基于生物雷达技术非接触生命探测实验研究

周永军　庞令阳　张辉　赵兴瑾

【摘 要】生物雷达是雷达技术与生物医学工程技术相融合、用于探测生命信号的特殊雷达，是近年来国外提出的一种非接触生命探测技术。本文为了检验搭建的连续波生物雷达系统探测生命的可行性和有效性，对六种不同状况下的被探测区域进行实验，结果表明：与无生命体或距离较远时相比，当探测区域存在生命体且距离较近时探测曲线会出现一个明显的下陷峰且幅值较高，和前者的探测曲线相比存在明显差异。故连续波生物雷达系统探测生命不仅可行而且有效。

【关键词】生物雷达技术;非接触;生命探测;实验

中图分类号： R318.04文献标识码： A文章编号： 2095-2457（2019）05-0181-002

0 引言

聚集一个区域大量资源和人口的城市势必会面临诸如火灾、治安、反恐、地震等灾害人员搜救等问题，这促进非接触式生命检测技术[1-2]的研制与发展。

以发射微波对未知场景中生命体信息进行检测的技术称为生物雷达技术。与激光、红外及超声波探测技术相比，生物雷达技术具有不易受环境温度、热源影响，能有效穿透介质的特点，能较好地解决激光、红外及超声探测技术缺陷问题[3-4]，具有更加广泛的应用前景，已成为近些年来国内外研究人员研究的热点[5]。

雷达技术应用于生命体检测开始于20世纪70年代，在随后几十年中，包括中国在内的很多国家科研工作者加入到生物雷达研究的队伍中并取得一定可喜的成绩[6-7]。但随着该领域的深入发展，人们提出更多、更高技术要求[8]。

目前依据载波形式不同生物雷达技术可分为CW（Continue Wave， 单频连续波）[9]和UWB（Ultra-wide Bandwidth： 超宽带）[10]两种。

对生物雷达检测技术而言，实验研究是必不可少环节;因CW（Continue Wave，单频连续波）信号稳定，可获得较高信噪比。故本文实验验证所搭建连续波探测系统探测生命体的有效性和可行性。

1 CW生物雷达的主要工作原理

雷达向未知区域连续发射电磁波，根据多普勒原理，回波信号将被探测区域物体所调制，其频率、相位等参数将发生改变;利用天线采集到回波信号后，再选择合适的技术即可从这些变化中提取出探测区域物体信息。其工作原理框图如图1所示

2 实验仪器设备

矢量网络分析仪（DS7631A/50Ω，300KHz-1300MHz），生物雷达天线，耦合器、标准同轴线电缆等。

3 实验结果

为了检验搭建连续波探测系统对生命体检测的有效性和可行性，文中仅对二种情况（一是在有障碍物前提下，探测区域有、无生命的情况，二是无障碍物前提下，被探测区域生命体距离探测雷达远、近情况）进行验证。结果如图2.、3、4、5中的a图和b图所示。生物雷达发射电磁波频率为900MHz，输出电平为5dBm。

4 分析与讨论

本文实验环境为一个贴近实际情况房间内。对比图3、图2（有障碍物且探测区域有、无生命体），由探测曲线可看到，有生命体存在时探测曲线出现一个明显下陷峰且峰值明显高于无生命体存在的情况，对比图5，图4（无障碍物且探测区域生命体距离生物雷达远、近），由探测曲线可知当生命体离生物雷达近時，探测曲线上的下陷峰幅值明显高于生命体远离生物雷达的情况，造成这种现象原因是生物雷达输出电平为5dBm，该电平值的连续波探测远距离目标后回波信号能量已经很弱了，所以探测曲线未出现明显下陷峰。由此可见搭建的CW生物雷达系统用于生命探测可行。

5 展望

基于生物雷达非接触检测技术从提出到实现每一步都依赖于生物雷达技术的革新及新的、更有效的信号处理技术的出现。虽然CW生物雷达系统探测生命信息是可行，但只能探测到被测区域是否存在生命体，并不能分辨出生命体是人还是动物，而成像是解决该问题的有效途径。

【参考文献】

[1]陈宇杰， 王健琪， 路国华. 非接触式生命信息检测技术的综述. 医疗卫生装备， 2006， 27（3）：32-33.

[2]王焱源. 射击运动员疲劳状态非接触式检测技术试验研究. 体育科学， 2007， 27（8）： 76-78.

[3]张杨， 焦腾， 荆西京等. 生物雷达技术的研究现状与新进展. 信息化研究， 2010， 36（10）： 6-13.

[4]张杨， 王健琪， 荆西京等. 基于自适应滤波的生物雷达干扰抑制方法. 仪器仪表学报， 2009，30（4）： 807-811.

[5]He F， Zhu G F， Huang X T， et al. Preliminary results of ultra-wideband through-the-wall life-detecting radar. IEEE National Radar Conference - Proceedings， Washington， DC， 2010： 1327-1330.

[6]Lv H， Lu G H， Jing X J，et al.A new ultra-wideband radar for detecting survivors buried under earthquake rubbles. Microwave and Optical Technology Letters.2010，52（11）：2621–2624.

[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.

[8]Gurbuz S Z， Melvin W L. Detection and identification of human targets in radar data. Signal Processing， Sensor Fusion， and Target Recognition XVI of SPIE - Proceeding. Orlando， FL， USA， 2007， 6567（1）：1-11.

[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.