四、康养雷达市场
(一)市场背景
1、政府出台系列政策提升智慧健康养老产品供给和应用
康养雷达是一种以老年人为主要监测对象,可以实现人体感应探测、跌倒检测报警、睡眠呼吸心率监测等重要养老监护功能的新型智慧健康养老产品。
随着我国经济社会的快速发展,智慧健康养老产品和服务正不断丰富,智慧健康养老理念已深入人心。但是,我国智慧健康养老产业仍面临技术产品供给不足、融合应用不够、产业公共服务能力薄弱等问题。因此我国从供给端和需求端两方面出发,出台了多项政策来提升智慧健康养老产品供应和提高信息技术融合应用,以发挥科技创新在应对人口老龄化问题中的第一动力战略作用。
在供给端方面,工信部、民政部、国家卫健委先后在2017年和2021年联合发布了《智慧健康养老产业发展行动计划(2017-2020年)》和《智慧健康养老产业发展行动计划(2021-2025年)》(以下简称《计划》)。其中2021年《计划》中明确提出要通过实施智慧健养老产品供给工程,重点发展健康管理类、养老监护类等五大类产品,带动传感器、微处理器、操作系统等底层
技术突破,实现多模态行为监测、跌倒防护、高精度定位等实用技术攻关。
同时,为落实《计划》,促进智慧健康养老产品和服务推广应用,推动智慧健康养老产业发展,工信部、民政部、国家卫健委还先后在2020年和2023年组织评选公布了《智慧健康养老产品及服务推广目录(2020年版)》和《智慧健康养老产品及服务推广目录(2020年版)》,其中有多款康养毫米波雷达入选。
在需求侧方面,国家和地方各级政府主要通过推进护理型养老床位建设和老年人家庭适老化改造两方面政策来促进智慧健康养老产品的应用。
其中国家政策层面,中共中央、国务院,以及民政部、财政部等国家机关单位先后发布了《关于印发“十四五”国家老龄事业发展和养老服务体系规划的通知》(国发〔2021〕35号)、《关于推进“十四五”特殊困难老年人家庭适老化改造工作的通知》(民发〔2022〕9号)、《关于做好2022年居家和社区基本养老服务提升行动项目组织实施工作的通知》(民办函〔2022〕60号)、《关于推进基本养老服务体系建设的意见》等重要政策文件,明确提出未来几年国家护理型养老床位建设和老年人家庭适老化改造的目标。
图表47:2021-2023年国家和地方各级政府养老基础设施建设政策
地方政策层面,2022年以来,广东省、重庆市、陕西省、昆明市、深圳市等省市先后发布关于推进做好老年人家庭适老化改造和护理型养老床位建设工作的通知,并在其中明确了各阶段的工作和建设标准。以上系列政策的实施有力推动了智慧健康养老产品的应用。
2、毫米波雷达多项功能助力智慧健康养老场景
根据雷达AI算法部分的不同,康养雷达产品可以分为人体感应探测雷达和智能康养监测雷达两类。
其中人体感应探测雷达属于基础型康养雷达产品,算法相对简单,仅用来实现探测老年人有无生命体征的基础功能。
而智能康养监测雷达,则是通过融合AI算法,可以实现例如跌倒检测、睡眠呼吸监测(慢性呼吸疾病、睡眠质量监测)以及心脑血管疾病监测(实时心率/心脏节律、心律不齐筛查、异常心率监测)等更复杂功能。
图表48:智能康养监测雷达主要功能介绍
其中,跌倒检测雷达是目前市场推出最多的细分康养雷达品类,现阶段主要面向地方民政部门和养老机构;睡眠呼吸监测和心脑血管疾病检测均是借助毫米波雷达长时间对使用者的睡眠呼吸情况进行无感监测实现。另外,随着大众对自我健康的高度关注以及医学科普带来的健康管理意识的提升,呼吸心跳等生命体征监测医疗器械产品也开始在逐渐走俏。
(二)市场规模
