發布日期：2022-04-17 點擊率：25
簡單的 RF 反射器已能在非常接近的位置以極低的分辨率探測物體的存在。 類似于單像素圖像，可探測物體的存在，但無法辨別形狀、大小、距離、動作、速度、加速度，或者任何其它更詳細、更確定的信息片段。 這項技術處于增長階段，正被大量新型應用所采納。 例如，用于盲點探測的簡單接近雷達使得汽車更加安全。 環繞雷達起初僅放置在車輛四周的兩三個位置，現在的小汽車已將這種雷達作為防撞技術的一部分，并且為了操作方便、安全，還使用了接近探測功能（如在自動升降門操作中）。
但是，這并不止于此。 并排停放的汽車能以更高的分辨率利用這種技術，并在軟件中構建三維模型。 啟發式算法（類似于 PCB 自動布線）可以找到最佳方法，且伺服反饋運動控制可以接管方向盤、制動器和油門。 這遠遠超出了單像素型傳感器的能力，并需要更高分辨率的傳感器或發生波束調向（或兩者皆備）。
RF 在成像方面優于可見光，且在基于處理器的成像應用中，RF 傳感器陣列可以取代或增強 CCD 式可見光探測器。 本文將探討可用于更高分辨率 RF 成像的技術。 我們會探討一些技術和方法，以及相對于視頻技術的優勢和劣勢。 本文所引用的所有零件、規格書、指南和開發系統均可以在 Digi-Key 網站找到。
走出陰影
RF 在成像方面優于可見光，且在相關市場和領域中，RF 傳感器和陣列可以取代或增強 CCD 式可見光探測器。 在這兩種情況下，一旦建立現實的有限元“線框圖”，便會執行基于處理器的成像增強和分析。
您可能沒有意識到，RF 接近技術已經使用了幾十年，一直在默默地監控著陰影中的運動。 早期是使用 PIR 運動探測器，但是不太可靠。 常常會出現誤報的情況，因此業界提出使用雙技術系統，以通過微波脈沖來探測接近或運動中的變化。 PIR 和微波傳感器必須同時作用，才能最大限度減少誤報。
硅發射器和檢測器的開發使這些技術得以廣泛部署，從而實現大規模量產，并可省去昂貴的調整或校準花費。 早期的 PIR 探測器戰略性地放置在 PCB 上，在世界各地的安全系統中促進了運動檢測器產品的快速增長。 設計人員很快便了解如何補償環境照明條件（圖 1）。
這里應指出的是，現代的單比特 PIR 探測器仍然是一種活躍的可行技術，且將來亦會很有用。 許多情況下，只需一個 PIR 即可節省功耗。 當觸發警報或喚醒條件時，RF 或視頻或微波傳感器發射器即會通電。
圖 1：精密單片式傳感器的供貨能力使大規模量產成為可行。 PIR、CCD 陣列和視頻傳感器均是如此，RF 傳感器也將如此。 請注意，硫化鎘光電池支持環境光補償。
不同的成像方法
最常見的消費型無源成像設備使用視頻探測器作為低成本傳感器元件，利用高速 DSP 處理技術在圖像中呈現人眼無法識別的細節。 固定的視野或運動反射器技術都可以允許現代的高分辨率圖像傳感器捕捉圖像，并將其傳送到嵌入式處理器、DSP、FPGA 或專用的圖像處理元件（如 TI SN65LVDS324ZQLR）。 象 Cognimem 901-3001 之類輕便的小型視覺傳感器評估和開發板，亦是開始獲取測試圖像的理想選擇。
然而，視頻傳感器通常是無源的。 IR 發射器可用于實現微光圖像采集，甚至可變顏色的發射器可以突顯出更多細節。 然而，更大范圍和更高分辨率的掃描通常需要 RF 或激光。
飛點掃描并不是一項新技術，但仍然很實用。 這類似于傳真機中的一維線掃描器、超市中的條形圖掃描器或二維掃描器（如微型投影機中使用的掃描器）。 與視頻光柵掃描類似，激光器對視野模式進行追蹤，一種簡單的強度探測器會創建視頻信號，該信號可使用顯示系統進行調整，或者可以發送給處理器存儲器進行分析。
早期的激光打印機和掃描器實際使用基于電機的旋轉六角形或八角形反射鏡組件來掃描電弧（圖 2）。 最初在一維掃描中，這些強度調制波束會對硫化鎘鼓充電，在進入碳粉部分之前，硫化鎘鼓會將電荷轉移到紙上。 同樣地，對此功能應用硅工藝產生出數字光導管技術，該技術使用微電子機械系統 (MEM) 在芯片上實現動鏡。
