超寬譜雷達(dá)式生命探測(cè)儀工作原理是由編碼器控制脈沖振蕩器觸發(fā)窄脈沖發(fā)生器，產(chǎn)生窄脈沖信號(hào)，并通過(guò)發(fā)射天線輻射出去。反射信號(hào)經(jīng)過(guò)接收天線送到接收機(jī)采樣頭,由脈沖振蕩器產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)過(guò)延時(shí)電路產(chǎn)生窄脈沖作為距離門,對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行選擇,采樣頭輸出的信號(hào)經(jīng)過(guò)積分電路,對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行積累,經(jīng)過(guò)成千上萬(wàn)個(gè)脈沖的積累后微弱信號(hào)被檢測(cè)出來(lái),放大濾波電路對(duì)該信號(hào)進(jìn)行放大濾波,檢測(cè)電路中的微分電路對(duì)放大后的信號(hào)進(jìn)行微分,如果沒(méi)有生命活動(dòng)目標(biāo),微分電路的輸出為一固定值，如果有生命活動(dòng)目標(biāo),微分電路輸出將發(fā)生微小的變化。用生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理技術(shù)，從該變化中提取生命信息，就達(dá)到了生命探測(cè)的目的。
生命信息提取基本流程是由雷達(dá)前端檢測(cè)電路輸出信號(hào)經(jīng)預(yù)處理后，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，然后送計(jì)算機(jī)處理。在雷達(dá)式生命參數(shù)探測(cè)系統(tǒng)中，動(dòng)目標(biāo)干擾對(duì)后續(xù)處理影響很大，因此，首先采用跟蹤干擾譜峰的濾波算法，對(duì)動(dòng)目標(biāo)干擾進(jìn)行抑制，將動(dòng)目標(biāo)干擾的影響降到小。然后，信號(hào)分兩路并行處理，一路采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模式識(shí)別算法，對(duì)探測(cè)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別，以確定探測(cè)區(qū)域內(nèi)是否有人存在。另一路先進(jìn)行基于FFT的頻域積累，估計(jì)出生命信號(hào)的頻譜范圍，并進(jìn)行小波變換，分離出呼吸信號(hào)。以進(jìn)一步對(duì)生命目標(biāo)進(jìn)行辯識(shí)。
技術(shù)指標(biāo)與實(shí)驗(yàn)
研制的超寬譜雷達(dá)式生命探測(cè)儀，其天線采用介質(zhì)耦合屏蔽型；天線中心頻率為500MHz；時(shí)窗為1—5000ns可調(diào)；小時(shí)間分辨率為 ≤10ps。能探測(cè)到靜止存活人員的呼吸、體動(dòng)信號(hào)；自由空間探測(cè)距離￡30M；能穿透鋼精混凝土結(jié)構(gòu)，廢墟（有空間、間隙）探測(cè)深度￡10M；可測(cè)距，距離分辨率達(dá)10cm；具有一定的區(qū)分人和動(dòng)物的能力；工作溫度可達(dá)-20 ~40°C。重量￡10Kg，可單人攜行；電池供電，電池（可充電）連續(xù)工作時(shí)間≮4小時(shí)。操作簡(jiǎn)單，可提供良好的人機(jī)界面，設(shè)備自動(dòng)給出智能探測(cè)結(jié)果，并標(biāo)注目標(biāo)所在的方向和距離，為搶救存活者提供直觀、明了的重要信息。
在第四軍醫(yī)大學(xué)生命探測(cè)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地進(jìn)行了測(cè)試，該實(shí)驗(yàn)場(chǎng)模擬墻體為實(shí)心磚、空心磚和混凝土混合結(jié)構(gòu)，墻厚2米，天線距目標(biāo)為3米，測(cè)試人員采用躺姿并靜止正常呼吸。探測(cè)儀快速自動(dòng)探測(cè)到生命目標(biāo)，并顯示其距離。
在北京某地震實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地也進(jìn)行了測(cè)試測(cè)試。在模擬粉碎性坍方場(chǎng)地。被測(cè)試人員從豎井中進(jìn)入探測(cè)區(qū)域，并靜止，探測(cè)儀成功探測(cè)到目標(biāo)。在廢墟的側(cè)面探測(cè)時(shí)，被測(cè)試人員斜靠在斷墻面上并靜止，探測(cè)儀成功探測(cè)到目標(biāo)，目標(biāo)距離為5米左右。在模擬高層建筑倒塌場(chǎng)地。六塊各20cm厚鋼筋混凝土預(yù)制樓板疊放在一起，被測(cè)試人員靜止躺在下面，探測(cè)儀成功探測(cè)到目標(biāo)，深度約2米左右，說(shuō)明這種生命探測(cè)儀具有很強(qiáng)的穿透能力。在測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)，工作人員可以在工作現(xiàn)場(chǎng)附近，不必撤離，只要相對(duì)保持靜止即可，說(shuō)明這種生命探測(cè)儀具有好的抗干擾能力。
