【正文】 .......................... 26 目錄 III 結(jié)論 ......................................................................... 31 致謝 ......................................................................... 33 參考文獻(xiàn) .................................................................... 34 1 第 1 章 緒論 我國幅員遼 闊，同時(shí)也是自然災(zāi)害多發(fā)的國家之一。但是顯示生命的信號存在噪聲強(qiáng)、信號弱、隨機(jī)性強(qiáng)和頻率范圍低等問題，這樣一來提取微弱的生命信號在生命探測技術(shù)中就顯得十分重要了。由俞夢孫院士和 7 名有關(guān)專家組成的鑒定委員會一致認(rèn)為：該儀器的主要性能指標(biāo)達(dá)到了國際同類儀器水平，將我國和我軍的衛(wèi)生裝備 上面的空白進(jìn)行了填補(bǔ)，這同時(shí)標(biāo)志著我國擁有了自主知識產(chǎn)權(quán)的雷達(dá)式非接觸生命探測技術(shù)。 98年的時(shí)候，第四軍醫(yī)大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程系王健琪教授開始就該課題率領(lǐng)研究小組進(jìn)行攻關(guān)。有關(guān)專家介紹，雷達(dá)式“生命探測儀”在我國首次解決了對生命信息的探測問題，它可以探測到廢墟、瓦礫、建筑物中掩埋或隱藏的人員，它擁有著相當(dāng)明 顯的軍事應(yīng)用價(jià)值，還被廣泛的應(yīng)用于反恐斗爭、災(zāi)難救護(hù)、傳染病人監(jiān)護(hù)等領(lǐng)域。日本方面，從事的是小于 50cm 的距離的研究，透過不同的衣服、被褥等不同材料對股動脈、頸動脈、心率和指尖處的脈搏進(jìn)行探測研究，它采用連續(xù)波探測信號，運(yùn)用最小二乘估計(jì)方法和兩路正交微波檢波技術(shù)，但是探測的距離比較近。無法接觸式心率監(jiān)控的嚴(yán)重?zé)齻∪?，地震?zāi)害時(shí)瓦礫下掩埋的生還者等的生命探測等。 非接觸式微波生命探測實(shí)驗(yàn)研究 如圖 3 所示，運(yùn)用微波雷達(dá)對掩蓋層下的人體進(jìn)行人體呼吸、心跳的生命體征探測，進(jìn)行非接觸式微波生命探測的實(shí)驗(yàn)研究。微波是頻率在 300MHz 到 300GHz 的電磁波（波長11000mm），通常用在廣播、電視等通訊技術(shù)方面。但是在本文中，將利用微波來進(jìn)行生命體征探測的實(shí)驗(yàn)研究，從而能利用到實(shí)際運(yùn)用之中，更好的幫助到我們?nèi)肆λ荒茏龅降牡胤健? 測量距離指的是發(fā)射脈沖和回波脈沖間的時(shí)間差，由于電磁波速度與光速一樣，所以能換算成目標(biāo)的精確距離。 測量速度則是多普勒效應(yīng)原理。 雷達(dá)相關(guān)技術(shù)發(fā)展 雷達(dá)系統(tǒng)與技術(shù)發(fā)展的特點(diǎn) 、技術(shù)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)性是雷達(dá)系統(tǒng)發(fā)展的主要推動力。但是由于雷達(dá)研發(fā)成本的提高，經(jīng)濟(jì)性問題也突顯出來了。大功率磁控管的出現(xiàn)，才大大提高雷達(dá)的探測性能。雷達(dá)作為“有源”傳感器與激光、紅外、光學(xué)和聲學(xué)傳感器組合，可以使得探測能力增強(qiáng)，同時(shí)其隱蔽性與抗干擾能力也得到增強(qiáng)。 雷達(dá)系統(tǒng)與技術(shù)發(fā)展的展望 雷達(dá)系統(tǒng)在經(jīng)過 近 70多年的發(fā)展出現(xiàn)很多新體制，如合成孔徑雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、全相參雷達(dá)、超視距雷達(dá)、雙 /多基地雷達(dá)、三坐標(biāo)雷達(dá)和單脈沖雷達(dá)等。通過通用化、系列化和模塊化的技術(shù)設(shè)計(jì)，從而不斷使得雷達(dá)的可靠性、維修性等獲得提高，也是雷達(dá)系統(tǒng)的發(fā)展主題。雷達(dá)向武器系統(tǒng)提供攻擊目標(biāo)與防止被摧毀從而提高戰(zhàn)場中的生存能力等都是矛盾的兩個(gè)方面。 （ 2）頻率高：微波已成為一種電磁輻射，趨膚效應(yīng)、輻射損耗相當(dāng)嚴(yán)重。測量的量是駐波比，頻率。 （ 4）穿透性。再一方面，微波能穿透生物體，這位微波生物醫(yī)學(xué)打下了基礎(chǔ)。 從而使 微波的特點(diǎn) 和 幾何光學(xué) 類 似， 這就是 似光性。再 從物理學(xué)方面看 ，分子 原子核原子核在外加電磁場的周期力作 9 用下所呈現(xiàn)的許多共振現(xiàn)象都發(fā)生在微波范圍，因 此 微波為探索物質(zhì)的 基本特性和 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 提供了 很好 的研究手段。另外，微波信號還提供 極化 信息， 相位 信息，多普勒頻率信息。