رادار mmWave برای حس‌گری حضور و علائم حیاتی

چرا رادار، نه دوربین

تشخیص حضور انسان با دوربین یعنی ثبت تصویر و در نتیجه حریم خصوصی. رادار موج میلی‌متری فقط حرکت میکرومتری سطح قفسهٔ سینه و الگوی حرکت بدن را می‌بیند؛ داده‌ای که ذاتاً ناشناس است و در نتیجه برای اتاق خواب و مراکز درمانی قابل پذیرش‌تر است.

ساختار سیگنال: FMCW در سه بعد

رادار FMCW با جاروب فرکانسی، فاصله را از تأخیر، سرعت را از اختلاف فاز میان پالس‌ها و زاویه را از اختلاف فاز میان آنتن‌های آرایه به دست می‌آورد. حاصل یک ابر نقاط سه‌بعدی است که با یک FFT سه‌مرحله‌ای (برد، داپلر، زاویه) ساخته می‌شود.

استخراج تنفس و ضربان از نویز

• گام اول، جداسازی فاز: فاز پیکسل مربوط به قفسهٔ سینه را در بازهٔ فاصله‌ای درست استخراج کنید؛ بقیهٔ پیکسل‌ها نویزند.
• حذف حرکت بدن: هر حرکت بزرگ، سیگنال فاز را اشباع می‌کند؛ با تشخیص اغتشاش، پنجرهٔ اندازه‌گیری را نگه دارید یا حذف کنید.
• فیلتر باندگذر: تنفس ۰٫۱ تا ۰٫۵ هرتز و ضربان ۰٫۸ تا ۲ هرتز؛ باندهایی که با فیلتر باترورث مرتبهٔ ۴ به‌خوبی جدا می‌شوند.
• اعتبارسنجی: اگر نسبت سیگنال به نویز پایین آمد، مقدار را گزارش نکنید؛ گزارش «نامعتبر» بهتر از عدد غلط است.

در عمل

برای یک سنسور نصب‌شده روی دیوار در ارتفاع ۱٫۲ متری، زاویهٔ دید ۸۰ درجه و فاصلهٔ مؤثر تا ۳ متر، دقت اندازه‌گیری نرخ تنفس در شرایط استراحت بهتر از ۱۰ درصد به دست آمده است؛ اما هرگز جایگزین تجهیزات پزشکی تأییدشده نیست.

طراحی آنتن و چیدمان برد

1. آرایهٔ فرستنده و گیرنده را با فاصلهٔ نیم‌طول موج بچینید تا ابهام زاویه‌ای (Alias) پیش نیاید.
2. رادوم (پوشش پلاستیکی) را در مدل الکترومغناطیسی لحاظ کنید؛ ضخامت و ثابت دی‌الکتریک آن مستقیماً تلفات را تعیین می‌کند.
3. هیت‌سینک و صفحهٔ زمین زیر ماژول را طوری طراحی کنید که بازتاب‌های داخلی مزاحم نسازند.
4. برای تأیید عملکرد، اتاقک بدون بازتاب (Anechoic) لازم نیست؛ یک اتاق خالی با اجسام جذب‌کنندهٔ ساده کافی است.

حریم خصوصی به‌عنوان قابلیت محصول

پردازش را روی خود دستگاه انجام دهید، هیچ ابر نقطه‌ای ارسال نشود و خروجی فقط «حضور / نبود حضور» و نرخ تنفس باشد. این معماری هم پهنای باند را آزاد می‌کند و هم بحث‌های حقوقی را پیش از وقوع می‌بندد.