国内康养雷达市场尚处于导入阶段,现阶段仍以政府端需求为主。近两年在老年人家庭和养老机构适老化改造需求推动下,国内康养雷达市场规模快速增长。据AIoT星图研究院调研数据,2022年中国康养雷达总市场规模达到4.4亿元,其中人体感应探测雷达3.1亿元,智能康养监测雷达1.3亿元。
图表49:2022-2027年中国康养雷达市场规模及预测(亿元)
随着康养毫米波雷达方案的不断迭代升级、芯片原厂推出更多的低成本方案,以及未来老龄化问题的日益凸显,我们认为未来五年康养毫米波雷达将由前期市场导入迈向快速增长阶段,到2027年市场规模增长至59.2亿元,年复合增长率68%,其中智能康养监测雷达市场规模达到47.4亿元。原因如下:
①预计未来五年康养雷达在C端市场将完成验证,2027年中国老年人口数量超过3.2亿,保守估计届时康养雷达产品市场渗透率将接近5%,为后期市场爆发奠定基础;
②“十四五”期间,政府主导的公立养老机构护理型老床位和兜底性老年人家庭适老化改造加快推进,智能康养监测雷达通过实时监测、AI数据分析等手段将集中解决便利性、安全性等多方面核心痛点;
③我国老年抚养比较高,养老护理人员不足,康养雷达产品将是人工护理服务的重要辅助和替代;
④我国第二波婴儿潮人口即60后人群开始步入老年,这部分人口养老消费能力优于当前的老龄化人群(50后及以前),受支付能力、消费观念等因素影响,新晋老龄人口有望对智能化养老产品表现出更强的支付意愿;
⑤养老消费类似育幼消费,部分来源于子女支付,年轻群体是目前智能家居用品的主力消费群体,有望带动智能康养监测雷达产品市场需求。
(三)市场格局
2022年以来,由于全国各个地区适老化改造的加快推进,国内部分家居和家电物联企业开始通过与毫米波雷达厂商合作的方式加入到康养雷达市场中。如海尔和以色列毫米波雷达独角兽Vayyar Imaging合资成立了青岛鲲泓科技,萤石网络联合森思泰克在今年1月推出了跌倒检测雷达产品等。另一方面,国内越来越多养老平台型公司将毫米波雷达作为核心技术之一,纳入到自己的养老服务体系中,具体例如泰康之家、平安管家、天与养老等。
据我们初步统计,目前国内已发布康养毫米波雷达产品的公司共有34家,其中具备康养雷达方案研发能力的公司主要有苗米科技、精华隆、金茂绿建、宇视科技、科技、Vayyar、中科博约、旷时科技、森思泰克、清澜技术等。
图表50:国内主要康养雷达公司简介
由于目前国内康养雷达市场尚处于探索阶段,竞争格局还未形成,加上康养市场存在地域性、相对分散的特性,因此现阶段市场还没有真正意义上的龙头出现。
(四)竞品分析
从市场发布的康养雷达产品来看,国内已发布共约30余款康养类雷达产品,代表的有苗米科技的mm系列、精华隆的ED713智能睡眠检测仪、金茂绿建的毫米波AI传感器系列、Vayyar公司的Vayyar Care、清雷科技的贝加安®、算丰征途的夜莺守护仪、百芝龙的PERSPICACE、时变通讯的安如氏TM、点可科技的DT-Smart等。
图表51:中国康养雷达市场主要竞品分析
从各康养雷达的产品参数信息看出,大多数产品选择60GHz频段,小部分用24GHz;传输方式主要采用Wi-Fi和4G两个版本,还有小部分用蓝牙、串口USB、zigbee传输。
从当前市场情况来看,许多终端厂商对于毫米波雷达技术的康养应用形态仍在探索中,究竟集成在哪种类型的家用电器上,或以何种形态将产品推向市场,这仍是终端厂商思考的问题。
(五)发展趋势
1、与AI技术深度结合实现智能感知升级
随着物联感知进入智能化的高阶周期,国内毫米波雷达企业也从原来通过简单的传感器堆砌方式,逐渐走向了另一条感知升级的进阶路径⸺将AI技术与毫米波雷达结合。
