产业奔流 | 毫米波雷达传感器，为何成为全屋智能的香饽饽？- 大数跨境

传统雷达体积大、功耗高，受测目标离雷达距离远，例如测算几公里甚至几百公里的飞机距离，我们已经毫不陌生。随着半导体技术的进步和自动驾驶兴起，毫米波雷达尺寸逐步变小。再加上消费级产品的蓬勃发展，毫米波雷达芯片的尺寸已经降低至几毫米。

我们知道，传感器行业一直是智能家居的细分行业，而雷达波传感器又是传感器子系统的新兴组成。为何要深度谈一下毫米波雷达，主要是独立式毫米波雷达传感器以及内置毫米波雷达的产品，在2022年春季出现了扎堆推新的现象，尤其是华为将独立式毫米波雷达传感器加入了全屋智能产品矩阵中，让人们认为这原本就是一款非常成熟的产品品类。

产业背景

其实，毫米波雷达并不是新技术。

但是对于全屋智能产业来说，从上游芯片的创新配套开发以及终端产品的实际应用来看，确实是较为新颖的技术应用。未来也将是每个智能家居企业，尤其是全屋智能企业必须掌握的技术应用。

毫米波雷达早期主要应用于军工、汽车领域，价格也通常要在几千甚至上万元，现在也已经降至几百元。同样消费电子级别的毫米波雷达直到出现大幅度下降后，近几年才开始有规模化应用。

毫米波雷达产品其实很早就存在于智能家居产品品类中，但是产品价格动辄就是不亲民的四位数，之所以今年全屋智能领域爆发出现的根本原因，还是成本的大幅度下降，终端面价已经普遍降低到几百元，部分品类OEM的价格甚至在300元以下。用户已经可以勉强接受这种产品，通过雷达波产品来进行联动，获取更好的体验。

全屋智能毫米波雷达普及之路

众所周知，雷达传感器已经被应用于诸如智能驾驶、安防、无人机、医疗、工控、照明等成熟行业。

从产业发展以及角度来看，从车载的普遍应用到家庭中应用，毫米波雷达技术在全屋智能领域的应用刚刚起步。主要得益于，随着新型低功耗、小尺寸的传感器不断发展，雷达正在被应用于许多消费级的智能硬件中。

毫米波雷达其实是智能家居实现全场景智能化的必备技术应用，主要是得益于消费者以及产业链对更高精度判断的需求，实现更好更稳定的场景与产品体验。

认识毫米波雷达波技术

毫米波雷达通过微带阵列天线向外发射毫米波（调频连续波），接收目标反射信号，一发一收或者一发多收。

毫米波是指工作频率在 30～100GHz，波长在1～10mm之间的电磁波，所处波长范围正好与微波和远红外波之间相交叠，让毫米波同时具有这两种波谱的特点。电磁波的空中往返时间，纳秒、皮秒级别。民用的主要波段为24GHz、60GHz、77GHz、79GHz。77GHz、79GHz主要用于汽车防撞雷达，检测距离大于160m，可全天候工作。

目前家庭领域主要应用的是5.8GHz、24GHz以及60GHz，市面上智能头条统计推广度最高的是24GHz和60GHz，例如华为和迈睿等推出的是24GHz产品，绿米和云米等推出的是60GHz产品。

24GHz VS 60GHz

毫米波雷达主要是通过对目标物发送电磁波并接收回波来获得目标物体的距离、速度和角度，波就是光速，所以测量数据的反馈非常快。毫米波雷达测出的数据非常多，所能测量的数据包括速度、运动方向、距离、角度、目标有无、行为姿态、数量、微动等信息，同时拥有抗干扰能力极佳的特性。

海外企业应用

在智能家居领域，欧美的智能家居主要把雷达应用，用于隔空交互以及健康检测两大场景中，而不仅仅是传感器的照明联动、空调联动等。

2021年，Google推出的Nest Hub 2代，正面右上角安装了一枚雷达传感器，可以根据睡眠时的四肢及身体摆动和呼吸时身体的上下起伏对睡眠质量的综合分析，同时还能监测呼吸状态，以及智能的辨别咳嗽和打呼噜。

