Cita del usuario:
“El DFR C4001 funciona bien para detectar presencia, pero parece que no puede emitir múltiples coordenadas de objetivo simultáneamente”.
(Fuente: Foro Arduino )
Introducción: El desafío del seguimiento de varias personas
En la gestión de oficinas, hogares inteligentes, vigilancia de seguridad y monitoreo de personas mayores, el seguimiento en tiempo real de múltiples objetivos es un requisito fundamental. Sin embargo, los radares de ondas milimétricas de gama básica suelen detectar solo un objetivo o un estado de presencia/movimiento, lo que dificulta la obtención de coordenadas de varias personas.
Según el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) , los radares de baja resolución aumentan significativamente los errores de detección cuando el número de objetivos supera los 2 o 3. Esto explica por qué muchos desarrolladores encuentran dificultades en aplicaciones reales.
Para obtener más detalles sobre las tecnologías de radar, visite nuestra página de tecnología de radar mmWave .
Seguimiento de un solo objetivo vs. Seguimiento de múltiples objetivos: Principios técnicos
Separación del espectro Doppler
Los radares de ondas milimétricas miden la distancia al objetivo mediante cambios de fase en la señal de retorno y la velocidad mediante desplazamiento Doppler. Si bien las señales de un solo objetivo son nítidas, la presencia de múltiples objetivos genera espectros de frecuencia superpuestos, lo que dificulta la detección.
Referencia: IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques muestra que cuando las diferencias de velocidad relativa son inferiores a 0,2 m/s, los radares de bajo coste (frecuencia de muestreo < 5 kHz, Tx/Rx único) no pueden separar de forma fiable los picos de dos objetivos en movimiento.
Análisis micro-Doppler
El micro-Doppler captura patrones de movimiento detallados, como caminar o balancear los brazos. Mediante la transformada de Fourier de corto plazo (STFT), teóricamente es posible distinguir a varios individuos. Sin embargo, esto requiere altas frecuencias de muestreo (>10 kHz) y un cálculo DSP rápido, algo que los radares de bajo coste no suelen ofrecer.
Limitaciones de hardware y firmware
Cuello de botella en el procesamiento DSP
Los radares básicos suelen utilizar procesadores digitales de señal (DSP) Cortex-M de baja frecuencia. Especificaciones típicas:
Frecuencia de muestreo: 1–5 kHz
Resolución de rango: 0,5–1 m
Resolución angular: no precisa
Estas limitaciones provocan superposición de señales, pérdida de objetivos y errores de coordinación en escenarios con varias personas.
Restricciones de la API
Algunos radares solo muestran el objetivo más cercano o una simple señal de presencia. Incluso con hardware compatible, a menudo es imposible acceder a varias coordenadas mediante la API. Consulte nuestra página de productos de radar de ondas milimétricas para obtener más información.
Aplicaciones y requisitos multiobjetivo
Gestión de espacios de oficina
Requisito: monitorización en tiempo real de salas de reuniones y oficinas abiertas
Especificaciones técnicas: resolución de alcance < 0,3 m, resolución de ángulo < 10°, admite ≥5 objetivos
Monitoreo de personas mayores
Requisito: detección de caídas y monitorización de actividad
Especificaciones: distinguir individuos, detectar micromovimientos, retardo de alarma <1 s
Vigilancia de seguridad
Requisito: rastrear personas en espacios públicos, fábricas o centros comerciales.
Especificaciones: coordenadas de múltiples objetivos, seguimiento de multitudes densas, falsas alarmas <5%
Según el Instituto Europeo de Normas de Telecomunicaciones (ETSI) , los radares de objetivo único de bajo coste alcanzan una precisión <70% en entornos densos, por lo que recomiendan soluciones de fusión de múltiples sensores o MIMO de alta resolución.
Soluciones para el seguimiento de múltiples objetivos
Radar MIMO de alta gama
Los radares MIMO utilizan múltiples antenas de transmisión y recepción con formación de haz, lo que mejora la resolución espacial y angular para múltiples coordenadas de objetivo. Especificaciones típicas:
Antenas Tx: 4–8
Antenas Rx: 8–16
Resolución de rango: 0,1–0,2 m
Resolución angular: 3–5°
Ideal para aplicaciones de gestión de oficinas, seguridad y atención médica. Consulte Radares MIMO de alto rendimiento .
Fusión de sensores
La combinación del radar mmWave con infrarrojos, cámaras o sensores ultrasónicos permite el seguimiento de múltiples objetivos incluso con hardware de bajo coste.
Algoritmos: Filtro Kalman + asociación de datos + análisis micro-Doppler
Ventaja: mayor precisión, limitaciones reducidas del sensor
Los experimentos del ETSI muestran que el radar más infrarrojo puede alcanzar una precisión multiobjetivo del 85-90%, aproximadamente un 20% más que el radar solo.
Optimización de software
Clasificación Micro-Doppler: distinguir patrones de marcha
Agrupamiento de señales: separar objetivos mediante algoritmos de agrupamiento
Predicción de trayectoria: estimar posiciones utilizando datos históricos
Estos enfoques son parcialmente eficaces en entornos de baja densidad, pero limitados en condiciones de tráfico intenso.
Conclusión
Los radares de ondas milimétricas de bajo coste presentan claras limitaciones en el seguimiento multipersona debido a las limitaciones de DSP y API. Son adecuados para la detección de un solo objetivo o de presencia/movimiento, pero los escenarios de alta densidad, como la gestión de oficinas, la monitorización de personas mayores y la seguridad, se benefician de un radar MIMO de alta gama o la fusión de sensores.
Comprender los principios del radar, las limitaciones del hardware y las necesidades de la aplicación ayuda a los desarrolladores a diseñar sistemas confiables de seguimiento de múltiples personas.
Preguntas frecuentes
P1: ¿Pueden los radares de bajo coste detectar a varias personas en movimiento?
R: Pueden detectar movimiento, pero generalmente solo indican “presencia” o las coordenadas del objetivo más cercano.
P2: ¿Qué características de radar son necesarias para el seguimiento de múltiples objetivos?
A: Alta resolución, conjuntos de antenas MIMO, DSP potente y soporte de API de múltiples objetivos.
P3: ¿Pueden los algoritmos de software por sí solos lograr el seguimiento de múltiples objetivos?
R: Los algoritmos pueden separar parcialmente los objetivos mediante micro-Doppler o agrupamiento, pero la fusión de sensores es más confiable.
P4: ¿En qué escenarios son suficientes los radares de bajo coste?
A: Detección de presencia simple, seguimiento de un solo objetivo o monitoreo ambiental.