一方面,毫米波雷达结合AI技术不仅可以进一步提高雷达传感器的探测性能,而且还能够让雷达真正智能,理解目标的特性和行为。另一方面,通过利用AI技术还可以将毫米波雷达和视觉等其他传感器实现异构融合,达到高准确度、高鲁棒性、高完整性的环境感知。
2、融入AIoT全屋智能管理体系协同发展
当前康养领域毫米波雷达主要以独立单品形式来解决痛点问题,不过从中长期来看,和家居家电各类解决方案深度融合可能会成为康养雷达行业未来重要的发展趋势之一。
一方面,毫米波雷达技术正逐步进入空调、电视、照明等家居家电设备中,使无限雷达感知技术成为室内场景中基础设施的一个有机组成,进一步强化对于室内场景中人的24小时监测能力构建;另一方面,作为一种利用无线电进行感知的传感器,毫米波雷达对物联网有天然的亲和力,毫米波雷达健康监测功能的实现,本身便需要借助于物联网技术、通信技术,才能实现向用户终端进行报告、通知、警报。部分产品功能的实现,还需要购买运营商提供的通信服务。而包括小米、华为、三大运营商在内的企业,均在布局自己的智能家居生态,因此借助智能家居行业既有参与者的力量,或许可成为毫米波雷达进入健康监测领域的关键。
五、交通雷达市场
(一)市场背景
1、安全和拥堵问题制约我国交通运输发展
交通毫米波雷达主要用于路端测速、测流和停车出入口的道闸触发与防砸。中国是全球交通大国,交通的核心目标是安全、高效、节能、环保,随着机动车保有量的快速增加,拥堵给大城市带来每年上千亿的损失。为缓解日益严峻的城市交通拥堵问题,采用智能交通系统加强交通运输管理十分必要。目前,许多发达国家都已经开始全面推广智能交通系统,不仅解决了许多交通问题,同时也为建立起节约资源、保护环境的现代化城市奠定了坚实的基础。
近年来随着我国车路协同、智慧路口、智能信控的不断发展,智能交通信息化和数字化建设比重逐渐增加,基础感知设备数字化诉求不断提升,并在新基建等政策和资金的支持下,交通感知建设突飞猛进,带动了视频、毫米波雷达等感知设备的快速发展。毫米波雷达作为交通感知领域近两年来最受关注的产品之一,建设和应用规模迅速扩大。
2、毫米波雷达在智能交通中的细分应用场景
交通毫米波雷达细分应用场景分为高速公路、城市 道路、车路协同、城市停车四类。
图表52:交通毫米波雷达细分应用场景
在城市道路中,交通毫米波雷达主要应用于城市路口、国省道以及城市干线。城市干线主要是测速,目前市场比较饱和,市场竞争激烈,更多是存量市场更新换代;国省道路口应用流量雷达或安全防护雷达,防止车辆空等、提高行人过街安全,场景相对简单,功能容易实现;城市路口主要结合交通信号配时,缓解路口交通拥堵,这一场景也是目前毫米波雷达在城市道路应用的重点,也是各厂商竞争的焦点。
在高速公路中,交通毫米波雷达主要是测速、安全防护、事件检测、流量检测。高速公路是早期使用雷达最多的场景,主要应用在测速领域。随着高速公路新建道路里程逐步减少,新建项目在逐步下降,更多是产品的更新和维护。高速公路视频云联网第二阶段是智能分析,将推动高速公路中事件检测行业的发展,视频目前仍是事件检测的主要手段。
触发雷达是根据雷达工作机制而言,主要包括道闸雷达、ETC雷达,以及最新推出的安全防护雷达,雷达感知到目标触发道闸、视频等关联设备。其中,雷视一体机是近两年毫米波雷达与视频在交通领域中的创新产品。毫米波雷达能测速度、距离、角度,但对于静态目标无法检测且结果无法直观图像呈现,无法精确区分目标类型;视频容易受天气影响,雷视一体机刚好可以解决这些问题。目前市场应用处于起步阶段。
