生命探测微功率超宽带雷达电路设计毕业论文

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超宽带生命探测雷达研制及应用

超宽带生命探测雷达研制及应用

宽 带 生命 探 测 雷 达 的原 理 和具 体 实 现 方 法 。雷 达 收 发 机 结 构 简 单 , 极 大 地 降 低 了系 统 功 耗 和 成 本 。 采 用 F P GA 实 现 能 重 复 配置 的 时序 控 制器 , 可 方 便 对 雷 达 发射 和 接 收 时 序 进 行 控 制 。采用 wi — F j 技术 在 一 个 P DA 和 雷 达 之 间 传 送 工 作 参数 和采 样 数 据 , 可降低操作人员对雷达数据的干扰 , 也 可 容 易 实 现 雷 达 组 网 。实 验 结 果 表 明 , 超 宽 带 信 号 可 以 有 效 地应 用 于 生命 探 测 雷 达 , 单 台 雷达 可以 实现对 障碍 物后 生命体 检测 , 多 台 雷 达 组 网 可 以 实 现 对 障 碍 物 后 生 命 体
C h e n Ch a o Me n g S h e n g we i 。 Ch e n J i e Fa n g Gu a n g y o u 。
( 1 Un i v e r s i t y o f C h i n e s e Ac a d e my o f S c i e n c e s , B e i j i n g 1 0 0 0 4 9 , C h i n a ; 2 Ke y L a b o r a t o r y o f E l e c t r o ma g n e t i c R a d i a t i o n a n d S e n s i n g Te c h n o l o g y , C h i n e s e Ac a d e my o f S c i e n c e s , B e i j i n g 1 0 0 1 9 0 , C h i n a
r a d ar s y s t e m .The p r es e nt e d r a d a r s ys t e m ha s on e t r an s mi t t e r a nd one r e c e i v e r w hi c h a r e r e a l i z e d i n s i m pl e s t r u c t ur e t o a c hi e ve l o we r po we r c o ns u m pt i on a nd c os t . The e onf i gu r a b l e t i mi ng c on t r o l l e r i s i m pl e me nt e d i n a n FPG A t o p r o vi de a c on ve n i e nt wa y t o c o nt r o l t r an s mi t a nd r e c e i v e t i mi ng.O p e r a t i n g pa r a me t e r s a r e s e nt f r om a PD A t o t he r a d ar a nd s a mp l i ng da t a i s s e nt f r o m t he r a da r t o t he PD A us i n g W i Fi . Th i s c a n r e du c e i n t e r f e r e nc e o f t he op e r at o r ’ s m ot i o n wi t h r a da r da t a . Ra da r ne t t i ng a l s o c a n be e a s i l y a c hi e v e d us i n g W i — Fi .T h e e xp e r i me n t r e s ul t s s h ow t ha t U W B s i g na l ha s

《基于FMCW毫米波雷达的多目标生命信号检测研究》范文

《基于FMCW毫米波雷达的多目标生命信号检测研究》范文

《基于FMCW毫米波雷达的多目标生命信号检测研究》篇一一、引言随着科技的不断进步,生命信号检测技术已成为众多领域的研究热点。

其中,毫米波雷达技术在生命信号检测方面具有独特的优势。

本文将重点研究基于FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)毫米波雷达的多目标生命信号检测技术,探讨其原理、实现方法及实际应用。

二、FMCW毫米波雷达技术概述FMCW毫米波雷达是一种利用频率调制连续波进行测距和测速的雷达技术。

其工作原理是通过发射连续的调制频率波,接收反射回来的信号,通过比较发射与接收信号的频率差来计算目标物体的距离、速度等信息。

FMCW毫米波雷达具有抗干扰能力强、测距精度高、目标识别能力强等优点,在生命信号检测领域具有广泛的应用前景。

三、多目标生命信号检测原理基于FMCW毫米波雷达的多目标生命信号检测原理主要涉及两个方面:一是利用FMCW毫米波雷达的测距和测速能力,对多个目标进行定位和跟踪;二是通过分析反射回来的信号,提取出生命信号的特征信息。