結(jié)果與討論
從實(shí)驗(yàn)情況看，超寬譜雷達(dá)式生命探測(cè)儀具有以下顯著特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。
（1）穿透能力強(qiáng)。 該探測(cè)儀輻射信號(hào)的頻譜分量主要分布在VHF和UHF頻段上,這些頻段的電磁波穿透能力都較強(qiáng)。使得這種生命探測(cè)儀在穿透探測(cè)上具有很強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。
?。?）作用距離。 該探測(cè)儀距離門可在很大范圍內(nèi)滑動(dòng)，這樣就可實(shí)現(xiàn)對(duì)固定距離的目標(biāo)進(jìn)行探測(cè),把該距離范圍內(nèi)的目標(biāo)檢測(cè)出來(lái)。距離分辨率可達(dá)10cm。從而方便的對(duì)目標(biāo)定位，非常有利于挖掘救護(hù)。
?。?）抗干擾能力強(qiáng)。 該探測(cè)儀對(duì)其它電磁信號(hào)的抗干擾能力是通過(guò)積分電路實(shí)現(xiàn)的,如正弦干擾信號(hào)通過(guò)多次積分后,其輸出可為0;對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的抗干擾能力可通過(guò)距離門來(lái)提高，距離門以外的干擾無(wú)法進(jìn)入信號(hào)處理通道。
?。?）具有多目標(biāo)探測(cè)能力。由于其測(cè)距能力，因此，可實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)的探測(cè)。
?。?）探測(cè)靈敏度高。由于采用了生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理技術(shù)，因此，可以探測(cè)到臥姿（包括側(cè)臥、俯臥等）情況下，靜止人員的生命特征，如呼吸、體動(dòng)等。從而使該儀器在生命探測(cè)中，具有了很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。
超寬譜雷達(dá)式生命探測(cè)儀正是具備以上獨(dú)特的特點(diǎn)，使它在生命探測(cè)領(lǐng)域，具有廣泛的應(yīng)用前景。它和其它生命探測(cè)儀相比，更實(shí)用化，因此，受到用戶和研究者的關(guān)注，成為研究熱點(diǎn)。目前，國(guó)際上這種產(chǎn)品還比較少見(jiàn)，相信它的使用，將使我們的災(zāi)后應(yīng)急搜救能力得到進(jìn)一步提高，將會(huì)有更多的寶貴生命得到及時(shí)救護(hù)。
生命信息提取基本流程是由雷達(dá)前端檢測(cè)電路輸出信號(hào)經(jīng)預(yù)處理后，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，然后送計(jì)算機(jī)處理。在雷達(dá)式生命參數(shù)探測(cè)系統(tǒng)中，動(dòng)目標(biāo)干擾對(duì)后續(xù)處理影響很大，因此，首先采用跟蹤干擾譜峰的濾波算法，對(duì)動(dòng)目標(biāo)干擾進(jìn)行抑制，將動(dòng)目標(biāo)干擾的影響降到小。然后，信號(hào)分兩路并行處理，一路采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模式識(shí)別算法，對(duì)探測(cè)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別，以確定探測(cè)區(qū)域內(nèi)是否有人存在。另一路先進(jìn)行基于FFT的頻域積累，估計(jì)出生命信號(hào)的頻譜范圍，并進(jìn)行小波變換，分離出呼吸信號(hào)。以進(jìn)一步對(duì)生命目標(biāo)進(jìn)行辯識(shí)。
技術(shù)指標(biāo)與實(shí)驗(yàn)