在车路协同中,毫米波雷达主要是用于路口信号控制和全程监控。车路协同是交通毫米波雷达新兴的应用场景,与视频、雷视一体机、激光雷达、气象监测设备等组成车路协同路侧感知系统,打造“智慧的路”。车路协同使用的毫米波雷达全部为多目标雷达,能提供更加多元数据,再配合GIS地图,提供目标的即时速度、即时位置等数据。受智能网联、车路协同政策推进,各地车路协同示范区、测试区不断建立,毫米波雷达或激光雷达成为标配,未来体量将随着整个车路协同市场的发展而扩大。
在城市停车中,毫米波雷达可用于停车位检测和停车场出入口触发和防砸。在停车领域,毫米波雷达主要是出入口道闸防砸雷达,用于检测车或人,防止砸人,砸车。道闸雷达的应用场景单一,功能简单,技术壁垒不高,产品价格不高,市场格局已经形成,目前体量已具有一定规模,但与传统的地感线圈检测方式相比,道闸雷达是近几年新研发的产品,目前停车场使用情况是地感:雷达>4:1,随着产品技术不断完善,目前业主的认可度不断提升,市场规模增长较快。停车位检测由于成本等因素,目前市场尚未完全打开。
3、国家高度重视智能交通基础设施建设
2022年3月11日,全国两会落下帷幕。期间多位人大代表、政协委员就智能交通建设,围绕智能交通运营商、法规修订、停车、交通基础设施等领域建言献策。其中,继续加强交通基础设施建设、建设交通基础设施数字化大基座、大力促进新型基础设施建设等提案,成为智能交通领域继修订《道路交通安全法》后的最受关注和讨论的内容之一。
近几年国家出台相关政策,针对城市智能化管理,加强科技手段促进交通管理的科学化、合理化和可持续性。2020年公安部交通管理局发布《关于进一步加强城市道路交通信号控制应用工作的指导意见》和《公安交通管理科技发展规划(2021-2023年)》,要求东部地区城市交通检测设备配置率分别达35%、45%、55%以上,中、西部地区城市交通检测设备配置率达30%、40%、55%以上,用以推进城市交通精细组织,夯实交通流信息检测、城市道路交通组织、信号配时三位一体的交通管控基础体系,因地制宜科学优化信号配时、交通组织方案,有效缓解城市交通拥堵。
(二)市场现状
1、2022年国内交通雷达市场规模超过17亿,出货量超过44万台
交通毫米波雷达市场从2020年开始一直呈快速增长趋势,2022年国内交通毫米波雷达市场规模已超过17亿元,其中流量雷达的市场规模最高,其次是雷视一体机和测速雷达。
近三年的国内交通毫米波雷达市场规模增长率都超过10%。究其原因:一是交通毫米波雷达准全天候特性,结合视频等采集设备,能为车路协同和智慧高速提供精准的路况环境信息,车路协同和智慧高速市场的增长带动了交通毫米波市场;二是2020年末出台的《公安交通管理三年行动计划(2021-2023)》对城市交通检测设备配置率提出要求,同时随着用户对雷达产品的认可程度逐渐提升,交通毫米波雷达产品开始广泛的应用在城市智能交通领域中,近几年出货量和市场规模一直保持增长态势。
从出货量看,2022年国内交通毫米波雷达的总出货量超过44万台,其中产品应用在城市交通领域的数量远远大于高速公路;雷视一体机的出货量增速远远高于测速、流量和道闸雷达。
2、交通毫米波雷达细分频段产品市场结构分析
从目前已安装使用的交通毫米波雷达频段占比可以看出,24GHz交通雷达产品占大多数份额,仍是路测交通监测雷达应用的主流;77GHz产品约占29%,由于76-79GHz频段被明确划给车载雷达使用,因此77GHz交通雷达产品逐渐转移至其他频段;剩下80GHz交通雷达约占2%,其他频段交通雷达约占1%。
图表53:交通雷达市场结构(按频段划分)
关于交通毫米波频段的选择,交通雷达厂商基本都储备多套技术方案应对频段政策变化。
