UWB电磁技术在公安消防领域的应用

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1、UWB电磁技术在公安消防领域的应用摘要：近年来国际上UWB（UltraWideBand,超宽带）电磁理论的研究和应用是一个热点问题，UWB搜救雷达有望成为消防救援人员最好的搜救探测工具；UWB无线通信有望成为地震坍塌、矿井救援、高层火灾、地下火灾、油气火灾等复杂环境下消防救援人员现场指挥的首选通讯手段。本文研究超宽带电磁技术在公安消防领域的应用，主要可用于灾害现场的搜救，火灾探测及预警，细火雾及其它灭火剂与火焰相互作用的全场诊斷，物证的提取及分析，灾害现场救援的通信系统等领域，将UWB电磁技术引入公安消防领域，必将会大大提高消防部队的灭火救援

2、能力和效率。关键词:UWB,电磁技术，消防救援1引言城市化进程的不断加快，城市结构的日益复杂和城市人口的迅速增多，使得当城市灾害（如地震、滑坡、房屋建筑塌陷、战争、恐怖活动、火灾等）来临的吋候，如何最大限度地减轻各类灾害损失，抢救被压、埋、劫持绑架人员和逮捕潜逃罪犯，有效地减少人员伤亡的城市灾害救助和牛命搜索成为党和国家非常重视的问题。我国在灾害救助高新技术与方法领域目前还不够完善，主耍以人、搜索犬为手段，近年来光学设备、红外热成像、声波振动探测设备等方法逐步被使用，但是这些方法本身的局限性大和受环境影响较大，而基于超宽带电磁理论的超宽带探测

3、雷达则以其穿透能力强、分辨力高、功耗低，抗多径能力强、抗干扰能力强、以及对探测目标无损性等独特优势，将成为消防救援人员搜救探测的有力武器。目前世界上最先进的UWB（Ultra-Wideband,超宽带）搜救雷达是美国超视安全系统公司于2005年推出的生命探测仪，该设备在中频（对动口标击加载跟踪冋路）图1UWB搜救雷达系统框图四川汶川大地震的搜救中，发挥了不可磨灭的作用，用该设备搜救出数万名被困的同胞，其中搜救11!的掩埋吋间最长的同胞为216多个小时。我国从2003年以來也投入大量的资金和科研力量研究UWB电磁技术⑴。目前还尚未有商用的产品。

4、本文基于超宽带电磁理论的信号处理技术，探索其在公安消防领域的应用。2UWB电磁技术原理与自由空间雷达不同的是搜救雷达电磁波在传播过程中碰到的障碍物有时是及其复杂的，可能碰到到各种有损介质和无损介质如泥土、砖块、混凝土、金属、玻璃、塑料、人、动物等等，另外由于是在城市中使用，其功率不能像军事用寻的、制导、预警雷达那样很高，那样既会使设备不易携带，也会对民用无线电系统造成干扰，甚至对搜救目标造成伤害。使用环境要求搜救雷达的发射信号应该是穿透能力强的、抗多径的，抗干扰的、宽频谱的、低功率的、目标无损的、便于对探测目标检测识別的电磁信号。UWB搜救雷

5、达根据探测信号来源分有源和无源两种，有源搜救雷达是对探测目标所发射的信号进行检测识别，如美国超视安全系统公司的生命探测仪，探测人体所发出的超低频电波产生之电场（由心脏产生）来找到“活人”的位置，接收到的目标信号单纯（没有本身信号反射），当然这种方式对人体没有任何伤害。但是，人体发出的信号本来就非常微弱，再加之所处的环境复杂，要想捕捉到有用信号难度非常大，且只能探测有生命或生命迹象明显的人。一般用的都是无源雷达，其基本原理是发射电磁信号，然后捕获冃标对发射信号的反射波进行处理，目前用纳秒级的电磁脉冲串作为UWB搜救雷达的发射信号，发射信号能塑可

6、调，可以探测有生命的人和无生命的人。可以说UWB搜救雷达是一种特殊的UWB信号的发射、接收、处理系统，如图1所示。3UWB电磁技术在公安消防领域的应用3.1灾害现场的搜救灾害现场可能非常复杂，但不论多复杂都可以对其进行建模，不妨用一立方体（圆柱体）去模拟救援现场空间，如图2,搜救人员的作业面为立方体的一个面，而被困人员为立方体内部的一个点，实施搜救的过程就是搜救人员在作业而上人工（或用设备）对立方体进行横纵扫描搜索探测，如图2,我们可以在作业而上沿任何一条扫描线（如沿红色扫描线）将搜救现场进行切割，其切割剖面如图3,扫描切割线探测器切割线搜索

7、方法不利因素人工搜索呼叫和敲击仅通过视觉和声音发现建筑物的空区有一定困难，且搜索人员有一定危险。难以发现失去知觉和体弱的幸存者。搜索犬行动的范围受限制,且易受训导员和搜索犬能力的影响。光学设备观察受空隙尺寸、电缆长度、光照强度的限制。红外、热成像不能区分热源的屮间色调，如幸存者的温度与废墟的温度一样时，可能会造成混乱。声波、振动探测设备难以发现失去知觉的幸存者，易受环境噪音的影响，且有距离的限制（声波设备7米左右，震动设备20米左右）。图2救援现场模型图3救援现场纵向剖面在复杂的救援现场中，救援人员一般是综合运用多种搜救办法，表1搜索方法及其

8、局限性分析如呼喊、敲击、视觉判断等人工搜索方法，尽快发现地表或浅埋的遇难者，然后进行犬搜索，以寻找被掩埋于废墟下的遇难者，最后对重点部位进行仪器搜索，以精确定位。近