اقتباس المستخدم:
"يعمل جهاز DFR C4001 بشكل جيد للحضور، لكن يبدو أنه لا يستطيع إخراج إحداثيات أهداف متعددة في وقت واحد؟"
(المصدر: منتدى أردوينو )
مقدمة: تحدي التتبع متعدد الأشخاص
في إدارة المكاتب، والمنازل الذكية، ومراقبة الأمن، ومراقبة كبار السن، يُعدّ التتبع الفوري لأهداف متعددة متطلبًا أساسيًا. ومع ذلك، غالبًا ما تُشير التقارير إلى أن رادارات الموجات المليمترية الأساسية لا تكتشف سوى هدف واحد أو حالة وجود/حركة واحدة، مما يُصعّب الحصول على إحداثيات عدة أشخاص.
وفقًا للمعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST) ، تزيد الرادارات منخفضة الدقة بشكل ملحوظ من أخطاء الكشف عندما يتجاوز عدد الأهداف 2-3. وهذا يفسر لماذا يواجه العديد من المطورين تحديات في التطبيقات العملية.
لمزيد من التفاصيل حول تقنيات الرادار، تفضل بزيارة صفحة تقنية رادار mmWave الخاصة بنا.
تتبع هدف واحد مقابل تتبع أهداف متعددة: المبادئ الفنية
فصل طيف دوبلر
تقيس رادارات الموجات المليمترية مسافة الهدف عبر تغيرات الطور في الإشارة المرتدة، وتقيس سرعته عبر انزياح دوبلر. في حين أن إشارات الهدف الواحد تكون واضحة، فإن الأهداف المتعددة تُنتج أطياف تردد متداخلة، مما يُعقّد عملية الكشف.
المرجع: تظهر معاملات IEEE في نظرية وتقنيات الميكروويف أنه عندما تكون الاختلافات النسبية في السرعة أقل من 0.2 متر/ثانية، لا تستطيع أجهزة الرادار منخفضة التكلفة (معدل العينة < 5 كيلو هرتز، إرسال/استقبال واحد) فصل الذروات بشكل موثوق لهدفين متحركين.
تحليل دوبلر الدقيق
يلتقط ميكرو دوبلر أنماط حركة مفصلة، مثل المشي أو تأرجح الذراعين. ومن خلال تحويل فورييه قصير الأمد (STFT)، يُمكن نظريًا التمييز بين عدة أشخاص. إلا أن هذا يتطلب معدلات أخذ عينات عالية (>10 كيلوهرتز) وحسابًا سريعًا بتقنية معالجة الإشارات الرقمية، وهو ما لا توفره عادةً الرادارات منخفضة التكلفة.
قيود الأجهزة والبرامج الثابتة
عنق الزجاجة في معالجة DSP
غالبًا ما تستخدم أجهزة الرادار الأساسية معالجات إشارة رقمية Cortex-M منخفضة التردد. المواصفات النموذجية:
معدل العينة: 1-5 كيلو هرتز
دقة النطاق: 0.5–1 متر
دقة الزاوية: غير دقيقة
تؤدي هذه القيود إلى تداخل الإشارات وفقدان الهدف وأخطاء الإحداثيات في السيناريوهات متعددة الأشخاص.
قيود واجهة برمجة التطبيقات
بعض الرادارات لا تُظهر سوى أقرب هدف أو إشارة وجود بسيطة. حتى مع وجود أجهزة قادرة على ذلك، غالبًا ما يتعذر الوصول إلى إحداثيات متعددة عبر واجهة برمجة التطبيقات. لمزيد من التفاصيل، يُرجى زيارة صفحة منتج رادار الموجات المليمترية .
