基于生物雷達技術非接觸生命探測實驗研究

周永軍　龐令陽　張輝　趙興瑾

【摘 要】生物雷達是雷達技術與生物醫(yī)學工程技術相融合、用于探測生命信號的特殊雷達，是近年來國外提出的一種非接觸生命探測技術。本文為了檢驗搭建的連續(xù)波生物雷達系統(tǒng)探測生命的可行性和有效性，對六種不同狀況下的被探測區(qū)域進行實驗，結果表明：與無生命體或距離較遠時相比，當探測區(qū)域存在生命體且距離較近時探測曲線會出現(xiàn)一個明顯的下陷峰且幅值較高，和前者的探測曲線相比存在明顯差異。故連續(xù)波生物雷達系統(tǒng)探測生命不僅可行而且有效。

【關鍵詞】生物雷達技術;非接觸;生命探測;實驗

中圖分類號： R318.04文獻標識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）05-0181-002

0 引言

聚集一個區(qū)域大量資源和人口的城市勢必會面臨諸如火災、治安、反恐、地震等災害人員搜救等問題，這促進非接觸式生命檢測技術[1-2]的研制與發(fā)展。

以發(fā)射微波對未知場景中生命體信息進行檢測的技術稱為生物雷達技術。與激光、紅外及超聲波探測技術相比，生物雷達技術具有不易受環(huán)境溫度、熱源影響，能有效穿透介質的特點，能較好地解決激光、紅外及超聲探測技術缺陷問題[3-4]，具有更加廣泛的應用前景，已成為近些年來國內外研究人員研究的熱點[5]。

雷達技術應用于生命體檢測開始于20世紀70年代，在隨后幾十年中，包括中國在內的很多國家科研工作者加入到生物雷達研究的隊伍中并取得一定可喜的成績[6-7]。但隨著該領域的深入發(fā)展，人們提出更多、更高技術要求[8]。

目前依據(jù)載波形式不同生物雷達技術可分為CW（Continue Wave， 單頻連續(xù)波）[9]和UWB（Ultra-wide Bandwidth： 超寬帶）[10]兩種。

對生物雷達檢測技術而言，實驗研究是必不可少環(huán)節(jié);因CW（Continue Wave，單頻連續(xù)波）信號穩(wěn)定，可獲得較高信噪比。故本文實驗驗證所搭建連續(xù)波探測系統(tǒng)探測生命體的有效性和可行性。

1 CW生物雷達的主要工作原理

雷達向未知區(qū)域連續(xù)發(fā)射電磁波，根據(jù)多普勒原理，回波信號將被探測區(qū)域物體所調制，其頻率、相位等參數(shù)將發(fā)生改變;利用天線采集到回波信號后，再選擇合適的技術即可從這些變化中提取出探測區(qū)域物體信息。其工作原理框圖如圖1所示

2 實驗儀器設備

矢量網絡分析儀（DS7631A/50Ω，300KHz-1300MHz），生物雷達天線，耦合器、標準同軸線電纜等。

3 實驗結果

為了檢驗搭建連續(xù)波探測系統(tǒng)對生命體檢測的有效性和可行性，文中僅對二種情況（一是在有障礙物前提下，探測區(qū)域有、無生命的情況，二是無障礙物前提下，被探測區(qū)域生命體距離探測雷達遠、近情況）進行驗證。結果如圖2.、3、4、5中的a圖和b圖所示。生物雷達發(fā)射電磁波頻率為900MHz，輸出電平為5dBm。

4 分析與討論

本文實驗環(huán)境為一個貼近實際情況房間內。對比圖3、圖2（有障礙物且探測區(qū)域有、無生命體），由探測曲線可看到，有生命體存在時探測曲線出現(xiàn)一個明顯下陷峰且峰值明顯高于無生命體存在的情況，對比圖5，圖4（無障礙物且探測區(qū)域生命體距離生物雷達遠、近），由探測曲線可知當生命體離生物雷達近時，探測曲線上的下陷峰幅值明顯高于生命體遠離生物雷達的情況，造成這種現(xiàn)象原因是生物雷達輸出電平為5dBm，該電平值的連續(xù)波探測遠距離目標后回波信號能量已經很弱了，所以探測曲線未出現(xiàn)明顯下陷峰。由此可見搭建的CW生物雷達系統(tǒng)用于生命探測可行。

5 展望

基于生物雷達非接觸檢測技術從提出到實現(xiàn)每一步都依賴于生物雷達技術的革新及新的、更有效的信號處理技術的出現(xiàn)。雖然CW生物雷達系統(tǒng)探測生命信息是可行，但只能探測到被測區(qū)域是否存在生命體，并不能分辨出生命體是人還是動物，而成像是解決該問題的有效途徑。

【參考文獻】

[1]陳宇杰， 王健琪， 路國華. 非接觸式生命信息檢測技術的綜述. 醫(yī)療衛(wèi)生裝備， 2006， 27（3）：32-33.

[2]王焱源. 射擊運動員疲勞狀態(tài)非接觸式檢測技術試驗研究. 體育科學， 2007， 27（8）： 76-78.

[3]張楊， 焦騰， 荊西京等. 生物雷達技術的研究現(xiàn)狀與新進展. 信息化研究， 2010， 36（10）： 6-13.

[4]張楊， 王健琪， 荊西京等. 基于自適應濾波的生物雷達干擾抑制方法. 儀器儀表學報， 2009，30（4）： 807-811.

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[7]Jiao M K， Lu G H， Jing X J. A Novel Radar Sensor for the Non-Contact Detection of Speech Signals. Sensors. 2010， 10（5）：4622-4633.

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[9]Lehman B，Boric·Lubecke O，Lubecke VM，et a1.A digital signal processor for Doppler sensing of vital signs[R].Washington DC：Storming Media.2001.14-18.

[10]Noel Bruce.Ultrawideband radar：processing of the first Los Alamos synposium.USA：CRC press，boca raton edition， 1991.