該系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)是用于車內(nèi)手勢(shì)識(shí)別，操作距離為1m之內(nèi)。中心頻率為25GHz的毫米波，頻寬4GHz，距離分辨率是3.75cm。具有4D測(cè)量的功能，可同時(shí)測(cè)量物體的三維位置和運(yùn)動(dòng)速度，水平視角為±45°，垂直視角為±30°，檢測(cè)速度不高于1.5m/s。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原型由微控制器，模擬電路，雷達(dá)射頻芯片和4路天線構(gòu)成，其中3路接收天線，1路發(fā)射天線。下圖是該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原型，粗糙了點(diǎn)，但是能用：
該系統(tǒng)的MMIC前端系統(tǒng)采用英飛凌的BGT24MTR2芯片，主控制器采用德州儀器的Cortex M4F微處理器。模擬端的采樣頻率為40KHz，采用8bit模數(shù)轉(zhuǎn)換，鋸齒波生成器采用500Hz的輸入源輸送給VCO(壓控振蕩器)單元，通過串口連接PC主機(jī)做信號(hào)處理和手勢(shì)識(shí)別算法，系統(tǒng)采用USB供電，整個(gè)從機(jī)的功耗小于1W。整體架構(gòu)如下圖所示：
整個(gè)系統(tǒng)的工作原理如下：
1、雷達(dá)系統(tǒng)所發(fā)射的信號(hào)通過鋸齒波函數(shù)進(jìn)行調(diào)制后由天線進(jìn)行發(fā)射，接收到手部的反射回波。
2、對(duì)于鋸齒波調(diào)制而言，由于因?yàn)榛夭ㄑ舆t導(dǎo)致的頻移和拍頻(回波與發(fā)射波的頻率差)被耦合在一起，通過RDM (Range Doppler Map，距離-多普勒映射)算法進(jìn)行解耦：將發(fā)射波與回波相乘，然后進(jìn)行低通濾波。
3、得到的結(jié)果進(jìn)一步離散采樣，組織成矩陣的形式，其中矩陣的每一列包含單次掃描的節(jié)拍信號(hào)。
4、然后再進(jìn)行二維離散傅里葉變換，最后得到手部的位置延時(shí)和多普勒頻移等信息，進(jìn)而得到手部的位置和運(yùn)動(dòng)速度。
下圖是原理的圖示：
得到了手部的位置圖和速度圖，就可以辨別出具體的手勢(shì)動(dòng)作及含義。下圖展示了單手和雙手手勢(shì)識(shí)別效果圖：每個(gè)手勢(shì)最上面的圖是雷達(dá)探測(cè)與手部深度圖像的疊加圖。雷達(dá)探測(cè)點(diǎn)的顏色代表手部該位置的變化速度。中間的RDM圖是雷達(dá)的探測(cè)圖，其中色塊表示雷達(dá)探測(cè)到的物體，由于人手部是非剛性的，所以看起來像是一堆小物塊。最下面的合成圖展示了整個(gè)手部的動(dòng)作，顏色跟速度對(duì)應(yīng)。
上面我們簡(jiǎn)單介紹了毫米波雷達(dá)手勢(shì)識(shí)別的基礎(chǔ)原理，英偉達(dá)的雷達(dá)手勢(shì)芯片在原理上與谷歌的Project Soli有很大的相似性，因此具有很好的參考價(jià)值。
二者區(qū)別在于谷歌的是60GHz頻段的毫米波，而英偉達(dá)采用的是25GHz的毫米波;在天線設(shè)計(jì)和PCB設(shè)計(jì)上會(huì)有一些不同;再者英偉達(dá)的這款只是原型設(shè)計(jì)，其數(shù)字信號(hào)處理主要依靠PC端的處理能力，這當(dāng)然不可能集成到嵌入式系統(tǒng)當(dāng)中。
而谷歌則采用了專用的芯片來做數(shù)字信號(hào)處理，所以可以做到超低功耗，并提高性能，達(dá)到嵌入式可穿戴智能設(shè)備的使用需求。
目前Project Soli仍處于開放研發(fā)階段。谷歌聲稱將在2017年推出版本的硬件?？梢灶A(yù)見的是，在明年的開發(fā)者大會(huì)上，我們將會(huì)看到更加成熟的雷達(dá)手勢(shì)控制芯片以及配套的軟件系統(tǒng)，如果其成本可以降低下來，或許那個(gè)時(shí)候，新的交互時(shí)代將會(huì)來臨。