：考虑河流上安装的情况，其他场景类似。

如果在河岸上安装，雷达的法线应与河流方向30-60°夹角，注意不要让雷达法线垂直照向对岸。原因是如果一个目标在雷达前面横穿，那么他面向雷达的速度非常小（理想的横切运动，其面向雷达的速度为零），常常与静止地物杂波混到一起，不利于目标检出，此时如果强制检出，可能误报也会增多。

问：STS1-13可以测量多大速度的目标呢？

答：速度上限是，雷达可以测量到±120km/h的目标，正负号代表远离或靠近的运动方向。速度下限是±2km/h（约±0.6m/s），更低速度的目标，雷达也具备一定的探测能力，但由于需要过滤掉接近零速的地物杂波（即滤除极低速的误报），所以弱目标的检出率将会明显下降。

注意这里的速度值都是指目标面向雷达的速度值，这个值小于等于目标的真实速度，见下图。

问：有的厂家用到77GHz或80GHz的雷达，STS1-13选用24GHz频段基于哪些考虑呢？

答：目前大多数国家（含中国）已经将76-79GHz划分给汽车雷达专用，从法规上说，再将这个频段用于其他用途都是不合规的。79-81GHz这个频率段主要发达经济体也在考察用于汽车雷达，目前没有明确的法规指定应用方向，仍存在不确定性。而24.0~24.25GHz是已经划分好的全球通用的ISM频段，可放心使用。

77-80GHz频段的空衰比24GHz严重，在公里级雷达中这一点逐渐突出出来，而且探测距离越远，差距越明显。

从现有的技术能力来说，77-80G频段的射频部分输出功率偏低（例如13dBm），这么高频率的功率放大器件成本较高，一般雷达厂家不会选用，转而考虑使用多发射通道（例如TDM或DDM技术），但整体提升有限，汽车雷达目前用这类器件做出的产品测车距离大约是300-500米（20°视野）；24GHz频段则有更为成熟的产业链，功率放大部分可达27dBm，同样可考虑多通道设计，加上几十个接收通道的接收机，雷达探测威力明显更强。

（感谢阅读，欢迎集成商接洽合作！）

审核编辑 黄宇