تطبيقات ومتطلبات متعددة الأهداف
إدارة المساحات المكتبية
المتطلب: مراقبة غرف الاجتماعات والمكاتب المفتوحة في الوقت الفعلي
المواصفات الفنية: دقة النطاق < 0.3 متر، دقة الزاوية < 10°، دعم ≥5 أهداف
مراقبة كبار السن
المتطلب: اكتشاف السقوط ومراقبة النشاط
المواصفات: التمييز بين الأفراد، واكتشاف الحركات الدقيقة، وتأخير التنبيه <1 ثانية
المراقبة الأمنية
المتطلب: تعقب الأشخاص في الأماكن العامة أو المصانع أو مراكز التسوق
المواصفات: إحداثيات متعددة الأهداف، تتبع الحشود الكثيفة، إنذار كاذب <5%
وفقًا للمعهد الأوروبي لمعايير الاتصالات (ETSI) ، تحقق أجهزة الرادار ذات الهدف الواحد منخفضة التكلفة دقة أقل من 70% في البيئات الكثيفة، مما يوصي بحلول MIMO عالية الدقة أو حلول اندماج أجهزة استشعار متعددة.
حلول لتتبع الأهداف المتعددة
رادار MIMO عالي الجودة
تستخدم رادارات MIMO هوائيات إرسال واستقبال متعددة مع تشكيل الشعاع، مما يُحسّن الدقة المكانية والزاوية لإحداثيات أهداف متعددة. المواصفات النموذجية:
هوائيات الإرسال: 4-8
هوائيات الاستقبال: 8–16
دقة النطاق: 0.1–0.2 متر
دقة الزاوية: 3–5°
مناسب لتطبيقات إدارة المكاتب والأمن والرعاية الصحية. انظر رادارات MIMO عالية الأداء .
دمج المستشعرات
يتيح الجمع بين رادار mmWave والأشعة تحت الحمراء أو الكاميرات أو أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية تتبع الأهداف المتعددة حتى باستخدام الأجهزة منخفضة التكلفة.
الخوارزميات: مرشح كالمان + ارتباط البيانات + تحليل دوبلر الدقيق
الميزة: دقة أعلى، وحدود أقل للمستشعر
تظهر تجارب ETSI أن الرادار والأشعة تحت الحمراء يمكن أن تصل إلى دقة تتراوح بين 85-90% في تحديد الأهداف المتعددة، أي ما يعادل حوالي 20% أعلى من الرادار وحده.
تحسين البرمجيات
تصنيف دوبلر الدقيق: التمييز بين أنماط المشي
تجميع الإشارات: فصل الأهداف عبر خوارزميات التجميع
التنبؤ بالمسار: تقدير المواقف باستخدام البيانات التاريخية
تعتبر هذه الأساليب فعالة جزئيًا في البيئات ذات الكثافة المنخفضة ولكنها محدودة في البيئات ذات حركة المرور الكثيفة.
خاتمة
تعاني رادارات الموجات المليمترية منخفضة التكلفة من قيود واضحة في تتبع الأشخاص المتعددين بسبب قيود معالجة الإشارات الرقمية (DSP) وواجهة برمجة التطبيقات (API). وهي مناسبة للكشف عن هدف واحد أو عن وجود/حركة، إلا أن السيناريوهات عالية الكثافة - مثل إدارة المكاتب، ومراقبة كبار السن، والأمن - تستفيد من رادار MIMO عالي الأداء أو دمج أجهزة الاستشعار.
يساعد فهم مبادئ الرادار والقيود المتعلقة بالأجهزة واحتياجات التطبيق المطورين على تصميم أنظمة تتبع متعددة الأشخاص وموثوقة.
التعليمات
س1: هل تستطيع أجهزة الرادار منخفضة التكلفة اكتشاف تحركات العديد من الأشخاص؟
ج: يمكنها اكتشاف الحركة ولكنها عادةً ما تخرج فقط "التواجد" أو إحداثيات الهدف الأقرب.
س2: ما هي ميزات الرادار المطلوبة لتتبع الأهداف المتعددة؟
أ: دقة عالية، ومصفوفات هوائي MIMO، وDSP قوي، ودعم واجهة برمجة التطبيقات متعددة الأهداف.
س3: هل يمكن لخوارزميات البرمجيات وحدها تحقيق تتبع متعدد الأهداف؟
أ: يمكن للخوارزميات فصل الأهداف جزئيًا باستخدام الميكرو دوبلر أو التجميع، ولكن دمج المستشعرات أكثر موثوقية.
س4: في أي السيناريوهات تكون الرادارات منخفضة التكلفة كافية؟
أ: الكشف البسيط عن الوجود، أو تتبع هدف واحد، أو مراقبة البيئة.