2022年初，Google 联合 CTA（美国消费技术协会）发布了一项开放式雷达标准协议 Ripple，即Project Soli 雷达技术, 采用了定制的 Soli 芯片，谷歌希望在设备的软硬件端打通对雷达技术的支持。Soli 芯片尺寸已经缩小到8x10 mm，并将雷达、波束成形天线封装成为一套高集成度的应用技术方案，应用场景也获得极大扩展。

目前，亚马逊正在开发60GHz频段的雷达装置来实现睡眠监测，不仅能识别睡姿，还能识别手势操作，具体内置可能是在智能音箱内。去年12月，亚马逊也用了Vayyar Care服务与Alexa Together居家长者服务进行了订阅。

独立式智能传感器

目前，现有技术中常用的全屋感知人的动作触发，往往使用视频监控或者红外传感，视频监控涉及到人员隐私容易引起被监测方抵触，而红外人体感应只能用于判定人员的有无状态，难以获取人员的精确位置信息。

独立式的雷达波存在传感器，主要是用于检测存在识别，可以了解人的真实存在情况、位置和方向、跌倒检测、追踪等，用于与照明设备、环境设备以及家电设备进行联动。

智能头条旗下数智评测室，也评测过专业级的独立式毫米波雷达传感器，角度、发射频率、干扰皆可调，同时拥有多个协议版本。（评测全文见本文底部链接）。

当然，有些终端品牌，为了更加稳定，采用毫米波雷达+红外的双应用方式，保证场景的精准触发。

智能家居嵌入式与联动应用

不仅仅是独立的传感器，连内置的传感器也一样在替代红外感应，成为智能硬件的香饽饽，如智能音箱、智能空调、智能手表、照明、自动门、摄像头、马桶、水龙头、床、锁、门铃、健康检测、空调、风扇、扫地机、睡眠、面板、中控屏等智能家居设备，都已经作为雷达传感器内置或者联动应用的典型场景。

智能音箱：内置手势控制以及健康监测。

智能面板：雷达技术可以内置进行手势控制。

健康监测：无接触式的呼吸、心跳和血压的监测，体验24小时非入侵式的无感检测。

智能床：生命体征测量和多维度睡眠监测。

扫地机：房间地图绘制，路径导航。

门铃/锁：感应人接近。

智能手表：当手靠近手表时，会被雷达识别，并启动亮屏；做出切换手势时，手表软件界面也相应地轮回切换。

智能空调：跟随人的移动，来判断出风以及温度。

智能马桶：感应自动加温，自动冲水。

风扇：人近柔和出风，人远强劲出风。

终端技术应用优势

外观设计美观：毫米波的穿透性好，可以穿透塑料，对于终端来说，可以拥有很好的设计外观，可以将外观的一体性做得更好。

微动检测：室内人员在室内静止，但其身体局部有动作，包括手指动作、手臂抖动、讲话、摇头等动作，甚至其有规律的呼吸引起的胸腔起伏，根据微多普勒信息，实现精准存在判定。

不惧干扰全天候：对于物体的检测，也不惧任何颜色，即便是透明的玻璃、衣物、木板、塑料，只要是有运动，毫米波雷达也能检测出来。温度、烟雾气体也不用怕，安装在潮湿的浴室以及油烟较大的厨房也不用惧怕。表面受到强光照射、长时间不打扫或者有污渍灰尘，也只有微乎其微的影响。