圖 2：經在條形碼閱讀器和激光打印機使用實證，支持一維和二維的機械飛點掃描器可靠、耐用，且適合使用波導式 RF 波束。
飛點掃描使用無強度調制的穩態波束，以及對發射器的光波或 RF 波長敏感的探測器。 進入探測器的反射信號會產生視頻信號，視頻信號的瞬時強度表示所掃描表面的反射率。 按照這種方式，系統會通過同步到對應于存儲器地址邊界的開始行和結束行探測器，自動構建存儲器中的圖像。 信號返回所花費的時間表示范圍。
動鏡可以按照不同波長（如光或 RF）被反射，且象 Texas Instruments DLP3000FQB 和 DLP4500FQE 這樣的動鏡單片可以分別執行 WVGA 和 WXGA 分辨率所需的機電探測。 我們知道這些零件具備價格競爭力，因為電視制造商大批量使用這些零件。 我們還知道，可以使用表面涂層將表面反射到不同波長，且 RF 波束可以被反射，就像其它形式的電磁能一樣。
可以使用多種視頻開發和評估系統對這種方法進行測試和原型開發。 請注意，圖像頻譜對于處理器和存儲器來說并不重要；一旦在存儲器中捕捉到圖像，無論源掃描是 IR、UHF、UV，還是伽馬射線，都沒有關系。 存儲器中的強度調制呈現仍會反映實真世界（別無他意）。
另一個要注意的事項是，較低頻率的 RF 比可見光更容易探測更接近的距離。 較低的頻率可以探測相位校準，而可見光則較難辨別。 基于以上原因，波長較長的 RF 與可見光和基于視頻的方法相比，具有更多的優勢。
另外，還要考慮射頻載波上的調制頻率可能增加價值。 由于可以輕松獲得校準點，線性調頻脈沖模式可以簡化反射時間的測量。 此外，移頻可以在反射面中拾取共振。 而且，音頻和超聲波調制可以允許重新使用已開發的先進技術。
一種好方法
用于超聲波成像的技術同樣可用于 RF 成像。 在這種情況下，發射器會引導波束方向，形成一個帶有超聲調制信號的路徑，然后接收器拾起路徑，并將數據傳遞給可以相當快的速度提取細節的高集成處理器。
有多種現有單晶片可提供幫助，包括象 TI LM96570SQE/NOPB 可配置發射波束形成器這樣的波束調向裝置（圖 3）。 高達 80 MHz 的脈沖速率可以在單個通道上或同時在所有八個通道上啟動，這些通道具有高達 64 位模式以及 0.78 納秒定時分辨率。 超聲波脈沖器的一個很好的例子是 Microchip MD1712FG-G，它可驅動兩個通道產生五級波形。
圖 3：來自高級、集成式成像元件的超聲波信號可用作 RF 上的調制信號，繪制出 RF-scape 視場。 現有可用的輔助成像芯片可簡化后端圖象處理的設計。
同樣，STMicroelectronics STHV800L 脈沖發生器具有高達 300 MHz 的帶寬，雖然高壓壓電驅動電路可與壓電變送器配合工作，但如果這些零件承載 90％ 的負荷，那么為 RF 級設計一個接口是比較簡單的。 8 通道 STeval-IME009V1 是一種了解、測試和試驗該技術的快速便捷的方法。
在這方面，可以使用一些超聲成像設備快速進行原型開發，并輕松耦合到 RF 級。 一旦您能夠在存儲器中構建圖像，系統便會以更高的分辨率完成大量 RF 成像的基礎工作。
豎起天線
在不移動零件的情況下也有多種波束調向技術可以使用，此時采用可允許定向微調波束控制的靈敏度或方向的天線元件。 反過來，這樣就可允許設計并實現 RF 飛點掃描發射器以及高增益定向編程天線。
當存在網狀網絡時，可以使用另一種技術來檢測運動和移動。 這稱為斷層運動檢測，當無線電波在網狀網絡的節點之間傳遞時，這種技術便能夠感應到這些干擾。 這些系統能夠在完整區域內進行檢測，因為它們可以穿過墻壁和障礙物進行感應。
可調整 RF 發射器的頻率，使其穿透霧氣（基于視頻的系統的限制）并穿透表面（如 RF 探測器），以在眾多區域執行更多活動。
如需詳細了解本文討論的零件，請使用文中提供的鏈接訪問 Digi-Key 網站上的產品頁。
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