在多目标定位和跟踪方面,FMCW毫米波雷达通过发射连续的调制频率波,接收反射回来的信号,并根据信号的频率差计算目标物体的距离和速度。

通过多个天线的协同作用,可以实现目标的精确定位和跟踪。

在提取生命信号特征方面,主要通过对反射回来的信号进行频谱分析、波形分析等处理,提取出呼吸、心跳等生命信号的特征信息。

四、实现方法基于FMCW毫米波雷达的多目标生命信号检测实现方法主要包括硬件设计和软件算法两部分。

硬件设计方面,需要设计合适的FMCW毫米波雷达模块、天线阵列、信号处理芯片等硬件设备,以保证系统的稳定性和可靠性。

软件算法方面,需要设计合理的信号处理算法和目标跟踪算法,以实现对多目标的精确定位和生命信号特征的提取。

五、实际应用基于FMCW毫米波雷达的多目标生命信号检测技术在实际应用中具有广泛的应用场景。

例如,可以应用于医疗领域的病人监护、睡眠监测等方面;也可以应用于安全领域的安防监控、无人驾驶等领域。

《超宽带雷达在多环境下的呼吸与心跳监测方法》范文

《超宽带雷达在多环境下的呼吸与心跳监测方法》范文

《超宽带雷达在多环境下的呼吸与心跳监测方法》篇一一、引言随着科技的不断进步,雷达技术已经在许多领域中发挥了重要作用。

近年来,超宽带(UWB)雷达技术因其高精度、非接触性和对复杂环境的适应性,在呼吸与心跳监测领域受到了广泛关注。

本文旨在探讨超宽带雷达在多环境下实现呼吸与心跳监测的方法及其应用。

二、超宽带雷达技术概述超宽带雷达技术利用极短的脉冲信号进行测距和成像。

相较于其他类型的雷达,UWB雷达具有更高的精度和分辨率,可以有效地实现对目标体的精细检测和成像。

此外,由于其具备非接触性的特点,使得其可以在复杂环境下实现对目标的稳定监测。

三、多环境下的呼吸与心跳监测方法1. 室内环境下的呼吸与心跳监测在室内环境下,超宽带雷达可以实现对人体呼吸和心跳的精确监测。

通过设置合适的雷达参数和数据处理算法,可以有效地提取出人体呼吸和心跳的信号。

此外,通过分析这些信号的频率、幅度等特征,可以实现对人体健康状况的初步评估。

2. 室外环境下的呼吸与心跳监测在室外环境下,由于受到环境因素的干扰(如风速、温度等),超宽带雷达的监测难度会增大。

然而,通过优化雷达系统的设计,如增加抗干扰算法、调整脉冲信号的频率等措施,仍可以实现较为准确的呼吸与心跳监测。

此外,结合多传感器融合技术,可以进一步提高监测的准确性和稳定性。

3. 特殊环境下的呼吸与心跳监测对于一些特殊环境(如水下、高海拔等),超宽带雷达仍具有一定的应用潜力。

针对这些特殊环境,需要开发适应特定环境的雷达系统和数据处理算法。

例如,在水下环境中,可以采用声波调制技术以提高雷达的穿透能力;在高海拔环境中,可以通过优化信号传输速率和数据处理算法来提高监测的准确性。

四、数据处理与分析针对超宽带雷达采集到的数据,需要进行一系列的数据处理和分析工作。

首先,通过滤波和去噪技术,提取出人体呼吸和心跳的信号。

然后,利用信号处理算法(如频谱分析、波形识别等)对提取出的信号进行进一步分析和处理,以获取更准确的生理参数。

一种用于人体生命信号检测的超宽带雷达设计

一种用于人体生命信号检测的超宽带雷达设计

一种用于人体生命信号检测的超宽带雷达设计
李斌;赵慧敏
【期刊名称】《空间电子技术》
【年(卷),期】2012(009)004
【摘要】超宽带(UWB)技术自被提出以来,由于其功耗低、保密性好、穿透能力较强、可共享频谱资源等特点,已经在空间电子领域取得了极大的发展和应用.文章详细论述了一种能够穿越障碍物的超宽带雷达系统,并描述了该系统如何结合新的信号处理方法探测人体生命信号.文章首先提出了超宽带雷达的一种基本结构,然后分析了其各个模块硬件电路的设计方案.最后基于这种超宽带雷达,实现了人体生命探测的功能,并给出了探测人体生命信号的结果.最终实验结果表明,文中设计在超宽带系统研究方向和空间电子领域具有一定的价值和应用前景.
