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06-18
如何监测心跳、呼吸等基本生命体征？对于这个需求，相信大多数人的第一反应就是医院心电图机等专业的医疗监护设备。
随着近年来可穿戴设备的兴起，很多智能手表、手环也可以通过光电方式实时获取用户的脉搏、血氧等身体参数，给人们带来了极大的便利。
然而，上述方法有一个共同点。
它们都是“接触式”测量解决方案，即将传感器直接连接到被测物体的身体上。
如果想找到一种“非接触式”的测量方法，通过空气完成对心跳和呼吸的实时监测，是否可行？这样的测量计划已经存在！它采用毫米波雷达技术。
“后来者”性能不俗 众所周知，雷达最早的应用是在军事领域。
其原理是产生并通过发射机发送频率随时间逐渐增加的信号。
当这个信号遇到物体时，就会被反射回来。
延迟是光距离/速度值的两倍，返回的波形和发射的波形之间存在频率差。
该频率差与时间延迟呈线性关系。
通过将这两个频率相减，就可以得到两个频率的差频（拍频），由此可以计算出物体与雷达之间的距离。
在此基础上，我们不仅可以知道被测目标是否存在，还可以计算出目标的位置、方向、距离和速度等精确信息。
后来雷达的应用逐渐扩展到其他专业领域，最终以毫米波雷达进入民用市场。
汽车已成为毫米波雷达民用领域的重要切入点。
近年来，随着自动驾驶的兴起，它的发展势头更加强劲。
目前，在L2.5以上的自动驾驶系统中，毫米波雷达已基本成为标配。
毫米波雷达本质上是感知物体的占据和运动。
在更广泛的民用领域，在雷达到来之前，成熟的传感技术（如PIR、超声波）就已经有了一些成熟的应用。
如果想要突破自己原有的“舒适区”，进入这个新的领域，毫米波雷达就必须面对这些技术的挑战。
表1：毫米波雷达与其他传感器技术的比较。
不过，从技术特性来看，毫米波雷达对于征服民用市场的能力还是非常有信心的。
具体来说，毫米波雷达不易受环境（温度、光线等）影响，可以穿透塑料、墙板、衣服等非金属材料，这决定了它在一些特定领域可以占据C位。
应用场景；另一方面，与其他传感器相比，毫米波雷达不仅可以检测物体的存在，还可以确定移动物体的方向、速度、距离，甚至可以根据天线配置确定移动物体的准确位置。
这些高精度的数据和丰富的信息无疑将为毫米波雷达在工业和消费市场，特别是物联网相关领域赢得新的发展空间。
毫米波雷达“三兄弟” 根据工作频段，面向民用市场的毫米波雷达可分为三类： 24GHz毫米波雷达。
这也是第一个投入民用的毫米波雷达，波长为1.25cm（勉强算毫米波）。
由于频率较低、频段带宽较窄（仅MHz），24GHz毫米波雷达测量精度受到限制，这也在一定程度上限制了其应用范围的扩大。
但由于其技术成熟、成本低廉，仍有很大的发展空间。
77GHz毫米波雷达。
该频段毫米波雷达的波长仅为3.9mm，频率较高，带宽可达4GHz。
一般来说，雷达的波长越短，分辨率/精度越高（当然成本会更高），整体系统也会更小。
因此，77GHz毫米波雷达逐渐取代24GHz产品，成为汽车领域的主导选择。
主流，许多国家和地区也将这个频段划分为汽车专用频段。
随着77GHz毫米波雷达技术的成熟，24GHz解决方案在车载应用中的性价比优势已经不那么显着。
因此，近年来24GHz毫米波雷达逐渐将后续发展重点转向工业和消费市场。
60GHz毫米波雷达。
该频段的雷达波长为5mm，针对短距离应用的免许可带宽高达7GHz，因此可以提供更好的分辨率。
它的出现主要是为了解决24GHz雷达带宽有限、精度不够、应用物体感知有限等问题。
正因为如此，非汽车领域各大技术厂商围绕毫米波雷达的竞争逐渐从24GHz转向60GHz频段。
显然，60GHz毫米波雷达更擅长检测细微的运动。
60GHz雷达的波长为5mm，0.5mm的微动相当于波长的10%。
这已经是雷达“外观”上明显的位移了。
可以说，非汽车领域的“新赛道”是，以24GHz雷达领头羊、77GHz雷达在汽车领域的重点突破、以及60GHz雷达的补强，“三兄弟”毫米波雷达在民用市场闯出了一片新天地。
。
尤其是在非汽车领域，毫米波雷达在四个领域的表现值得期待。
首先是楼宇自动化和智能家居领域。
毫米波雷达作为人体和运动传感器，可以准确感知某个区域内的人员数量和位置，并以此为基础控制照明、空调等系统，实现更高效的节能。
一些开发商也在探索毫米波雷达与电梯控制的结合，能够基于算法精确计算出电梯内等待的乘客数量——甚至可以准确判断不相关的路人与真实的乘客——从而合理调度并改进电梯。
运营效率。
二是健康监测领域。
上面提到的心跳和呼吸监测就是一个典型的用例。
而随着老龄化进程的加速，毫米波雷达与智慧养老的结合还可以演化出更多新的用例，例如跌倒报警、睡眠监测等。
该领域的未来前景也值得关注。
例如，安富利公司基于英飞凌BGT60TR1X系列毫米波雷达芯片开发了呼吸和心跳检测解决方案。
该解决方案可以使用两根天线，一根发射，一根接收。
采集到的数据通过Arm Cortex-M7低成本MCU上进行处理，可以自动检测并捕捉大范围内由呼吸和心跳引起的细微运动。
图2：安富利毫米波雷达功能图 图3：安富利毫米波雷达呼吸心跳检测解决方案实测。
左上图和右上图显示了呼吸和心跳引起的胸部位移变化。
三是安防监控领域。
虽然摄像头是目前该领域的主流解决方案，但个人隐私一直是伴随视觉解决方案的敏感话题。
因此，在某些情况下，毫米波雷达可以作为替代摄像头的方案，用于交通分析、入侵检测等任务。
此外，采用“摄像头+毫米波雷达”互联方案还可以提升原有方案的性能和可靠性，有助于实现更高的识别率、更低的误报率、更低的人工成本。
最后是人机交互（HMI）领域。
通过精确的运动检测，毫米波雷达可以实现更精细的手势和身体识别，为用户提供更自然的HMI体验。
这将在小屏幕或短距离屏幕的非接触式手势控制、实时游戏交互、家电控制等方面带来全新的用户体验。
总之，从军事用途到特殊用途，到汽车，到工业和消费物联网应用，毫米波雷达通过不断“出圈”，不断拓展应用版图。
MarketsandMarkets的数据显示，到2020年，雷达传感器市场总额将达到1亿美元，年复合增长率为19.5%。
其中，车载雷达是这波增长的最大推动力。
可以预见，物联网市场将成为驱动毫米波雷达市场的又一个轮子，推动其以更高的加速度前行。
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