生命信號探測的研究

　　摘要：隨著(zhù)我國的快速發(fā)展，人口密集、資源依賴(lài)、社會(huì )安全等問(wèn)題也日漸凸顯。自然或人為災害導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(shí)證明：開(kāi)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、連續波雷達信號的檢測做以介紹，并提出基于小波的處理改進(jìn)算法，通過(guò)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，為今后國內人員定位系統領(lǐng)域的研究提供借鑒。

　　生命探測的實(shí)質(zhì)是探測生命，所以在整個(gè)生命探測命題中找到人體生命的信號特征是選擇并改進(jìn)生命探測系統的前提條件。能夠了解人體信號特征便能通過(guò)人體特征制定出相應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(dòng)，通過(guò)這個(gè)特點(diǎn)，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(shí)，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(dòng)目標的檢測。

　　(5)生命信號的徑向運動(dòng)方向是周期往復變化的，這樣使目標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(shí)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(jìn)行簡(jiǎn)要概述：當聲音、光和無(wú)線(xiàn)電波等振動(dòng)源與觀(guān)測者以相對速度相對運動(dòng)時(shí)，觀(guān)測者所收到的振動(dòng)頻率與振動(dòng)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。

　　當雷達波穿透障礙遇到人體時(shí)，反射的回波信號被人體生命活動(dòng)引起的微動(dòng)所調制，使得回波信號的一些參數發(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(jìn)而對人體進(jìn)行探測和特征提取。

　　2.1 連續波生命雷達系統原理

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

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

　　2.2 連續波生命雷達檢測原理

　　連續波雷達發(fā)射的信號為

　　由目標反射的回波信號為：

　　當目標與雷達之間距離勻速隨時(shí)間變化時(shí)，則在t時(shí)刻兩者之間的距離為：