【总页数】6页(P41-46)
【作者】李斌;赵慧敏
【作者单位】中国空间技术研究院西安分院,西安710000;中国空间技术研究院西安分院,西安710000
【正文语种】中文
【相关文献】
1.一种用于超高频电磁信号检测的单臂阿基米德螺旋天线的设计 [J], 喇元;吴俊锋;欧小波
2.一种适用于心电信号检测的高阶连续时间OTA-C滤波器设计∗ [J], 段吉海;郝强宇;徐卫林;韦保林
3.一种超宽带雷达信号检测方法 [J], 黎海涛;徐继麟
4.一种适用于心电信号检测的放大器设计 [J], 杨骁;齐骋;黄炜炜;凌朝东
5.一种基于超宽带雷达的多观测点人体呼吸信号检测方法 [J], 姚思奇;吴世有;张经纬;叶盛波;方广有
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科技成果——超宽带雷达生命探测仪

科技成果——超宽带雷达生命探测仪

科技成果——超宽带雷达生命探测仪技术开发单位湖南华诺星空电子技术有限公司适用范围随着社会的发展进步,矿山、煤矿等资源的开采日益加重,矿山塌方、煤矿坑道塌陷、泥石流等灾害时有发生,给人民生命财产安全带来极大隐患与伤害。

本产品是可在煤矿井下使用的超宽带雷达救援设备,可在灾害发生后,及时锁定幸存者的位置,提高救援效率与质量,具有良好的推广前景。

成果简介超宽带雷达利用低频电磁波的强穿透性以及人体生命体征目标有规律的肺部扩张收缩、肢体的微动在回波上产生的多普勒效应,检测识别目标的存在及位置信息。

能探测土壤、岩石、木材、混凝土等非金属和低含水量物质内部或物质后面生命体征目标。

关键技术关键技术一:高压、高重频、高稳定度纳秒级脉冲源技术。

为避免营救现场环境噪声的影响,实现穿透矿山媒质探测内部存活生命体的目标,要求雷达具有较高的信噪比和电磁信号幅度。

关键技术二:高灵敏度时域接收机技术。

为探测定位灾害现场废墟下、室内等条件下人体呼吸、心肺运动等“摄动目标”,需要雷达接收机具有高灵敏度。

关键技术三:强噪声背景下弱生命体征信号检测技术。

针对灾害现场强环境噪声,微弱生命体征信号的提取需要研究、优化新的算法,基于幅度均衡的处理机制,采用跳频、高重频多次累积、滤波和小波去噪等方法消除噪声干扰。

主要技术指标(1)探测时墙体厚度:50cm。

(2)探测张角:≥±60°。

(3)探测精度:±20cm。

(4)探测距离:≥25m。

(5)探测水平面积:≥5800m2。

(6)探测锥形体积:≥49000m3。

(7)适用标准:GB/T12173-2008《矿用一般型电气设备》,MT209-1990《煤矿通信、检测、控制用电工电子产品通用技术要求》,GB3836.1-2010《爆炸性环境第一部分:设备通用要求》,GB3836.4-2010《爆炸性环境第4部分:设备本安由本质安全型“i”保护的设备》,MT209-1990《煤矿通信、检测、控制用电工电子产品通用技术要求》。

用于雷达式生命探测仪的信号处理系统设计

用于雷达式生命探测仪的信号处理系统设计

用于雷达式生命探测仪的信号处理系统设计作者:刘海盆,黄春琳,陆珉来源:《现代电子技术》2010年第17期摘要:设计一种用于雷达波生命探测仪的信号处理系统。

该系统主要由TI公司高性能浮点DSP芯片TMS320C6711B和AD公司16位A/D转换芯片AD7707构成,具有体积小、功耗低、性能强、处理快、实时多窗口显示等优点。

