作者：Linpowave 技术团队 | 发布时间：2025 年 10 月
抽象的
非接触式生命体征监测在医疗保健、家庭健康管理和智能家具领域的重要性日益凸显。发表于《自然·科学报告》 （2024）的一项研究表明，毫米波雷达结合DR-MUSIC算法，能够以低于3%的误差测量心率，以低于4%的误差测量呼吸频率。本文将深入探讨这些研究结果，并阐述Linpowave的技术如何将毫米波雷达应用于实际场景。此外，本文还为医院、家庭和智能家具解决方案的实施、优化和实际应用提供了指导。
介绍
随着人口老龄化和慢性病日益普遍，对精准、非接触式监测的需求也日益增长。需要接触式的设备，例如心电图贴片或腕式监测器，可能会引起不适、降低患者依从性，并带来感染风险。光学和红外传感器虽然避免了接触，但在光线昏暗、阴影处或衣物遮挡的情况下，往往难以正常工作。
毫米波雷达能够探测由心跳和呼吸引起的胸部微小运动。发表在《自然·科学报告》上的这项研究证实，将 DR-MUSIC 算法与中值滤波相结合，可以对不同体型和环境进行可靠的测量。Linpowave 在此基础上，提供了在实际应用中保持精度和可靠性的毫米波雷达实用方法。
技术原理
信号检测
毫米波雷达的工作原理是发射连续的、频率调制的波，并捕获胸部微小运动反射的信号。这些反射产生的频率变化可以指示心跳和呼吸模式。与光学传感器不同，毫米波雷达不受光线影响，可以穿透轻薄的衣物或被褥。
数据处理与优化
《自然》杂志的一项研究发现，DR-MUSIC技术结合中值滤波能够提供精确的生命体征测量结果。Linpowave公司对这一方法进行了改进，使其更适用于实际应用场景：
天线阵列旨在提高方向分辨率，从而有助于区分同一区域内的多个人。
实时滤波可消除环境噪声，从而精确提取微小动作。
即使发生轻微的动作，算法也能将来自不同个体的信号区分开来。
通过动态调整算法参数，系统可以适应不同的姿势、体型和距离。
这些改进使得该技术可用于医院、家庭或嵌入式家具系统。
准确性验证
在0.5米至3米的距离内进行的实验表明，心率误差在1.7%至2.6%之间，而呼吸频率误差则低于4%。衣着和光照条件对测量结果的影响微乎其微。Linpowave的改进旨在使其在实验室条件之外也能保持类似的精度。
数据可视化和警报
收集到的数据可以以可视化的方式呈现，算法可以检测异常情况。例如，呼吸或心率的突然变化会触发警报。心率变化趋势有助于护理人员或家庭成员及早发现潜在的健康风险。
应用
医院远程监控
在病床上方或角落安装毫米波雷达，可实现持续的非接触式监测。这不仅降低了感染风险，也减轻了护理人员的工作量。在重症监护室（ICU）中，多目标算法可以同时追踪多名患者。当检测到异常情况时，实时视觉警报会通知医护人员。
家庭健康监测
嵌入床、沙发或家具中的雷达传感器无需佩戴设备即可实现全天候监测。这对于老年人或慢性病患者尤其有用。系统可以连接到移动应用程序，在心率或呼吸超出正常范围时通知家人。
智能家具与工作场所集成
在椅子或办公家具中嵌入雷达可以监测细微的胸部运动。这些数据可用于追踪疲劳程度、呼吸模式和心率变化。通过可视化和简单的AI分析，可以提供个性化指导，例如提醒休息或调整姿势。
挑战与策略
| 挑战 | 优化 | 推荐 |
|---|---|---|
| 信号干扰 | 改进天线阵列，优化多目标算法 | 配置雷达安装位置或使用多个天线以减少共享空间中的干扰 |
| 微弱信号 | DR-MUSIC + 中值滤波 | 根据姿势或体型调整算法参数，以实现可靠的检测 |
| 隐私 | 本地处理 + 加密 | 利用边缘计算在本地存储和分析数据，减少云暴露风险 |
| 环境 | 天线和算法优化 | 确保在弱光或夜间条件下稳定监测，以满足实际部署需求。 |
常问问题
问题1：毫米波雷达可以监测哪些生命体征？
A1：心率和呼吸频率是核心指标。高级分析可以包括呼吸深度和心率变异性。
Q2：它可以透过衣服或被褥进行监测吗？
A2：是的，毫米波信号可以穿透轻薄的衣物和毯子，进行精确的非接触式监测。
Q3：可以同时监控多人吗？
A3：是的，使用多目标算法并正确放置天线即可。复杂的设置可能需要额外的调整。
Q4：家庭用户如何应用这项技术？
A4：在床、沙发或家具中安装雷达传感器。异常读数发出警报后，可以通知护理人员或家人。
Q5：毫米波雷达安全吗？
A5：它使用符合国际安全标准的低功率电磁波，对人体无害。
Q6：实际应用中的准确度是否与实验结果相符？
A6：实验室结果显示心率误差低于3%，呼吸频率误差低于4%。Linpowave的优化使实际部署能够接近这些水平。
结论
毫米波雷达可提供精准、非接触式、实时监测，并适用于各种环境。 《自然·科学报告》上的实验证实了其有效性。借助 Linpowave 技术，毫米波雷达可应用于医院、家庭和智能家具，提供可靠且可操作的健康数据。精心设计的天线、优化的算法和部署策略，确保了在保持精度和响应速度的同时，实现切实可行的部署。
参考
《自然·科学报告》。 “基于毫米波雷达的高精度生命体征检测方法”。2024； https://www.nature.com/articles/s41598-024-77683-1
Linpowave 产品及解决方案： https://linpowave.com/solutions
王毅等。“基于毫米波雷达的非接触式生命体征检测”。IEEE传感器期刊，2023年。