检测范围大：视场角也比红外大且远，探测范围更广，主要大面积安装，也需要更少的设备，节省成本。

隐私性好：同样精度的检测可能需要摄像头，但是毫米波雷达不侵犯隐私。

绿色节能：联动控制设备自动启停，减少不必要的电力浪费，从而实现去开关化以及无感化，相比家里灯具的能耗，雷达传感高频率低功率，能耗更低。

检测数据多：速度、姿态、角度等各种综合参数同时检测。

连续追踪：通过连续调频，可以对家里目标连续跟踪，甚至到静止目标也可保持跟踪不丢失。

3D姿态定位：行为姿态，站在、坐着、躺着都可以雷达成像。毫米波雷达可以同时测量目标的方位角和俯仰角，从而获得丰富的被测量目标的点信息。利用所获得的信息，可以得到目标在三维空间（横向、纵向和高度）的分布状态，根据目标在三个维度分布的相互关系，以及目标的高度变化和时间的关系等方法判断出目标的姿态（如站、坐、躺和摔倒），实现区分大人与小孩、人与宠物的需求。

红外传感器VS毫米波雷达传感器

对于移动测算的各种需求，不像车一样，是线性运动居多，家里往往是复杂运动，而且受测的，多点复杂散射体。

传统红外传感器，高于环境温度的红外移动的时候，才能检测得到，不动的时候，是检测不到的。简单来说，目前红外人体传感器只能检测到人体的移动，但无法检测人体是否在一个空间内静止不动，如果是睡着了或者一动不动，真实的存在状态红外传感器是无法感知的。再用简单的例子来解释，遇到用户在家中的沙发上休息，灯可能会联动熄灭，空调可能会联动关闭；上厕所在马桶上专心致志的看手机，厕所的灯和排气扇也会关闭，这种智能场景会给用户带来困扰。

智能家居中，与普遍使用的红外运动传感技术相比，对环境和被测目标物理特性有较大的限制，而使用雷达传感器进行运动检测具备更高的准确性，并且可以确定移动物体的方向、物体的速度、距离、位置等，随着成本的下降以及算法的开发，雷达技术替代PIR技术成为新的趋势。简单来说，人体处于静止状态，但是会有一些肢体的微小动作，比如翻书、玩手机、打字等，毫米波雷达都可以检测出来。

毫米波雷达产业产业链品牌分布

事实上，由于国内毫米波雷达芯片产业起步晚，核心技术积累少，关键的毫米波核心芯片几乎被国际半导体公司所垄断。因此，突破高频率毫米波雷达芯片的技术瓶颈，对我国毫米波雷达产业而言具有极为重要的意义。目前国产毫米波雷达芯片已经开始大批量应用，例如家电等产品的内置应用，但是独立式的毫米波雷达传感器仅仅有小规模的量产。

以下是智能头条统计，拥有家用应用的毫米波雷达波产业链品牌厂商，各个厂家都在努力将微波雷达传感器的能力，最彻底地应用到全屋智能环境中。

芯片及解决方案企业：英飞凌、TI、NXP、Acconeer、Soli、Vayyar、加特兰、矽典微、矽杰微、台湾立积、意行、雷捷、云帆瑞达、问智微……

独立式毫米波雷达传感器终端应用企业：华为、Aqara、Yeelight、迈睿、麦乐克、萤石、涂鸦、欧瑞博、海曼、贝乐、赛特威尔、万佳安、云米、绿庆、电目、施特朗、智轩、河东、科力屋……

应用场景

更精准的判断，可以实现更精准的联动，而信息的收集需要高精度的传感器，准确的信息收集是智能化的保障，所以在应用场景上，信息收集的层级越多、数据越精准，联动的体验感就会越好，这也是行业人部分认为全屋智能的未来体验就靠高精度的AI传感去推动。如果保持一个固定姿势或者仅仅微动的话，传感器传感器实际上无法感受到人体的存在。