给出了系统的硬件电路构成和软件设计,并介绍了生命参数信号的采集处理流程及人体状态、数量等识别显示的综合算法流程。

关键词:信号处理; 雷达式生命探测仪; 状态识别; DSP芯片中图分类号:TN911-34文献标识码:A文章编号:1004-373X(2010)17-0073-03Design of Signal Processing System Used in Radar Life-detectorLIU Hai-pen, HUANG Chun-lin, LU Min(School of Electronic Science and Engineering, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China)Abstract: A kind of signal processing system used in radar life-detector is designed. This system is mainly composed of MS320C6711B(a kind of high performance float DSP chip made by TI Company) and AD7707( a kind of 16-bit A/D convert chips made by AD Company). It has many advantages such as small volume, low power consumption, high performance, fast speed, real-time multiple-window display and so on. The hardware design and software flow are both given, and the whole algorithm flow is discussed which mainly includes the life-signal sampling and processing, the recognition of the human body parameters and so on.Keywords: signal processing; radar life-detector; status recognition; DSP chip0 引言雷达式生命探测仪是以非接触方式获取墙壁、废墟等不透明障碍物后生命体微动信息的探测系统。

《基于FMCW雷达的呼吸及心跳检测研究》范文

《基于FMCW雷达的呼吸及心跳检测研究》范文

《基于FMCW雷达的呼吸及心跳检测研究》篇一一、引言近年来,随着科技的不断发展,非接触式生物信号检测技术越来越受到人们的关注。

其中,基于频率调制连续波(FMCW)雷达的呼吸及心跳检测技术因其高精度、非侵入性和实时性等特点,在医疗、健康和智能家居等领域具有广泛的应用前景。

本文旨在研究基于FMCW雷达的呼吸及心跳检测技术,分析其原理、方法及实际应用。

二、FMCW雷达原理FMCW雷达是一种通过连续调频波形来探测目标的雷达系统。

其工作原理为:雷达发射一定频率的电磁波,当遇到目标物体时发生反射,雷达通过接收反射回来的电磁波与发射的电磁波之间的频率差来测量目标物体的距离、速度等信息。

在呼吸及心跳检测中,FMCW雷达主要利用人体微动产生的多普勒效应进行信号采集与处理。

三、呼吸及心跳检测方法基于FMCW雷达的呼吸及心跳检测方法主要包括信号采集、信号处理和参数提取三个步骤。

1. 信号采集:通过FMCW雷达发射电磁波并接收反射回来的信号,采集人体微动产生的多普勒效应信号。

2. 信号处理:对采集到的多普勒效应信号进行滤波、放大等处理,以消除噪声干扰,提高信噪比。

3. 参数提取:通过算法对处理后的信号进行进一步的分析与处理,提取出呼吸和心跳的参数。

具体方法包括频谱分析、波形识别等。

四、实验设计与结果分析为了验证基于FMCW雷达的呼吸及心跳检测技术的有效性,我们设计了一系列实验。

实验采用FMCW雷达作为传感器,通过非接触式方式对人体进行信号采集与处理。

实验结果表明,该技术能够准确、实时地检测出人体的呼吸及心跳参数。

在实验过程中,我们分别对不同年龄段、不同体型的受试者进行了测试,并对比了不同算法的检测效果。

结果表明,基于FMCW雷达的呼吸及心跳检测技术具有较高的准确性和稳定性,能够满足实际应用需求。

五、应用前景与展望基于FMCW雷达的呼吸及心跳检测技术具有广泛的应用前景。

在医疗领域,该技术可用于远程监护、康复训练、睡眠质量监测等方面;在健康领域,可用于个人健康管理、运动训练等;在智能家居领域,可用于智能安防、智能照明等方面。

《基于FMCW雷达的呼吸及心跳检测研究》范文

《基于FMCW雷达的呼吸及心跳检测研究》范文

《基于FMCW雷达的呼吸及心跳检测研究》篇一一、引言在现今社会,科技的不断进步,尤其是在电子信息技术领域的突飞猛进,使人们的生活质量和健康管理得到了极大的改善。

其中,非接触式生物信号检测技术因其便捷性、无创性及实时性等特点,受到了广泛关注。

在众多非接触式生物信号检测技术中,基于频移连续波(FMCW,Frequency Modulated Continuous Wave)雷达的呼吸及心跳检测技术,因其在准确性及实时性方面的显著优势,已逐渐成为研究热点。