早期交通测速雷达大多采用24GHz作为工作载频。24GHz作为ISM(工业、科学、医疗)频段,有效避开了大气衰减窗口。
2015年后,多家国际芯片大厂推出77GHz毫米波雷达套片,大幅降低了高频毫米波雷达的研发难度和成本。众多汽车雷达厂商都转向研发推广77GHz 毫米波雷达产品,很多路侧(交通)毫米波雷达厂商也开始尝试采用77GHz套片。
2021年12月工信部正式宣布将76GHz~79GHz频率频段规划应用于汽车雷达,为长时间以来车、路两端雷达频率频段共用的混乱局面按下了停止键。交通雷达厂商不得不将产品频段切换到80GH,由于80GHz的芯片组、天线设计、软件算法等都与77GHz一致,所以产品线切换相对容易,大部分交通毫米波雷达厂商复用了原有的技术路线,开始推出80GHz的雷达产品。
2023年5月,工信部公布新版《中华人民共和国无线电频率划分规定》,新增了“明确79-81GHz频段无线电定位业务将优先用于汽车雷达等应用。”的修订。修订一出,在智能交通行业引起了广泛讨论与关注。有业内企业尝试推动24GHz作为行业正式频段。
另外,2021年工信部发函称已启动92-95GHz频段频率使用规划研究,拟在此频段内解决智能交通领域路侧雷达的频率使用需求,目前暂未正式定稿。不过从产业链成熟度角度考虑,业内普遍认为92~95GHz频段短期内还无法实现规模量产。
最后,将于2023年10月1日正式实施的国标《交通信息采集 微波交通流检测器》采用24GHz频段,可以满足基本的交通流量检测、事件检测等需求。
(三)竞争格局
随着交通雷达市场需求的显著增长,吸引了越来越多企业进入该领域,除了传统路侧感知供应商持续加强布局外,科技巨头、车载雷达供应商等都开始切入交通雷达领域。
目前国内共有交通毫米波雷达企业约30家,主要分为传统交通雷达厂商、传统视觉厂商和车载雷达厂商等新进入者三类。
图表54:中国交通毫米波雷达市场主要参与企业
交通雷达研发厂商。该类厂商从原来的断面雷达到多目标雷达的研发一路走来,具备一定的交通行业和雷达技术的积累。但这方面企业相对来说较少,应该不超过10家。
传统的视觉厂商。他们目前主要以对外合作的方式推出雷视融合产品,以弥补其自身视觉产品在交通场景下的不足。
原车载领域做车载雷达的厂商。此类厂商在车载领域面临较大的挑战,从而转入到路侧雷达赛道以寻求新的突破点。
总体来说,目前行业处于一个充分竞争的局面,谁能真正脱颖而出,还要看各自的技术沉淀和市场上的应用效果。同时,雷达研发是非常烧钱的,因为有较高的技术壁垒,能否保持持续的现金流投入也是竞争的关键。这对每个厂商是一个很大的机遇,更是一个很大的考验。
根据赛文交通网的调研,中国市场交通雷达品牌影响力TOP10企业依次为:慧尔视、海康威视、大华股份、象德信息、杰瑞电子、宇视科技、木牛科技、博研智通、川速微波、志德华通。
图表55:交通毫米波雷达品牌影响力TOP10企业排名
(四)主要难点
交通毫米波雷达的主要设计难点,也即各个厂商的差异化竞争,主要在于以下三点:
(1)同等规模下的最大作用距离。雷达的最大作用距离几乎与雷达整体设计的各个方面,包括发射ERIP、接收通道数、覆盖范围、接收灵敏度、ADC动态范围、信号处理等都相关。根据雷达方程,笼统上,雷达每提升1倍量程需要提升约16倍系统增益,代价高昂。同等规模下的更大有效作用距离基本上全面表征了厂商的整体设计能力和实现水平。
(2)水平方位角的测角精度/分辨力。对于交通应用,雷达要求至少达到车道级别的定位能力。假设车道宽度为3m,则对于雷达在100m、300m、500m的夹角分别是1.7°、0.57°和0.34°。因此交通应用对于雷达的测角能力要求很高。此级别的测角精度/分辨能力,对雷达的整体天线数量、天线孔径、MIMO阵列设计、波达角估计方法等设计都有严格的要求。