以下基础场景即红外传感器可以轻松做到的场景，高阶场景是红外传感器无法轻易实现的场景。

基础场景：

有人的时候，灯光、空调等设备会一直开启，人离开房间则自动关闭。

高阶场景：

•蹲坑看手机不动，照明与排风系统保持工作。

•沙发睡着小憩，空调保持正常运行，灯光调至昏暗。

•卧室睡眠的时候，主动智能可以判断人体睡眠状态，自动调整灯光、窗帘等进入睡眠模式和起床模式。

•针对老人突发状况，例如呼吸心率异常，跌倒姿态判断，如果1分钟内没有任何起身动作，主动智能可以立即提醒子女知晓，拨打紧急联系人电话。

•根据雷达波测算的房间面积，再加上人的姿态和位置判断，控制空调出风量、出风角度，调节音箱的合适音量。

•小孩、宠物被独自留在家里时，及时发出预警，摄像头跟踪照看。

•定时采样部署的各个雷达上报的目标人员数据，并转换为全屋坐标数据，将全屋坐标数据记录在全屋模型中，不仅是感应是否有人那么简单，通过人员的数量判断是否执行回家离家场景，整体的全屋空调送风量，新风系统的输送量。

•在全屋追踪过程中，根据各个检测分区的门线区域内的目标人员丢失/新增情况，判断是否发生跨域事件，若发生跨域事件，则将该跨域的目标人员信息继承到新的区域中的相应新增点位上，执行跟随照明等场景。

•比如开启观影模式，通过毫米波传感器检测到人的位置，自动调节灯光、窗帘、屏幕、音箱，组成环绕立体声播放，带来沉浸的观影体验。

•通过雷达的方向判断，用于玄关的离家/回家场景判断人是进还是出。

•配合摄像头、温湿度传感器、烟雾传感器等设备使用，将空间感知和多元信息结合，打造一个多元信息融合感知空间。

毫米波雷达在家庭应用的缺点

目前上一些芯片和解决方案，还是沿用了车载雷达的架构和算法体系，在实际应用中存在诸多瓶颈。车载与生活场景对应的电磁波散射、目标运动等物理特性存在本质差别，这使得基于汽车雷达的毫米波感知技术方案若要用在家庭日常生活中的全屋智能硬件，仍然存在近距盲区、识别精度不足、功耗大等天然缺点，因而使得车载方案不能满足智能家居、穿戴等新兴领域对毫米波雷达体积、功耗、精度等的要求，应用维度受限。

提高距离、角度、覆盖范围等指标的同时如何控制芯片成本，是目前限制毫米波雷达应用的主要瓶颈。对于滤掉空间电磁波干扰（Wi-Fi、5G、蓝牙、Zigbee等），以及蚊虫、飞鸟窗帘，树叶，绿植等微动物体，所产生的误触发和干扰，滤除红外光技术，解决晴天、阴天和雨天的光感值偏差等问题，以及噪声剥离算法，都非常考验解决方案以及终端厂家的能力。同时在体验上，也存在盖厚被子以及穿衣服背对着传感器无法精准检测的问题。

独立式智能传感器选购

家庭环境场景需求，多是<10米的近距目标探测，有些场景甚至是小于1米的极近距离。毫米波雷达传感器产品在选购的时候，有多个选购要素需要考虑：顶装还是测装安装，检测的波束角，自定义可调检测距离，功耗可否调节，支持协议的多样性，日光阈值调节，检测时间线，动作灵敏度。

一般24GHz采用顶装的方式，适合于家装前装、工装市场。

一般60GHz采用侧装的方式，消费类市场，这种安装比较方便。

畅想应用

全屋顶吸毫米波雷达传感器，帮助盲人疏导行走避障。

内置毫米波雷达传感器的面板，实现手势感知识别，让有言语障碍的人，或是不适合使用语音的场景下，也能操作设备。

书房的内置毫米波雷达的智能灯，可识别阅读者当前的精神状态，是否集中阅读。

总结及展望

汽车是因为提升安全性，采用了雷达技术，而智能家居是提升传感器精度，采用雷达技术。在车载毫米波雷达领域，目前处于“国产替代”的黄金期，目前智能家居领域的毫米波雷达也是国内外芯片都有应用的局面。

随着毫米波雷达技术在往小型化和低成本发展，目前我们已经看到了家庭全屋智能应用场景对毫米波雷达模组的巨大需求，预期未来3-5年会起量，像车载一样大规模起量。除此之外，未来毫米波雷达芯片以及传感器加入更多的AI能力，将会如虎添翼实现更加主动的智能。