引言：毫米波雷达在非接触式监控中的优势
随着智能家居、医疗保健和车载安全应用的快速增长，非接触式生理监测的需求日益增长。传统的接触式传感器，例如心电图电极、胸带或光电容积描记法 (PPG)，虽然能够提供精确的测量结果，但长时间使用可能会引起不适，并且限制了其在卧室、医院和公共场所的部署。
毫米波 (mmWave) 雷达提供了一种创新的解决方案。通过在 60-77 GHz 频段发射电磁波，毫米波雷达可以检测由呼吸和心跳引起的细微胸部运动，从而实现非接触式、全天候且保护隐私的监控。与摄像头不同，雷达不会捕捉可识别图像，从而保护用户隐私。与接触式传感器相比，雷达无需可穿戴设备，从而提供更自然的用户体验。
然而，在实际环境中，单个雷达可能会受到身体姿势、方向或障碍物的影响。Sumi和Sakamoto（2025）提出了一种结合MVMD（多元变分模态分解）的多雷达融合方法，显著提高了非接触式呼吸监测的准确性和稳定性，为实际部署提供了可靠的解决方案。
多雷达融合：原理与优势
单个雷达只能从单一视角捕捉胸部位移，当受试者转身或改变姿势时，信号幅度可能会下降，噪声会增加，从而扭曲呼吸波形。
针对此问题，研究团队部署了三台毫米波雷达，同时从不同角度捕捉胸部位移信号，并利用多维多模态多变量分解（MVMD）对信号进行处理，实现了有效的信息融合和噪声抑制。
MVMD原理
MVMD 是变分模态分解的多变量扩展，它可以处理多个相关信号通道，同时保持相位一致性。其优点包括：
联合分解：有效提取跨通道的常见呼吸模式。
噪声抑制：消除环境噪声和运动伪影，提高信号质量。
模式融合：主成分分析（PCA）整合模式以生成稳定的呼吸波形。
工作流程：
每个雷达获取胸部位移信号xi(t)x_i(t) 。
MVMD 将信号分解为固有模态函数 (IMF)。
相位对齐适用于所有模式。
PCA 融合对齐模式以产生稳定、可靠的呼吸信号。
通过融合多个雷达视角，该系统有效地减轻了姿势和方向的影响。
实验设计和结果
实验设置
该系统在受控实验室环境中进行了验证：
雷达配置：三个 60 GHz FMCW 雷达，间隔 120° 围绕目标。
受试者：六名健康成年人，以三个方向（正面、侧面、背面）进行测试。
测量距离：1.5米和3.0米。
多人场景：同时监测 10 个受试者以评估信号分离。
使用接触式传感器测量参考呼吸间隔。
结果
多雷达+MVMD系统在单目标测试中取得了优异的表现：
| 公制 | 单雷达 | 多雷达+MVMD | 改进 |
|---|---|---|---|
| 呼吸间隔 RMSE | – | ↓35.5% | ✔ |
| 呼吸频率MAE | – | ↓30.8% | ✔ |
| 呼吸准确度 | – | ↑ 9.4个百分点 | ✔ |
在多人场景中，性能依然强劲：
呼吸间隔 RMSE 改善了23.5%
呼吸速率MAE提高22.3%
准确率提高6.2个百分点
这些结果表明，多雷达融合与 MVMD 可以可靠地提取不同姿势和多人环境中的呼吸信息，显著增强稳健性和可靠性。
毫米波雷达的核心优势
1. 非接触式，舒适便捷
无需直接接触皮肤，为家庭和医疗保健场景提供自然舒适的用户体验。
2. 隐私保护
雷达仅捕获运动数据，而不是可识别的图像，从而确保卧室、医院和公共场所的隐私。
3. 渗透衣物和床上用品
毫米波可以穿透薄衣服和毯子，确保在日常环境中可靠地收集数据。
4.高分辨率实时监控
毫米波雷达提供高分辨率位移信号，可进行持续呼吸跟踪，以进行睡眠分析、健康管理和异常检测。
5. 多场景适用性
适用于智能家居、医疗健康、车载监控、人机交互等场景。多雷达融合，确保复杂环境下稳定监控。
6. 通过多雷达融合实现稳健性
将来自多个角度的信号与 MVMD 相结合，确保可靠的呼吸波形输出，即使受试者改变姿势或背对雷达也是如此。
Linpowave应用价值
Linpowave 的 60 GHz 雷达模块（例如R60A 、 R60ABD1 ）支持多设备同步和相位一致处理，非常适合 MVMD 多雷达融合应用。
典型应用包括：
智能家居：睡眠监测和健康管理。
医疗保健和老年人护理：为患者和老年人提供非接触式呼吸监测。
车载监控：驾驶员和乘客状态检测，增强安全性。
人机交互：智能机器人感知用户状态以提供自适应响应。
更多信息：
常见问题解答
Q1：毫米波雷达可以检测心率吗？
A1：呼吸信号的幅度较大，而心率信号则较为细微。通过多雷达融合和高分辨率采样，未来的应用可以实现心率监测。
问题2：多雷达设置复杂吗？
A2：三个雷达间隔120°，可以覆盖主要姿态。Linpowave模块支持多设备同步，简化设置和数据处理。
问题3：衣服或毯子会影响雷达信号吗？
A3：毫米波可以穿透薄衣服和毯子。非常厚的毯子可能会稍微衰减信号，但对呼吸监测的影响很小。
Q4：它可以同时监控多人吗？
A4：是的，实验表明多雷达融合可以区分多个个体的呼吸信号，适用于家庭、病房或公共护理环境。
Q5：雷达监控安全吗？
A5：60 GHz 毫米波功率低于手机或 Wi-Fi，属于非电离辐射，可安全长期使用。
Q6：部署成本高吗？
A6：随着模块成本的降低，多雷达系统具有成本效益和灵活性，适用于商业和家庭应用。
结论与展望
多雷达融合与 MVMD 为非接触式生理监测提供了高度准确、稳定且用户友好的解决方案。
通过集成多视角数据采集和智能信号处理，该系统可适应各种姿势、多人场景和日常环境，提供连续、无干扰、保护隐私的呼吸监测。
随着毫米波雷达技术的不断进步，这种方法将在智能家居、医疗保健和车载监控中发挥越来越重要的作用，实现更智能、更安静、更以人为本的环境感知。