Socionext Europe GmbH

Was aktuelle Radarsensorik alles bietet, verrät Matthias Neumann, Senior Manager Application bei Socionext, im Interview.

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Radarsensoren für Industrie und mehr „Die Umgebung mit anderen Augen sehen"

24.03.2021

Moderne Radarsensoren transformieren die reale Umgebung in eine digitale Welt. Socionext hat hochpräzise Miniatur-Radarsensoren für unterschiedliche Anwendungen entwickelt, die durch elektromagnetische Wellen eine zuverlässige Erkennung, Lokalisierung und Klassifizierung von Objekten im Erfassungsbereich der Sensoren gewährleisten. Was die aktuellen Radarsensoren sonst noch alles bieten, verrät Matthias Neumann, Senior Manager Application bei Socionext, im Interview.

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Dieses Interview ist Teil unserer Spezial-Reportage der E&E-März-Ausgabe 2021. Hier geht es zur zugehörigen Spezial-Story.

Das gesamte Interview als Podcast finden Sie hier:

Socionext ist als weltweiter Spezialist für System-on-Chip-basierte Lösungen bekannt. Welche weiteren für Sie wichtigen Lösungen beziehungsweise Produkte bieten Sie noch an?

Matthias Neumann:

Aktuell fokussiert sich Socionext auf die Bereiche Automotive, Industrial und Networking. Das sind die Bereiche, in denen wir das größte Wachstum sehen. Hier bieten wir insbesondere standardisierte Systems-on-Chips-, aber auch innovative Customized-ASIC-Lösungen an. Neben diesen spezifischen Chips haben wir eine ganze Reihe weiterer bahnbrechender Technologien im Angebot, die derzeit sehr interessant sind. Dazu gehören zum Beispiel Image-Signal-Prozessoren oder Beschleuniger für Künstliche-Intelligenz-Applikationen. Auch High Definition Power Line Communication ist ein sehr spannender Bereich. Insbesondere die Technologie rund um das Low Power Wide Area Network, das speziell im Industriebereich auf große Resonanz stößt. Als Ergänzung unseres Produktangebots offerieren wir zudem noch Radarsensoren, die aktuell in vielfältigen Anwendungen von großem Interesse sind.

Wie funktionieren Radarsensoren prinzipiell?

Radarsensoren sind im Prinzip so aufgebaut: Ein Transmitter mit angebundener Antenne strahlt eine elektromagnetische Welle aus, die von Objekten im Strahlungskorridor reflektiert wird. Dieses Echosignal beziehungsweise das reflektierte Signal wird vom Radarsensor mittels einer Empfangsantenne aufgenommen und weiterverarbeitet. Der Abstand zwischen Sensor und Objekt lässt sich im einfachsten Fall durch die Zeitverschiebung zwischen gesendetem und empfangenem Signal ermitteln. Zu den wichtigsten Radartechnologien zählen das Continuous-Wave-Radar (CW-Radar) und das Frequency-Modulated-Continuous-Wave-Radar (FMCW-Radar). Das CW-Radar strahlt über eine Transmitterantenne kontinuierlich ein Signal aus, das von einer Empfängerantenne zeitgleich aufgenommen wird. Sollte sich ein Objekt in diesem Detection-Bereich bewegen, entsteht dadurch ein Doppler-Effekt. Das heißt: Nähert sich ein Objekt dem Radarsystem, verändert sich die emittierte Frequenz am Empfänger. Diese Frequenzveränderung beziehungsweise Phasenverschiebung kann dazu genutzt werden, um ein Objekt im Signalbereich zu erkennen sowie dessen Geschwindigkeit zu ermitteln. Eine Komplexitätsstufe höher ist das FMCW-Radar angesiedelt. Bei diesem System wird auf die Radarfrequenz noch mal eine weitere Frequenz in Form eines Sägezahns moduliert. Aus dem laufzeitabhängigen Frequenzmix lassen sich durch einen kontinuierlichen Vergleich zwischen den gesendeten und empfangenen Signalen sowohl eine Radialgeschwindigkeit als auch eine Entfernung ermitteln. Diese Radarvariante eignet sich hervorragend zur zuverlässigen Distanzmessung, und genau auf diese FCMW-Radar-Systeme legen wir aktuell unseren Fokus. Natürlich unterstützen wir auch die anderen Radartechnologien.