研制的超寬譜雷達(dá)式生命探測(cè)儀，其天線采用介質(zhì)耦合屏蔽型；天線中心頻率為500MHz；時(shí)窗為1—5000ns可調(diào)；小時(shí)間分辨率為 ≤10ps。能探測(cè)到靜止存活人員的呼吸、體動(dòng)信號(hào)；自由空間探測(cè)距離￡30M；能穿透鋼精混凝土結(jié)構(gòu)，廢墟（有空間、間隙）探測(cè)深度￡10M；可測(cè)距，距離分辨率達(dá)10cm；具有一定的區(qū)分人和動(dòng)物的能力；工作溫度可達(dá)-20 ~40°C。重量￡10Kg，可單人攜行；電池供電，電池（可充電）連續(xù)工作時(shí)間≮4小時(shí)。操作簡(jiǎn)單，可提供良好的人機(jī)界面，設(shè)備自動(dòng)給出智能探測(cè)結(jié)果，并標(biāo)注目標(biāo)所在的方向和距離，為搶救存活者提供直觀、明了的重要信息。
在第四軍醫(yī)大學(xué)生命探測(cè)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地進(jìn)行了測(cè)試，該實(shí)驗(yàn)場(chǎng)模擬墻體為實(shí)心磚、空心磚和混凝土混合結(jié)構(gòu)，墻厚2米，天線距目標(biāo)為3米，測(cè)試人員采用躺姿并靜止正常呼吸。探測(cè)儀快速自動(dòng)探測(cè)到生命目標(biāo)，并顯示其距離。
在北京某地震實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地也進(jìn)行了測(cè)試測(cè)試。在模擬粉碎性坍方場(chǎng)地。被測(cè)試人員從豎井中進(jìn)入探測(cè)區(qū)域，并靜止，探測(cè)儀成功探測(cè)到目標(biāo)。在廢墟的側(cè)面探測(cè)時(shí)，被測(cè)試人員斜靠在斷墻面上并靜止，探測(cè)儀成功探測(cè)到目標(biāo)，目標(biāo)距離為5米左右。在模擬高層建筑倒塌場(chǎng)地。六塊各20cm厚鋼筋混凝土預(yù)制樓板疊放在一起，被測(cè)試人員靜止躺在下面，探測(cè)儀成功探測(cè)到目標(biāo)，深度約2米左右，說(shuō)明這種生命探測(cè)儀具有很強(qiáng)的穿透能力。在測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)，工作人員可以在工作現(xiàn)場(chǎng)附近，不必撤離，只要相對(duì)保持靜止即可，說(shuō)明這種生命探測(cè)儀具有好的抗干擾能力。
結(jié)果與討論
從實(shí)驗(yàn)情況看，超寬譜雷達(dá)式生命探測(cè)儀具有以下顯著特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。
（1）穿透能力強(qiáng)。 該探測(cè)儀輻射信號(hào)的頻譜分量主要分布在VHF和UHF頻段上,這些頻段的電磁波穿透能力都較強(qiáng)。使得這種生命探測(cè)儀在穿透探測(cè)上具有很強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。
?。?）作用距離。 該探測(cè)儀距離門可在很大范圍內(nèi)滑動(dòng)，這樣就可實(shí)現(xiàn)對(duì)固定距離的目標(biāo)進(jìn)行探測(cè),把該距離范圍內(nèi)的目標(biāo)檢測(cè)出來(lái)。距離分辨率可達(dá)10cm。從而方便的對(duì)目標(biāo)定位，非常有利于挖掘救護(hù)。
?。?）抗干擾能力強(qiáng)。 該探測(cè)儀對(duì)其它電磁信號(hào)的抗干擾能力是通過(guò)積分電路實(shí)現(xiàn)的,如正弦干擾信號(hào)通過(guò)多次積分后,其輸出可為0;對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的抗干擾能力可通過(guò)距離門來(lái)提高，距離門以外的干擾無(wú)法進(jìn)入信號(hào)處理通道。
?。?）具有多目標(biāo)探測(cè)能力。由于其測(cè)距能力，因此，可實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)的探測(cè)。
?。?）探測(cè)靈敏度高。由于采用了生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理技術(shù)，因此，可以探測(cè)到臥姿（包括側(cè)臥、俯臥等）情況下，靜止人員的生命特征，如呼吸、體動(dòng)等。從而使該儀器在生命探測(cè)中，具有了很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。
超寬譜雷達(dá)式生命探測(cè)儀正是具備以上獨(dú)特的特點(diǎn)，使它在生命探測(cè)領(lǐng)域，具有廣泛的應(yīng)用前景。它和其它生命探測(cè)儀相比，更實(shí)用化，因此，受到用戶和研究者的關(guān)注，成為研究熱點(diǎn)。目前，國(guó)際上這種產(chǎn)品還比較少見(jiàn)，相信它的使用，將使我們的災(zāi)后應(yīng)急搜救能力得到進(jìn)一步提高，將會(huì)有更多的寶貴生命得到及時(shí)救護(hù)。
