毫米波(mmWave)是一类使用短波长电磁波的特殊雷达技术。雷达系统发射的电磁波信号被其发射路径上的物体阻挡继而会发生反射。通过捕捉反射的信号，雷达系统可以确定物体的距离、速度和角度。

毫米波雷达可发射波长为毫米量级的信号。在电磁频谱中，这种波长被视为短波长，也是该技术的优势之一。诚然，处理毫米波信号所需的系统组件（如天线）的尺寸确实很小。短波长的另一项优势是高准确度。工作频率为76–81GHz（对应波长约为4mm）的毫米波系统将能够检测小至零点几毫米的移动。完整的毫米波雷达系统包括发送(TX)和接收(RX)射频(RF)组件，以及时钟等模拟组件，还有模数转换器(ADC)、微控制器(MCU)和数字信号处理器(DSP)等数字组件。过去，这些系统都是通过分立式组件实现的，这增加了功耗和总体系统成本。其复杂性和高频率要求使得系统设计颇具挑战性。

生命体征是一组指示人的健康状况和身体机能的医学参数，它们提供可能的疾病线索以及恢复或恶化的趋势。生命体征主要有四种：体温（BT）、血压（BP）、呼吸频率（BR）和心率（HR）。这些参数因年龄、性别、体重和健康水平而异。在特定条件下，这些参数也可能因人的身体或心理活动而有所不同。例如，正在从事体育活动的人可能会具有较高的体温、呼吸频率和心率。

毫米波（mmWave）雷达会发射电磁波，其路径中的任何物体都会将信号反射回去。通过捕获和处理反射信号，雷达系统可以确定物体的距离、速度和角度。毫米波雷达在物体距离检测中可以提供毫米级别的精度，因而成为人类生物信号的理想传感技术。此外，毫米波技术还可以对患者进行非接触式的连续监控，因此无论医生还是患者都比较方便。

本文将讨论毫米波雷达如何用于监测生命体征信号（例如BR和HR）。

呼吸频率和心率意味着什么？通常，健康人的生命体征参数如下表（1）所示：

表1:健康人的生命体征

如前所述，生命体征的数值可能会随年龄、性别、健康水平以及测量时的身体或心理活动而变化。对这些参数（HR和BR）的综合分析有助于医疗保健人员评估被观察者的健康和压力水平。下表显示了不同年龄段人群的静态心率。

表2:不同年龄段人群的静态心率(来源:维基百科)

下图（图1）显示了在测量时不同身体或精神投入条件下的心率变化。

图1：根据个人的健康状况、压力和医疗状况而变化的心率（来源：AAAI）

了解心率和呼吸频率可以快速诊断某些致命疾病；例如阻塞性睡眠呼吸暂停综合症（OSAS）和婴儿猝死综合症（SIDS）。OSAS患者在睡眠过程中会长时间暂停呼吸，而SIDS是指婴儿可能因趴着睡觉或外物阻塞而导致呼吸受阻。其它与呼吸有关的疾病还包括呼吸困难和慢性阻塞性肺疾病。请参阅下图了解各种情况下的呼吸模式。

图2:呼吸模式(来源：Clinicalgate)

研究表明，静态心率高的人患心脏相关疾病的风险更高，而静态心率低的人未来则有可能需要永久植入起搏器。

对患有上述疾病的患者进行呼吸频率和心率的监测，将有可能挽救其生命。

接触和非接触式生命体征测量

现有的测量仪器大多是接触式的。它们需要附着在患者身上才能进行测量和监测。这对于需要长时间连续监测的患者来说不是很方便。而且，在当前正流行的COVID-19疫情下，非接触式生命体征监测设备可能会变得更加重要，因为它将有助于最大程度地减少通过接触点和接触者造成的病毒传播，更好地确保医疗保健人员的安全。因此，远程、非接触式仪器是我们的当下之需。