(3)对于低速目标的分辨和定位能力。当前雷达技术主要是通过动目标检测(MTD)达到抑制地杂波的效果,对于静止目标不做输出。对于交通应用,例如堵车、计算排队长度等应用,雷达对于低速目标的检测能力对于最终输出结果的准确性是至关重要的。使零多普勒轴具有更小的色散、恒虚警(CFAR)方法、解多普勒模糊等,都是防止需要的低速目标和不需要的静止地杂波混在一起的重要的技术手段。
(五)趋势分析
1、交通雷达往一体化、高性能、控成本演进
从2023年的路侧感知市场来看,无论是路侧纯视频设备、还是雷视一体设备,在外观上在往一体化集成方向发展,且产品外观也不在局限于传统的枪机、球机或者传统的雷视一体,开始变得多元化了。
智能路侧感知是整个智慧交通/智慧道路的底层基础技术,对智慧交通/智慧道路的发展至关重要。路侧感知硬件主要包括摄像头、毫米波雷达、激光雷达、雷视一体等。目前来看,单一的路侧感知硬件无法满足智慧道路的需求,多传感器融合是路侧感知的发展趋势。整个路侧感知硬件市场正向着高性能、降本方向发展。
2、4D毫米波雷达开始探索应用于路侧
毫米波雷达是路侧感知传统硬件,近些年路侧厂商开始探索将4D毫米波雷达应用于路侧。目前主流的路侧感知硬件供应商中,雷森电子、德冠隆、慧尔视等都相继推出了4D毫米波雷达产品。
图表56:交通雷达厂商推出4D雷达产品
六、其他应用市场
(一)智能安防
随着社会的发展,人们对安全防护的等级的要求也越来越高,迫切希望通过一种技术实现围界安防和区域安防,做到前期能提前预警,后期又能形成持续有效的追踪。当下传统的安防系统技术基本采用振动传感器、红外对射、被动红外、电子围栏、视频监控、热红外等手段,易受恶劣天气、遮挡、复杂环境影响,在某些方面都凸显出其不足,不能普遍适用到多种多样的核心要地防范需求。这时毫米波雷达安防技术手段完美解决了上述问题。
安防系统按照其作用范围划分可以分为周界安防和区域安防。周界安防主要作用于围界,为‘线’式安防。而区域安防主要作用于一个平面,为‘面’式安防。
图表57:雷达周界安防系统图例
图表58:雷达区域安防系统图例
毫米波安防雷达为线性调频连续波雷达,实现了对监测区内空间无任何间断全程覆盖,具有体积小、重量轻、可靠性高以及距离盲区小、无速度盲点、高距离分辨力、良好的抗干扰性能等优点。与红外对射系统相比,安防雷达提供的是一个具有一定高度和厚度的连续的毫米波雷达墙,没有钻越和跳越的可能。与线缆型系统相比,安防雷达不仅能对侵入目标进行定位,而且可以获取监控场景内移动物体的速度、方向、距离、角度信息,24小时无间隙监控。与具有同步变焦激光补光灯的高速球型摄像机配合,可以实现目标跟踪,不仅可以立即定位入侵点位,而且能够获得很好的图像信息,便于安保人员做出快速响应,从而避免事故发生。
毫米波雷达的优势在于,单台雷达可以实现360°区域覆盖,任何具有一定表面积的物体进入雷达防护区域,都能够被探测 到,并可以自由划分防区,实现提前预警的目的。毫米波雷达探测范围可达3Km,用于油库、油田、码头等拥有较大场地的企业 安防系统,优势明显。 目前,国外的瑞士RFbeam,国内的芜湖森思泰克、纳雷科技、同方威视、中电38所、青岛国数科技公司、山西禾源科技和电子科技大学对该领域有研发。以森斯泰克、纳雷科技的产品来看,该领域雷达都集中于24GHz频段。
(二)工业监测
毫米波雷达在工业上应用的典型例子是雷达物位计或雷达液位计。众多生产企业拥有若干大型封闭性的物料罐,其进料和出料均采用机械化操作,需要用传感器测量罐内的物料或液料的高度(体积)。毫米波雷达物位计因其非接触、测量准确性、和物料环境适应性特别受到青睐。
