生命探测仪—研究现状.doc

这次大地震中数百万房屋被震塌，十几万人被压埋在倒塌的房屋下面，尽快抢救被压埋的幸存者成为开始救灾的第一位紧急任务，但是由于房屋倒塌现场的各种复杂情况，许多被深埋的幸存者无法主动把呼救信息传递上来，一种被称为生命探测仪的信息检测技术生命探测技术是近代发展的一项新技术，主要用于废墟中发现存活者及寻找清理战场时的伤员。传统的方法一般应用光学、红外线、无线电、卫星定位技术、声波等技术进行探测但这些技术都有各自的局限性，无法有效地探测到埋藏在废墟、瓦砾或建筑物下的人员。根据 HAETC(Hughes Advanced Electro-magnetic Technology Center)对电磁波在多种介质中的穿透特性的测量研究可知：在低频段，在 l～10GHz范围的电磁波在穿过混凝墙壁时衰减很小，并且随着频率的降低，衰减也在减少，其中在8GHz时衰减大约为 ldB，在2GHz时衰减将下降到5dB以下。因此，低于10G 的频率适合对砖块和混凝土构筑的墙壁进行穿透探测探测米墙体探测米距离幸存者的呼吸、心跳和体动等生命体征信息。呼吸、心跳和体动等生命体征信息抗多径和窄带干扰能力强、传输速率高、系统容量大、穿透能力强、低功耗、系统复杂度低等一系列优点1989年前，超宽带信号主要是通过发射极短脉冲获得，这种技术广泛用于雷达领域并使用脉冲无线电这个术语，属于无载波技术。1989年美国国防部（DARPA）首次使用超宽带这个术语，并规定若一个信号在 20dB处的绝对带宽大于1.5GHz或分数带宽大于25％，则这个信号就是超宽带信号。直到1993年时跳多址的脉冲无线电概念的提出才引发了这项技术在无线通信领域的广泛关注。??2002年FCC颁布了UWB的频谱规划，并规定只要一个信号在 10dB处的绝对带宽大于0.5GHz或分数带宽大于20％，则这个信号就是超宽带信号。很多超宽带探测雷达已经进入了适用阶段，罗马Tor Vergata大学的一个研究中展示了一个精准的模型，这个模型考虑了胸腔内六层生理组织对UWB脉冲信号反应的不同阻抗，衰减，厚度，波速特性（见表1.1），从而可以探测从皮肤到心脏的不同器官。这些数据是由可视人体项目（Visible Human Project）和Gabriel的组织的非导体特性数据手册获得的，见参考文献。表1.1 胸腔生理组织对UWB脉冲信号反应的不同阻抗、衰减、厚度、波速特性 Impendence Attenuation Speed Thickness Air 376.7 0.00 2.998×108 1.00×10-2 Fat 112.6 8.96 8.958×107 0.96×10-2 Muscle 49.99 31.67 3.978×107 1.35×10-2 Cartilage 58.16 31.93 4.628×107 1.16×10-2 Lung 52.86 29.62 4.206×107 5.78×10-2 Heart 49.17 38.71 3.912×107 - 此外俄罗斯的遥感实验室（Remote Sensing Lab）已经设计出名为“Ranscan”的生命信号探测仪，它的工作频率可达10GHz，波长3至30cm，可以探测10cm厚混凝土后的人员，与之类似的美国GTRI利用雷达生命特征信号研制的“Radar Fightlight”，可以遥测墙壁、房门和树木后人员的心跳和呼吸速率,也可以探测房间内部可以人员的运动，以及探测静止状态的可疑对象，但是Radar FightLight也存在很大缺点，就是仅能固定使用，而不能够在运动中使用。 美国TDC（TimeDomainCorporation）公司在1999年开发出名为RadarVision1000(RV1000)的超宽带探测雷达，RV1000使用了TDC公司的TM-UWB（Time-Modulated UWB）专利技术，使用了一个单独的发送天线和一个单独的接收天线，在-3DB点拥有90度的可视区域（FOV），它能够透过最为普遍的非金属墙壁检测达十米范围的运动物体。随后，TDC公司又开发出了RV2000系统，该系统能够描述出非金属墙后运动物体的方向和距离。这种二代产品使用了手持、成图的技术，可以在观测面板上用液晶来显示目标的实时运动图。与RV1000相同，RV2000也采用的是TM-UWB技术，但是与RV1000不同的是，RV2000采用了分离的发送和接收天线阵列。【14】 国内对超宽带探测雷达的研究也有一定的成果，第四军医大学提出了通过人体对所发脉冲信号的回波来检测人体的各种生理特性；国防科技大学也进行了穿透非金属墙壁后探测人体的试验。抗多径和窄带干扰能力强、传输速率高、系统容量大、穿透能力强、低功耗、系统复杂度低等一系列优点蕴含了巨