Wie hat sich die Radarsensor-Technologie in den vergangenen Jahren verändert beziehungsweise weiterentwickelt?

Radarsysteme haben den Ruf, komplex zu sein, da immer ein analoges Antennendesign notwendig ist. Zudem sind sie durch die aufwendige Technologie häufig teuer, zu groß und verbrauchen zu viel Strom. Durch die Verwendung der CMOS-Technologie sind wir jetzt in der Lage, deutlich kleinere Bauformen mit einem sehr geringen Stromverbrauch und zu einem attraktiven Preis zu realisieren, sowohl im 24- als auch im 60-GHz-Bereich. Diese Radarsensoren in einem All-in-One-Gehäuse besitzen mehrere eingebaute Transmitter- und Receiver-Antennen, Funkschaltungen, A/D-Wandler und Schaltungen zur Entfernungsberechnung. Das sind große Pluspunkte, die auch neue Anwendungsfälle entstehen ließen und sicherlich zu den größten technologischen Sprüngen in den vergangenen Jahren zählen.

Welche Vorteile bieten Radarsensoren gegenüber Kamera-, Infrarot- oder Ultraschallsensoren bei der Bewegungserkennung von Personen oder Fahrzeugen?

Bei der Betrachtung der verschiedenen Sensortypen gibt es diverse Aspekte zu berücksichtigen. Ein Infrarotsensor zum Beispiel detektiert ein Objekt mittels Infrarotlichtwellen durch Aktivieren oder Deaktivieren eines Schaltausgangs. Die Qualität des erkannten Objektes (zum Beispiel groß oder klein) bleibt dabei unberücksichtigt. Eine Kamera dagegen kann aus einem Bild ganz viele Informationen extrahieren, nicht nur die Bewegung, sondern auch noch weitere Details des Objekts – ist aber durch die vielen benötigten Komponenten sehr komplex im Aufbau. Ein weiteres Thema ist die Genauigkeit und Zuverlässigkeit bei wechselnden Umwelteinflüssen. Infrarotsensoren reagieren gerade in Bezug auf Temperatur sehr empfindlich, und kamerabasierte Systeme haben Probleme mit kritischen Lichtverhältnissen oder Dreck auf der Kameralinse. Radarsensoren dagegen sind in diesem Umfeld sehr robust gegenüber wechselnden Umweltbedingungen und liefern zuverlässige Ergebnisse. Darüber hinaus können Radarsensoren sogar Materialien durchdringen. Zum Beispiel kann dieser eine Person vor einer Haustür erkennen, auch wenn davor ein großer Busch die Sicht auf die Person und Haustür verdeckt. Auch Regen ist für Radar kein Problem. Die Stärken von Radarsensoren sind demzufolge das Detektieren, Lokalisieren und mit den aktuellsten Systemen sogar das Klassifizieren von Objekten. Im Gegensatz zu Kamerasystemen sind sie deutlich günstiger und unempfindlicher gegenüber wechselnden Umweltbedingungen. Auch das Thema Datenschutzgrundverordnung und hier speziell Privacy durch nicht autorisierte Kameraaufnahmen von Personen spielt keine Rolle.

Sie bieten eine Vielzahl von unterschiedlichen Radarsensoren an. Wie unterschieden sich diese technologisch und in puncto Anwendungsgebiet voneinander?

Socionext bietet aktuell Produktlinien für 24- und für 60-GHz-Radarsensoren an. Aber auch ASIC-Lösungen für 76- und 79-GHz-Anwendungen haben wir im Portfolio. Die 24-GHz-Technologie ist gegenüber 60-GHz-Sensoren deutlich robuster. Zum Beispiel sind die Reichweite und die Durchdringung durch Materialien größer. Damit eignen sie sich generell besser für den Außenbereich sowie im häuslichen Umfeld wie Küche oder Bad, wo viel Feuchtigkeit entsteht. Bei den 24-GHz-Sensoren fokussieren wir unser Anwendungsspektrum hauptsächlich auf Bewegungserkennung und Lokalisation: Wo befindet sich die Person im Raum in Bezug auf Erfassungswinkel, Bewegung und Entfernung? Unsere 60-GHz-Sensoren sind für den erfahrenen Anwender konzipiert, da diese Technologie mit einer Vielzahl von Antennen arbeitet und entsprechend viele Informationen liefert, die über die reine Bewegungserkennung hinausgeht. Die Anwendungsgebiete dieser Sensoren beinhalten drei Kategorien: Das sind Detection, Localisation und Classification von Objekten. So lassen sich diese Sensoren ideal etwa im medizinischen Umfeld für Vital-Sensing-Aufgaben oder im Automobilbereich für die Child Presence Detection sowie Gestensteuerung einsetzen. Auch im Industrie- oder Security-Umfeld sind diese Sensoren durch Ihre Robustheit, Genauigkeit und Zuverlässigkeit uneingeschränkt einsetzbar.