二、FMCW雷达技术的概述FMCW雷达技术通过调制雷达发出的电磁波的频率来检测物体的位置、速度和尺寸等信息。

该技术可以提供良好的测量精度和灵敏度,广泛应用于物体定位、安全监控和交通管制等领域。

在生物信号检测方面,FMCW雷达因其高精度和连续性特点,能有效地捕捉到人体的微小运动信息,如呼吸和心跳等。

三、基于FMCW雷达的呼吸检测基于FMCW雷达的呼吸检测主要依据的是人体胸部的周期性起伏运动所引发的微波反射变化。

通过对雷达发射信号与反射信号的频率差进行测量,可以计算出人体的呼吸频率和深度。

此外,通过多普勒效应原理,可以进一步分析出人体的呼吸模式和状态。

四、基于FMCW雷达的心跳检测与呼吸检测相比,心跳检测的难度更高。

由于心脏跳动引起的身体运动非常微小,需要高精度的FMCW雷达系统才能捕捉到。

通过分析反射信号的微小变化,结合信号处理算法和模式识别技术,可以有效地提取出心跳信号。

此外,结合心电图(ECG)等医学知识,可以进一步分析出心跳的强度、节律等重要信息。

五、研究方法与实验结果本研究采用先进的FMCW雷达系统进行呼吸及心跳检测实验。

通过调整雷达参数和信号处理算法,优化了系统的性能。

实验结果表明,该系统能准确、实时地检测出人体的呼吸和心跳信息。

同时,通过对实验数据的分析,我们发现该系统对不同体型、年龄和健康状况的人群均具有良好的适用性。

六、讨论与展望基于FMCW雷达的呼吸及心跳检测技术具有广泛的应用前景。

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生命探测微功率超宽带雷达电路设计毕业论文目录中文摘要 (I)英文摘要 (II)主要符号表 (VII)1 绪论 (1)1.1 生命探测雷达技术简介 (1)1.2 研究背景和意义 (1)1.3 国外研究现状 (2)1.3.1 国外研究现状 (2)1.3.2 国研究现状 (3)1.4 本文研究容 (4)2 微功率超宽带雷达的工作原理及天线 (6)2.1 超宽带雷达工作基本原理 (6)2.1.1 基本原理 (6)2.1.2 理论分析 (6)2.2 超宽带雷达参数选择 (9)2.2.1 超宽带雷达主要参数选择的依据 (9)2.2.2 超宽带生命探测雷达的工作频率 (11)2.2.3 超宽带生命探测雷达的发射信号形式 (11)2.3 微功率超宽带雷达天线的简介 (14)2.4 本章小结 (15)3 微功率超宽带雷达发射电路的设计与分析 (16)3.1 雪崩三极管的工作原理 (16)3.1.1 雪崩三极管的击穿机理 (16)3.1.2 雪崩晶体管的击穿电压 (17)3.2 雪崩三极管脉冲电路的产生 (19)3.3 超宽带雷达脉冲产生电路 (20)3.3.1 元器件的选择 (20)3.3.2 单极性脉冲产生电路 (20)3.3.3 双极性脉冲产生电路 (22)3.4 本章总结 (24)4 微功率超宽带雷达接收电路设计与分析 (25)4.1 接收前端电路总体设计与分析 (25)4.2 取样积分电路的设计与分析 (26)4.2.1 取样积分原理介绍 (26)4.2.2 取样积分电路的设计与分析 (27)4.2.3 桥式二极管取样积分电路的设计与分析 (28)4.3 可变延迟单元电路的设计与分析 (29)4.3.1 延时芯片的原理介绍 (30)4.3.2 延时电路设计的设计与分析 (32)4.4 放大滤波电路的设计与分析 (33)4.4.1 带通滤波的设计与分析 (35)4.4.2 放大电路的设计与分析 (36)4.4.3 滤波电路的设计与分析 (37)4.5 本章小结 (40)5 硬件电路的调试与PCB设计 (41)5.1 微功率冲击雷达发射电路的调试 (41)5.2 微功率冲击雷达接收电路的测试 (43)5.3 PCB板设计 (44)5.3.1 总体设计 (44)5.3.2 PCB设计注意事项 (44)5.4本章小结 (44)6 总结与展望 (45)6.1 本文主要研究成果 (45)6.2 后续研究工作的展望 (45)参考文献 (46)致谢 (49)毕业设计(论文)知识产权声明 (50)毕业设计(论文)独创性声明 (51)附录A (52)附录B (53)主要符号表α衰减常数β相位常数σ导电系数ω角频率ε材料的相对介电常数rμ导磁率λ电磁波在大气中的波长电磁波在墙壁中的波长gB相对带宽fc电磁波在大气中的传播速度G雷达增益I晶体管的基极电流BI晶体管的集电极电流CP雷达接收功率RP雷达发射功率TS信噪比NIRV晶体管的集电极-基极间电压CBV晶体管集电极-基极反向击穿电压CBOV晶体管的集电极-发射级间电压CEV晶体管集电极-发射极反向击穿电压CEOV电磁波在墙壁中的相速PV电磁波在墙壁中的群g1 绪论1.1 生命探测雷达技术简介生命探测雷达特指探测生命体的雷达,是一种非接触式探测技术,是指在不接触人体的情况下,隔一定的距离,隔一定的介质(砖墙、废墟等),借助于外来能量(探测媒介)来探测人体生命特征信息(呼吸、心率等)的技术,是近年来国外学者提出的一种新概念雷达]31[ 。

