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。

编辑：黄飞