Es ist wichtig, dass Radarsensoren genau und zuverlässig arbeiten. Wie gewährleisten Sie das?

Socionext setzt mit dem FMCW-Radar bereits auf eine Technologie, die von Haus aus sehr genau und zuverlässig arbeitet. Zudem verwenden wir – durch unsere über Jahre aufgebaute Expertise bei der Integration solcher Technologien In Chips – Methoden, die robust gegenüber vielerlei Störungen sind. Da alle Komponenten in einem Chip integriert sind, wie Antennen oder Teile des Signal-Processing, stellen wir natürlich sicher, dass unsere Lösungen innerhalb der Chip-Spezifikation störungsfrei funktionieren. So arbeiten alle unsere Radarsensoren in einen erweiterten Temperaturbereich von -40 bis 85 °C und die 24-GHz-Systeme sogar bis 105 °C zuverlässig.

Wie unterstützen Sie Kunden bei der Entwicklung ihrer eigenen spezifischen radarbasierten Lösungen?

Socionext offeriert für alle Radarsensoren Development-Kits. Das heißt, der Kunde bekommt ein komplettes Paket, bestehend aus einer Hardware inklusive Radarsensor und einer PC-Software zur Evaluierung. Mit einer grafischen Benutzeroberfläche lassen sich alle Parameter sehr leicht konfigurieren und einstellen, sodass der Kunde in der Lage ist, seinen Anwendungsfall in puncto Performance und die Eignung des Radarsensors zu testen. Für die weitere Implementierung liefert Socionext auch den Source Code sowie die Libraries und die Applikationen, sodass der Kunde sein Zielsystem mit dem Radarsensor direkt in seine bestehende Anwendung portieren kann. Natürlich bieten wir unseren Kunden auch Support während ihrer Entwicklungsphase von neuen Systemen an, damit zum Beispiel das Gehäusedesign keinen negativen Einfluss auf die Empfindlichkeit der Radarsensoren ausübt. Dafür stellen wir an all unseren Standorten weltweit lokalen Support bereit. So können wir den Kunden auch direkt bei Problemen unterstützen und helfen. Darüber hinaus stellen wir Guidelines und Handbücher zur Verfügung, um die optimale Leistung und Zuverlässigkeit beim Design von Applikationen zu gewährleisten.

Der Radarsensor-Markt ist hart umkämpft. Wie differenzieren Sie sich von Ihren Mitbewerbern? Was machen Sie besser?

Im Bereich 24-GHz-Sensoren hat Socionext eine gewisse Alleinstellung, da wir der einzige mir bekannte Anbieter sind, der einen 24-GHz-Radarsensor offeriert, in dem die Antenne integriert ist. Zudem benötigen alle unsere All-in-One-Solutions kein komplexes RF-Design, und das Signal Processing ist auch bereits inkludiert. Der Kunde benötigt keine zusätzliche Software und Algorithmen, sondern kann fast wie bei einem PIR-Sensor die Informationen direkt aus dem Sensor auslesen oder über die Zustandsabfrage eines Chip-Pins eine Bewegung erkennen. Diese reduzierte Komplexität in Verbindung mit den geringen Abmessungen des Sensors und der niedrigen Leistungsaufnahme ist im 24-GHz-Bereich wohl einmalig auf dem Markt. Bei den 60-GHz-Sensoren haben wir zwei Transmitter- und vier Receiver-Antennen in unterschiedlichen Konstellationen für 2D- und 3D-Anwendungen auf kleinstem Raum verbaut. Auch hier haben wir das Signal-Processing (FFT) im Sensor integriert, sowie einen Spannungsregler, der den Sensor mit einer Spannungsversorgung von nur 1,8 V versorgt, und eine PLL-Schaltung, sodass nur noch ein externer Oszillator für die Beschaltung nötig ist. Diese ganzen Aspekte machen unsere Radarsensor-Lösungen sicherlich besonders und einzigartig.

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