常用的生命探测雷达可分为]4[窄带系统连续波(Continuous Wave,CW)雷达和超宽带(Ultra-Wideband,UWB)系统微功率冲击雷达(Micropower Impulse Radar,MIR)。

本文所讨论的UWB生命探测雷达就是基于UWB雷达原理的MIR,又称无载波雷达、非正弦雷达,具有很大的相对带宽(信号的带宽与中心频率之比),一般大于25%。

它是美国斯坦福尼亚大学劳伦斯.利弗莫尔国家实验室(Lawrence Livermore National Laboratory,LLNL)的科学家在90年代中期发展起来的一种高技术新型雷达]5[。

UWB雷达克服了传统冲激雷达成本高、灵敏度低、抗干扰能力差、易受波门抖动、偏压变化等影响的缺点,充分利用了现代雷达技术的最新成果,采用全新的设计方法,具有以下显著优点]6[]7[:1)测距分辨率可高达厘米量级,可以获得足够高的分辨率;2)具有能够识别和区分各目标的重要能力;3)超宽带生物雷达发射的脉冲包含许多频率,因此它能够突破窄频段吸波材料的吸波效应;4)具有对单个或多个目标的高分辨率成像能力;5)具有较强的穿透植被、土壤和墙壁的能力;6)能够通过距离选通技术抑制杂乱回波和减少多径干扰;7)成本低,容易集成。

1.2 研究背景和意义本文所研究的MIR]8[是一种功率极其微小、像其他超宽带雷达一样的脉冲雷达,是由美国劳伦斯.利弗莫尔国家实验室(Lawrence Livermore National Laboratory,LLNL)在Nova激光器的基础上发明并获得专利的一种新型雷达。

UWB雷达在克服传统冲击雷达弊端的同时,结合了现代雷达技术的优势,使其达到厘米量级的高分辨率、可识别和区别各目标的能力、可穿过墙壁等的高穿透力、发射多种频率时,对窄频段吸波材料的吸波效应具有抗拒作用、成本低且易于集成]9[]10[等优势。

微功率冲击雷达(MIR)技术的应用是极为广泛的,其在军事和民用的领域中都发挥了极大的作用。

MIR主要可用于灾后救助、反恐怖斗争和病人监护等领域。

MIR技术可以通过发射电磁波穿过墙壁、废墟等有形介质,作用于人体体表运动而使电磁波发生微小变化,从而进行探测。

主要用于在自然灾害后被埋在废墟中的幸存者的救助,近年来各地区的地震频频不断,微功率冲击雷达技术在探测寻找生命体,救助埋在废墟中的幸存者方面起到了很大的帮助;追捕潜伏在建筑物的罪犯,提高了国家执法人员作战能力;监护医院病危的病人,在医院有些重病的伤员不宜接触,需隔衣服或远距离进行监测。

如美国911事件后,冲击雷达在灾后废墟上搜救起了很大作用,2008年汶川地震对震后人员的搜救都有很大帮助,诸如此类的例子还很多,MIR技术在社会各行各业的发展起了重要作用,因此对MIR的研究有重大意义。