图表59:雷达物位计图例
毫米波雷达物位计采用24~26GHz线性调频连续波,其测量原理和常规的多普勒雷达测高仪相似。由于雷达物位计可使用相对长的测量时间(例如秒级或更长)来获得测量数据,在距离测量中使用信号积累技术非常重要,能够大大提高测量准确度。
中国市场上有多家国外进口的雷达物位计,例如德国西门子公司的产品因性能优良占有一定市场。国内也有制造商,但技术来源不详。据估计中国雷达物位计及相关设备市场已达到4亿元人民币。
水文监测是工业雷达液位计的重要应用场景之一,近年由于突发性强降雨或者持续降雨引起的水位上涨导致的安全事故频发。外部有江河分支流向城市的河道迅猛水流,内部有城市交通隧道或者立交桥下等容易积水的地方。基于毫米波技术的雷达水位计拥有非接触式测量,量程大、精度高,安装方便等特点。毫米波雷达首先定位河床高度为基础高度数据,通过在监测过程中河道液面与毫米波雷达与的之间距离数据,得出当时水位高度。且因毫米波雷达几乎不受外界温度、湿度、雾气等恶劣环境条件的影响,完善补充目前主流水位监测传感器的短板。
图表 60:国内水文监测毫米波雷达产品
目前国内形成一批专业化的物位监测雷达厂商,包括智驰华芯、精波仪表、上海航征、华聚科仪、九一传感、天眼感知、划创科技、万讯自控等。
毫米波雷达在工业上另一重要应用是工程测绘。地理测绘是一项国家长期进行的工作,测绘学研究测量地球表面自然形状和人工设施的几何分布,所得的信息可用于编制各种比例尺的地图,以供城市规划、交通建设、水利开发和环境保护等诸多方面使用。定期开展测绘工作,可以实时掌握地理信息,进行各项调控和规划。但西南地区云雾天气较多,光学测绘设备受天气影响,无法持续进行测绘,很多区域不能实时更新地理信息。
机载毫米波测绘雷达不受天气影响,无论阴晴雨雪均可工作,体积小、装机适应性强,且毫米波雷达由于波长短、频率高,使其具有测量精度高的特点,基于该频段的雷达天线可以采用轻小型、一体化设计,无需对现有测绘用的机载平台进行改装,成本低、实装性强。国内多型飞机均可搭载飞行,保障快速反应并顺利获取测量区域图像。
中国航天科工集团二院23所所研制的机载毫米波测绘雷达在成都西部山区获得首幅1比5000比例尺图像,使国内测绘市场第一次拥有了机载毫米波测绘雷达测绘出的图像。华测导航公司也设计工程测绘领域,不过产品多为激光雷达,且没有毫米波雷达测绘应用的产品。
(三)民航应用
毫米波雷达在民航领域主要应用是跑道FOD检测、机场围界安防。
跑道是作为航空器起降的核心区域,因为航空器的速度很快,发动机功率也很大,所以FOD更容易对航空器产生损伤,因此,FOD具有构成单一、数量较少、偶发性高和危害性大的特点。跑道高危的FOD占到总量的77%,而且大部分属于金属物。
跑道异物和鸟类入侵是机场跑道最大的两个安全问题,其中跑道异物,例如掉落的一些金属、橡胶的物体会对飞机轮胎、发动机造成非常严重的危害,每年造成的直接损失至少大于50亿美元。
机场安全防范系统按照区域划分主要包括:航站楼安全防范系统、飞行区安全防范系统和其它公共服务区安全防范系统三大部分。其中,飞行区安全很大程度取决于飞行区机坪及周边围界的安全。机场围界作为机场飞行区与外界隔离的第一道安全屏障,担负着保障飞行区安全的重任。针对机场围界来说,传统的安防手段很多。除了物理围栏,技术上有振动光缆、辐射电缆、高压脉冲、视频监控等。目前,振动光缆在机场周界防范系统中应用较多。
