生命信號探測的研究

　　摘要：隨著我國的快速發(fā)展，人口密集、資源依賴、社會安全等問題也日漸凸顯。自然或人為災(zāi)害導(dǎo)致的人員傷亡事故與日俱增。礦難、地震等事故后搶救的事實證明：開展快速有效的生命探測定位的研究具有十分重要的意義。本文利用多普勒原理，對生命信號特征、連續(xù)波雷達信號的檢測做以介紹，并提出基于小波的處理改進算法，通過兩種算法的仿真對比，得出小波算法在人員定位領(lǐng)域具有其他算法不具備的優(yōu)勢，為今后國內(nèi)人員定位系統(tǒng)領(lǐng)域的研究提供借鑒。

　　生命探測的實質(zhì)是探測生命，所以在整個生命探測命題中找到人體生命的信號特征是選擇并改進生命探測系統(tǒng)的前提條件。能夠了解人體信號特征便能通過人體特征制定出相應(yīng)有效的生命探測手段。

　　1 生命信號特征

　　由于人體心跳與呼吸可以影響胸腔起伏運動，通過這個特點，研究表明人體的生命信號特征主要有如下幾條。

　　(1)生命信號具有非正弦性。

　　(2)生命信號具有平穩(wěn)特征。心跳和呼吸頻率呈周期性的變化。

　　(3)采用不同的頻率發(fā)射雷達時，所得到生命信號的頻率變化范圍不同。對于最佳探測頻率，人的生命信號頻率變化范圍為0.1-3Hz。

　　(4)人體生命信號的探測就是低速運動目標(biāo)的檢測。

　　(5)生命信號的徑向運動方向是周期往復(fù)變化的，這樣使目標(biāo)與雷達造成的平均距離近似恒值。

　　(6)生命信號的多普勒頻率接近零，同時外界物體所產(chǎn)生的多普勒頻率與其接近。

　　2 生命雷達探測原理

　　根據(jù)生命信號的特征，我們可以利用雷達波生命探測技術(shù)。要想弄清生命雷達探測原理，首先要對多普勒原理進行簡要概述：當(dāng)聲音、光和無線電波等振動源與觀測者以相對速度相對運動時，觀測者所收到的振動頻率與振動源所發(fā)出的頻率有所不同^[3]。我們研究的雷達波生命探測技術(shù)就是基于多普勒原理的。

　　當(dāng)雷達波穿透障礙遇到人體時，反射的回波信號被人體生命活動引起的微動所調(diào)制，使得回波信號的一些參數(shù)發(fā)生改變。人體回波信號的探測正是提取它們頻譜中的多普勒信息，進而對人體進行探測和特征提取。

　　2.1 連續(xù)波生命雷達系統(tǒng)原理

　　根據(jù)以上基本特征與原理的介紹，本文重點提出介紹一種關(guān)于連續(xù)波生命雷達探測系統(tǒng)技術(shù)。它一般由天線、發(fā)射機、接收機、信號處理機、計算機、電源等組成。當(dāng)發(fā)射電磁波穿過墻體照射到人體目標(biāo)后，通過對回波信號進行混頻解調(diào)，便可得到包含生命信息的信號。對其進行處理，就可由顯示器顯示出探測結(jié)果和定位參數(shù)。

　　連續(xù)波雷達分為非調(diào)制單頻、非調(diào)制多頻和調(diào)頻。單頻能對目標(biāo)測速，但不能測距。多頻能測距，并能分辨固定和活動的目標(biāo)。調(diào)頻能測量目標(biāo)距離和速度，但只適用單一目標(biāo)。

　　2.2 連續(xù)波生命雷達檢測原理

　　連續(xù)波雷達發(fā)射的信號為

　　由目標(biāo)反射的回波信號為：

　　當(dāng)目標(biāo)與雷達之間距離勻速隨時間變化時，則在t時刻兩者之間的距離為：