1.3 国外研究现状微功率冲击雷达起源于20世纪90年代中期,它是伴随着传统冲击雷达的发展而产生的一种高科技新型雷达,其应用相当广泛。

它起初是由国外发展过来,国外对此技术的研究要远远早于国,目前该技术已经在国开始推广研究,本文主要是将微功率冲击雷达应用于生命探测方面的研究。

1.3.1 国外研究现状国外对生命探测雷达技术研究起步比较早,在20世纪80年代开始美国就已经采用L频段的调制连续波信号对埋藏在雪地里的生命体进行了探测研究。

美国密歇根州立大学研究小姐采用了L和S波段的不同频率的雷达连续天线对模拟震灾后的生命信号进行了检测,都成功的检测出人体呼吸和心跳等生命信号,取得的一定的成就。

随后由美国佐治亚技术研究所研究出的手电筒式雷达“Radar Flashlight”,该雷达可对隐蔽在墙壁、钢门、树木后静止和运动的人进行探测,它采用多普勒技术和高速信号处理技术,对接收回来的生命信号则采用快速傅里叶变换(FFT)和频率响应曲线陡的技术进行滤波,从而得到我们所需要的人体生命信号,该系统采用的天线是市场上可以买到的一种天线,它将发射端输出的波束控制在20度以的扇形区域。

美国研究的同时,其它西方国家也对CW的研究有所成就,如俄罗斯Remote Sensing Lab研究设计了一种“RASCAN”的生命探测雷达,此雷达系统可以探测10cm厚混凝土墙壁后的人体生命信号,它采用的工作频率为1-10GHz,其波长也就达到了3-30cm。

还有由日本研究的连续波探测性雷达是针对近距离(小于50cm)的探测,它主要是透过各种衣物、被褥等对股动脉、指尖脉搏、颈动脉及心率的探测,但由于其探测距离的有限性造成了其实际应用的局限性。

对比连续波雷达(CW)和微功率冲击雷达(MIR),微功率冲击雷达的结构相对比较简单,技术也比较成熟,近些年在国外都有很大的发展前途,且成为生命探测雷达的主流。

微功率冲击雷达是一种功率极其微小,和其它超宽带雷达一样的脉冲形雷达,其技术包括尖脉冲产生技术、超宽带雷达天线技术、取样技术以及信号处理技术等。

美国佐治亚技术研究所还研制了抛物面天线结构的隔墙检测系统,该系统还被用于奥运会研究射箭和步枪运动员的心跳和呼吸对射击准确度的影响。

超宽带系统的微功率冲击雷达技术的研究是从近十几年才新兴的一种雷达技术,而在生命探测上的应用的研究开始于美国斯坦福尼亚大学,此大学在1994年开始将超宽带雷达应用在生物医学上研究,并获得了一项专利。

1995年美国麻省理工学院开始着手雷达听诊器的研究。

1996年美国斯坦福尼亚大学研制出一种特殊的超宽带微功率冲击雷达,此雷达高增益天线采用可以探测到人体呼吸及心跳的生命信号,并对距离技术提取生命信号,最大限度的抑制了外界噪声的干扰。

同年,由美国McEwon先生研制的人体检测、成像系统,可以检测人体的心跳、呼吸、声带等信号并转换为声音信号,从而在人体生理参数的监护仪上的应用达到了不可逾越的突破,并获得了美国的一项专利。

McEwon先生在超宽带雷达上面的研究无疑是我们学习的典,至今为止他研制的MIR已经在美国获得了56项专利,同时在全世界也达到了214项专利或应用专利。

1999年后,针对微功率冲击雷达的体积小、功率小、寿命长、成本低及分辨率高等特点,将其广泛应用于生物医学领域,如在心脏监护、婴儿监护、障碍性睡眠呼吸暂停监护、脑出血监护等等的研究。

2002年美国联邦通信委员会允许此雷达技术可以商用化,从而推动了很多公司开始投资研究此雷达的应用,美国Time Domain公司利用该雷达技术研制出雷达视力2000(Radar Domain)雷达供执法部门使用和士兵视力(Soldier Vision)雷达供军事部门使用。

另外还有美国休斯先进电磁技术研究中心(Hughes Advanced Electromagnetic Technology Center,HAETC)研制的“2-D Concrete Penetration Radar”具有强的穿透能力。

目前西方如美国、加拿大、英国和俄罗斯等多个国家已经投资大量人力和物力开始发展研究冲击雷达在生物医学方面的应用。

2004年美国航空航天局艾姆斯研究中心的MIR成员利用便携式MIR移动探测器进行试验,完成了搜救5位“受伤人员”的救助。

“9.11”事件后,该便携式MIR移动探测器在厚度数米的石砖下进行呼吸探测,实现搜救工作,为灾难营救上提供了很大帮助。

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