生命信號(hào)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(huì)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(shí)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(duì)生命信號(hào)特征、連續(xù)波雷達(dá)信號(hào)的檢測做以介紹，并提出基于小波的處理改進(jìn)算法，通過兩種算法的仿真對(duì)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(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(hào)特征是選擇并改進(jìn)生命探測系統(tǒng)的前提條件。能夠了解人體信號(hào)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(hào)特征

　　由于人體心跳與呼吸可以影響胸腔起伏運(yùn)動(dòng)，通過這個(gè)特點(diǎn)，研究表明人體的生命信號(hào)特征主要有如下幾條。

　　(1)生命信號(hào)具有非正弦性。

　　(2)生命信號(hào)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(dá)時(shí)，所得到生命信號(hào)的頻率變化范圍不同。對(duì)于最佳探測頻率，人的生命信號(hào)頻率變化范圍為0.1-3Hz。

　　(4)人體生命信號(hào)的探測就是低速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的檢測。

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

　　(6)生命信號(hào)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(dá)探測原理

　　根據(jù)生命信號(hào)的特征，我們可以利用雷達(dá)波生命探測技術(shù)。要想弄清生命雷達(dá)探測原理，首先要對(duì)多普勒原理進(jìn)行簡要概述：當(dāng)聲音、光和無線電波等振動(dòng)源與觀測者以相對(duì)速度相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀測者所收到的振動(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(dá)波生命探測技術(shù)就是基于多普勒原理的。

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

　　2.1 連續(xù)波生命雷達(dá)系統(tǒng)原理

　　根據(jù)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(xù)波生命雷達(dá)探測系統(tǒng)技術(shù)。它一般由天線、發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、信號(hào)處理機(jī)、計(jì)算機(jī)、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(duì)回波信號(hào)進(jìn)行混頻解調(diào)，便可得到包含生命信息的信號(hào)。對(duì)其進(jìn)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(dá)分為非調(diào)制單頻、非調(diào)制多頻和調(diào)頻。單頻能對(duì)目標(biāo)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(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(dá)檢測原理

　　連續(xù)波雷達(dá)發(fā)射的信號(hào)為

　　由目標(biāo)反射的回波信號(hào)為：

　　當(dāng)目標(biāo)與雷達(dá)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：