電子發燒友網報道(文/李寧遠)在機器人的感知層，有眾多傳感檢測設備來支持其探測功能。雷達在機器人中的應用已經有很久的歷史了，從最初固定式的AGV開始到現在各樣式可移動機器人，雷達技術作為成本和性能兼顧的感知手段，在物體探測、物體跟蹤、定位和地圖繪制功能上已經足夠成熟并且適用性極廣，是工業自動化中不可或缺的一項技術。短程雷達(SRR)傳感器，可滿足盲區監測等汽車應用要求，而中遠程雷達，更多用于自動緊急制動(AEB)和自適應巡航控制(ACC)。在機器人應用中，中遠程雷達更為常見。

隨著機器人領域對雷達技術的使用越來越多，目前，24GHz和77GHz雷達系統在機器人領域都有不少的應用，大有分庭抗禮之勢。不論兩種頻帶的雷達系統競爭得如何激烈，對任何雷達系統來說，優秀的發射相位噪聲都是必須的，這是擴大傳感器有效范圍與精度的首要條件。那這兩種頻帶的雷達技術在機器人應用上各自有何特色，該如何抉擇?

摒棄傳統24GHz?不!

在77GHz毫米波雷達技術開始廣泛應用后，摒棄傳統24GHz雷達在機器人系統中的應用這種說法就開始流行起來。誠然，77GHz毫米波雷達在諸多方面都有著勝過24GHz雷達的性能(諸如帶寬、分辨率、精度等等)，但是傳統的24GHz雷達競爭力并沒有想象中那么弱。

24GHz頻帶包括了24.0GHz到24.25GHz范圍內的工業、科技和醫療頻帶，也就是常說的窄帶，其帶寬為250MHz(還包括帶寬為5GHz的UWB)。這個頻帶的雷達系統經過多年的研究與開發，已經極為成熟。目前，在24GHz的雷達系統上，高集成的信號鏈設計已經是家常便飯了，從放大器、混頻器、PLL、集成變送器到接收器以及 VCO 到轉換器和雷達模塊，整個設計不僅靈活而且功能齊全，給予了雷達前端空間設計提供了充足的靈活性。

目前領先的24GHz雷達芯片組已經做到了變頻器10 dB噪聲系數性能，已經接近毫米波雷達的噪聲系數了，卓越的低噪聲性能可以為雷達系統帶來更高的能效。能效在24GHz這個成熟的市場里是各廠商比拼的重點。為了提高芯片組能效，多頻道結構接收機高頻設計也是一種辦法，它允許波束賦形實現角分辨率以此來提高能效。

不考慮運行在系統處理器的雷達檢測算法優劣的情況下，芯片組數字信號處理的能力決定了雷達檢測前方目標速度、距離和位置的精準度，這很考驗器件的RF與ADC的性能。在目前領先的雷達芯片組中，RF的設計可謂是十分亮眼，不僅性能優異而且線路走線極省空間，還不需要外部匹配無源元件。這一類成熟芯片組對于功耗管理也是錙銖必較，以4通道接收同時開啟為例，領先的廠商能做到550mW的超低功耗。

在24GHz雷達系統能覆蓋需求的機器人應用下，24GHz雷達系統是成本和能效性價比最高的選擇，單純從性能對比摒棄24GHz雷達系統，在機器人應用里是得不償失的做法。

77GHz毫米波雷達瞄準了更高階的機器人傳感應用

毫米波雷達傳感算是機器人感知里一項相對較新的技術。與傳統的視覺和激光雷達的傳感器相比，毫米波雷達的一個重要優勢是受環境條件影響較小，這個優勢明顯地體現在室外移動機器人和黑燈自動化工廠中。在使用傳統傳感機器人常常丟失定位的場景中，毫米波雷達的加入會明顯改善此類情況。

而與24GHz雷達相比，77GHz的頻帶在前端遠程雷達應用上無疑是壓倒性的優勢，單單其高精度和高分辨率就能對檢測物體做出更密集的點云檢測。收集到的點信息密度可提供高保真度，這種清晰的“可視化”對于移動機器人來說是非常重要的數據，能夠確保它們的自主性。

上圖截取自TI搭載CMOS毫米波雷達的移動機器人障礙檢測測試視頻，其毫米波傳感器提供的點云數據更密集，不僅提供了距離信息，還提供現場人員的相對速度信息，進而根據接近程度和接近速度觸發機器人減速或停止。雖然24GHz雷達也能做到很好的障礙檢測，但是對于視覺的輔助則沒有運用毫米波雷達優勢明顯(見下圖)，毫米波雷達能更好地結合視覺與AI軟硬件，補足機器人更高階的智能移動。

毫米波雷達更高的射頻頻率也減小了傳感器尺寸，對于相同的波束寬度，更高的射頻頻率支持更小的傳感器并進而實現緊湊的芯片組設計。目前市面上毫米波雷達已經做到在超小封裝中實現出色的集成度，PLL、發送器、接收器、基帶和 ADC都能緊湊地集成在收發器中，給予雷達前端空間設計的靈活度也是不錯的。

但毫米波雷達昂貴的成本與極多的分立組件也是個避不開的問題，領先的毫米波雷達廠商是將射頻、處理和內存資源集成到一個單片CMOS芯片上，這樣才讓器件在成本和尺寸上不至于讓人難以接受。否則，這種對傳感性能帶來革命性提升的雷達也很難在機器人應用上大面積鋪開。

寫在最后

機器人的感知層面從來都不是單一傳感就能完全覆蓋，不同的傳感技術結合起來才能取得最佳效果。即便是同為雷達傳感的二者也是如此。毫米波雷達優秀的感知能力與魯棒性注定了它會在高階的智能感知智能移動上大展身手，大大提高機器人的智能化操作。在毫米波雷達強大的性能面前，傳統的24GHz雷達傳感也在相當多機器人場景中發揮著它成熟且實用的作用。機器人多種傳感的結合與合適的應用才能加快機器人的智能化演進。

原文標題：24GHz還是77GHz?機器人雷達技術的取舍

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審核編輯：湯梓紅