生命探测仪—研究现状

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1、这次大汶川地震中数百万房屋被震塌，十几万人被压埋在倒塌的房屋下面，尽快抢救被压埋的幸存者成为开始救灾的第一位紧急任务，但是由于房屋倒塌现场的各种复杂情况，许多被深埋的幸存者无法主动把呼救信息传递上来，在这种地震灾害中就急需一种被称为生命探测仪的信息检测技术。生命探测技术是近代发展的一项新技术，主要用于废墟中发现存活者及寻找清理战场时的伤员。传统的方法一般应用光学、红外线、无线电、卫星定位技术、声波等技术进行探测。红外生命探测技术利用了人体的红外辐射特性，人体的红外辐射能量较集中的中心波长为9.4μm，人体皮肤的红外辐射范围为3～50μm，其中8～14μm占全

2、部人体辐射能量的46%，这个波长是设计人体红外探测仪的重要的技术参数，决定了人体与周围环境的红外辐射特性不同与差别，探测仪可以用成像的方式把要搜索的目标与背景分开。声波振动生命探测仪应用了声波及震动波的原理，采用声音/振动传感器，进行全方位的振动信息收集，可探测以空气为载体的各种声波和以其它媒体为载体的振动，并将非目标的噪音波和其它背景干扰波过滤，进而确定被困者的位置。但这些技术都有各自的局限性，无法有效地探测到埋藏在废墟、瓦砾或建筑物下的人员。随着无线电技术的迅猛发展，根据HAETC(HughesAdvancedElectro-magneticTechno

3、logyCenter)对电磁波在多种介质中的穿透特性的测量研究可知：在低频段，在l～10GHz范围的电磁波在穿过混凝墙壁时衰减很小，并且随着频率的降低，衰减也在减少，其中在8GHz时衰减大约为l0dB，在2GHz时衰减将下降到5dB以下【1】。因此，低于10G的频率适合对砖块和混凝土构筑的墙壁进行穿透探测。所以微波多普勒雷达被用于探测几米厚的墙体后探测数十米距离幸存者的呼吸、心跳和体动等生命体征信息。多普勒探测雷达发射电磁波探测信号，遇墙壁、废墟等穿透性较好，遇生命体后反射并由接收机接受解调，得到呼吸、心跳和体动等生命体征信息【2】。根据多普勒原理，运动物体

4、对反射信号后，会对反射信号的频率、相位造成影响，其影响主要决定于物体的运动速度。将人体的胸腔、心脏看作目标物体，则它们的振动变化会对反射信号造成有规律的变化，接收机解调反射信号后就可以得到呼吸、心跳等生命体征信息。目前，微波生命探测雷达主要有两种，连续波探测雷达与脉冲探测雷达。连续波探测雷达连续不断的发射与接收某一频率连续波，而脉冲探测雷达则是发射与接收脉冲信号的探测雷达。连续波雷达的原理较为简单，它的发射机和接收机都采用同一信号源，采用超外差式接收机或者零拍接收机【3】。它不断的发射和接受窄带信号连续波，因此不需要接收和发射选通，并且由于窄带信号的特点，连

5、续波雷达对滤波器的要求不高，其接收机每一级的滤波器可以设计的较为简单。连续波雷达最大的有点是，它可测量的目标物体的速度和距离范围极大，而脉冲和其他调制雷达则要受到待测目标物体速度和距离的限制。1970年后，利用连续波雷达测量呼吸和心跳被逐渐提出了。当时，呼吸和心跳是分开测量的。Lin等人使用了X波段的扫描震荡器，发射天线采用指向目标的号角天线，测量了30厘米处未被麻醉的兔子的呼吸，并且利用同样的系统测量了麻醉过的兔子和猫的心跳【4，5，6】。1980年后到1990年间，出现了在系统中同时处理模拟信号和数字信号的新系统，可以通过信号的处理区别呼吸信号和心跳信号

6、，这样就可以同时进行呼吸与心跳信号的测量了【7，8，9，10】。1990年，Chuang等人利用一种自动消除杂波的电路及其算法，成功测量了7层砖和10英尺碎石后面的呼吸与心跳信号【8，9】。他的系统中采用了工作频率分别为2GHz和10GHz的两种，其中2GHz可以成功穿透10GHz不能穿透的湿砖墙。近些年来，Matsui等人利用线性判别分析的方法区别生命体缺氧和震动的状态，成功采用频率1215M、功率70mW的发射信号，检测了碎石后面的10只兔子的缺氧状态和震动状态，后来Matsui等人又通过1215MHz雷达成功的对血液Ph值做了检测实验。【11】但是连续

7、波雷达存在着明显的不足之处，就是无法很好的区分反射信号。比如，直接从发射机到接收机的泄露、发射接收电路间的耦合、多径反射的杂波与噪声的叠加形成的混频信号等等都会造成发射信号区分的困难。【2】而脉冲雷达的发射脉冲重复周期与片上信号电路的长度相比较长，不容易造成辐射泄露；一些杂波的强反射信号也容易和长距离目标物体的反射信号相区别。这些也是脉冲雷达最主要的优点。其中融合了超宽带（UWB）技术的超宽带脉冲探测雷达，以其抗多径和窄带干扰能力强、传输速率高、系统容量大、穿透能力强、低功耗、系统复杂度低等一系列优点获得了许多研究。1989年前，超宽带信号主要是通过发射极短

8、脉冲获得，这种技术广泛用于雷达领域并使用脉冲无线电这