但振动光纤缺点很明显,易受天气影响,尤其是大风、冰雹的天气,误警率非常高;视频监控,也是受天气影响很大,无预警和报警功能,需靠人工远程判读;依靠简单的“老三防”进行飞行区围界安防已远不能满足机场管理部门对飞行区空防安全管理要求和需求,在此情况下,对围界报警系统技术的提升显得尤为迫切。当前机场围界安防系统正朝着网络化、数字化、智能化及多技术手段相融合方向发展。
随着雷达的探测精度越来越高,基于毫米波雷达的周界防范系统,在机场能够很好地解决目前现有的安防技术一些缺陷,比如说误警率非常高的问题、入侵目的有效跟踪的问题、入侵人员跨越现有周界技术的问题、维护成本高的问题等。同时,其扩展性很强,并能够为多个机场安保部门提供所需要的信息。相比只有摄像头的监控方式,雷达周界安防覆盖范围更广,并且不受沙尘、雾霾、下雨、光线强弱等恶劣环境的影响。但雷达在有地形或障碍物遮蔽时,存在覆盖盲区问题,对空管导航雷达的相互影响有待进一步论证。
国外公司英国QinetiQ、德国莱茵金属、以色列Xsight、美国Trex和新加坡Stratech、以及国内公司中航飞机和中航电子都有对FDO系统的产品研发。各公司使用的毫米波频段为:英国QinetiQ为94GHz;以色列Xsight为76GHz;美国Trex为79GHz;新加坡Stratech不使用毫米波雷达。
国内北京航通天下、湖南华诺星空、川速微波、北京神州太讯、深圳市杰士安、纳雷科技等公司有相关产品。
(四)船舶避障
在船舶碰撞事故中,89%-96%的事故可归因于人的自身原因,包括明显的和潜在的原因,如何有效解决无人船近距离避障问题是世界的一大难题。无人船能够在水上自主航行的关键在于其快速、高效的自主路径规划能力,而优异的自主路径规划能力主要依靠其对周围环境的准确感知。无人船环境感知的原始数据来源于各种船载传感设备。
纳雷科技毫米波雷达防碰撞方案:采用1+N(SP70C)个24GHz毫米波雷达,一个长距离毫米波雷达和N个中距离毫米波雷达,长距离可以选择100米~450米的长距离雷达,实现前向防碰撞,根据覆盖区域和船舶大小不同,可以根据实际情况选择N个中距离毫米波雷达,实现船舶360°无死角防护。基于毫米波雷达的无人船防碰撞系统,采用FMCW体制,能测量目标的距离、速度、角度,具有良好的水波抑制能力,很好的解决这一无人船近距离避障难题,目前已经有5家以上的无人船厂商使用这一方案。
(五)无人机
民用无人机逐渐走进了生产生活领域。直升机和固定翼是两种技术上十分成熟的无人机机型,前者可以实现在空中任意位置的悬停,而后者的优势在于超长续航能力和超长距离航线飞行,两者各有侧重。伴随着民用无人机技术的成熟和大规模普及,中国已经成为世界农业无人机最大应用国。其中,以植保无人机为代表,正在走进普通老百姓的生活。但受地面和植被起伏影响,无人机在作物上方固定高度的飞行总是不稳定。
摄像、超声波雷达技术极易受作业环境中极大的粉尘与水雾干扰,这对于主要实施低空喷洒作业的植保无人机来说,是很难实现精准探测的。而可靠性、准确度以及感知距离高度等方面的探测偏差,又会严重影响正常的作业效率和效果。
图表61:无人机雷达图例
毫米波雷达高度计与避障雷达系统,解决了这些问题。在飞行与作业的精准度、稳定性上都有极好的表现。毫米波雷达高度计探测的是飞机到植物叶片的相对高度,而非海拔、GPS高度,因此精准度更高,而避障雷达则可以穿透尘埃水雾,成功避开环境干扰,既能提升飞行的安全性,又能提高喷洒作业效果。一般一台普通的植保无人机,完全可以通过毫米波高度计和雷达建立起完美的感知系统,帮助植护无人机应对任何地形复杂的农田。
目前有智波科技、木牛科技公司在对该领域有产品研发,高度计使用的是24GHz频段。