另外還應(yīng)用在科學(xué)研究、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)學(xué)、生物學(xué)以及人民生活等方面。測量鋼板厚度用微波要比用γ射線測量顯得更為優(yōu)越，鋼板中的化學(xué)成分不會影響微波測量的精確度，一般情況下也不需要采取輻射防護(hù)措施。在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上微波的另一類運(yùn)用─ ─加熱，它是屬于一種強(qiáng)功率應(yīng)用，比如它能夠產(chǎn)生微波等離子體，并在大規(guī)模的集成電路中刻蝕亞微米級的精細(xì)結(jié)構(gòu)，也可以制造光通信所需要的高純度光纖；能夠?qū)b好的食品進(jìn)行消毒或者解凍冷藏食物；可以用來給高分子化合物進(jìn)行熱定形；也能夠干燥食品、木材、紙張及電影膠片等。 穿透性 微波 與 其它用于輻射加熱的電磁波 相比 ， 就拿 紅外線、遠(yuǎn)紅外線 來說吧，這兩者的 波長 就 更長 一些 ， 所以穿透性要更好一點(diǎn) 。因?yàn)椴煌?物質(zhì)的損耗因數(shù) 是不一樣 ，微波加熱 的 選擇性加熱特點(diǎn) 就會表現(xiàn)出來 。因此 ，微波加熱食品 的時(shí)候 ，含水量的多少對 其 效果影響 就會 很大。儀器內(nèi)部如果采用微處理器和數(shù)字電路，具有運(yùn)算和存儲功能；配置了標(biāo)準(zhǔn)接口后就可以容易構(gòu)成 自動測 試系統(tǒng) 。它可以按照信號波形分為 正弦信號 、 脈沖信號 、函數(shù)（波形）信號和隨機(jī)信號發(fā)生器這四類。 信號發(fā)生器的工作原理： 信號發(fā)生器可以產(chǎn)生頻率為 20Hz～ 200kHz 的正弦信號（低頻）。低頻信號發(fā)生器的 原理 ：系統(tǒng)包括主振級、主振輸出調(diào)節(jié)電位器、輸出衰減器、 電壓放大器 、 阻抗變換器 （輸出變壓器）、功率放大器和指示 電壓表 。 ? ；功率與 P （瓦特）換算公式： 10l gP30dB mP39。而用得最 多的是減法： dBm 減 dBm 實(shí)際上是兩個(gè)功率相除，信號功率和噪聲功率相除就是信噪比 （ SNR） 。當(dāng)計(jì)算 A 的功率相比于 B 大或小多少個(gè) dB 時(shí)，可按公式 10 lg A/B 計(jì)算。 dBm 是一個(gè)表示功率絕對值的單位，計(jì)算公式為 ： 10lg 功率值 /1mW。 最后的鐵片實(shí)驗(yàn)，從其數(shù)據(jù)可以看出對微波影 響最大，根據(jù) dBm 的計(jì)算方法可以算出其衰減為 ()()=。這樣才 方便我們對微波在非接觸方面的探究起到更好的效果。下面將具體介紹一下微波傳感器模塊 HB100，以及其一些重要的說明。人類走動的多譜勒信號頻率一般處在 100HZ 以下。 模塊采用表面安裝組件，體積小，可靠性高，通常用于防盜系統(tǒng)與自動門控制中， 21 本模塊與紅外傳感器組成比檢測，可以有效地減少誤報(bào) . 性能 應(yīng)用 低電流消耗 微波紅外移動檢測器 其波式脈沖工作 自動門控制器 長檢測距離 燈光控制開關(guān) 速度測量 多譜勒等式 sq2v( F t/c )C oFd ? 這里 Fd = 多譜勒頻率 V =目標(biāo)速度 Ft =發(fā)射頻率 C =光速（ 3*10 米 /秒） Q=物體移動方向與使感器生標(biāo)之間的角度。 23 多 普勒效應(yīng)原理 多普勒效應(yīng)提出，波在波源向觀測者移動時(shí)的接收頻率變高，波源遠(yuǎn)離觀測者的時(shí)候接收頻率就會變低。火車的汽笛聲就是很好的例子，當(dāng)火車離觀察者越來越近的時(shí)候，汽鳴聲比平常更加刺耳。也可以這樣理解 ,你之前的脈沖頻率比平常變高了，但 在你之后 的脈沖頻率則低于平常。 愛德文由于日常生活中，我們移動速度的局限性，不可能帶來很大的頻率偏移，但是卻不能否認(rèn)這會給移動通信帶來影響，為了避免其會造成我們通信中的問題，我們就得在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)突破。假如波源和接收者相對是移動的，情況就不相同了。 24 ② 沖擊波 沖擊波指的是飛機(jī)，炮彈等以超音速飛行時(shí)在空中產(chǎn)生的沖擊波。波源與接收器之間相對運(yùn)動時(shí)，接收到的頻率與波源振動的頻率不相等，這種現(xiàn)象就是多普勒效應(yīng)含義。 實(shí)驗(yàn)研究平臺設(shè)計(jì) 下圖是我為該實(shí)驗(yàn)研究所起草的一份模擬草圖： 圖 21 研究草擬圖 真實(shí)實(shí)驗(yàn)場景圖： 圖 22 真實(shí)場景實(shí)驗(yàn)測試 26 示波器的介紹 示波器概念 示波器是一種被廣泛運(yùn)用的 電子測量儀器 。利用 示波器 不僅可以觀 察不同信號幅度隨時(shí)間變化的 波形 曲線 ，還能夠測試各種不同的電量，如 電流 、電壓、 頻率 、調(diào)幅度、相位差 等等。原有的數(shù)字存儲示波器對波形的捕獲率較慢，隨著技術(shù)及專用芯片的發(fā)展，現(xiàn)有數(shù)字存儲示波器的波形捕獲率已經(jīng)可以達(dá)到每秒 100 萬次，高于模擬示波器的 40 萬次。 示波器 工作原理 利用顯示示波器上波形幅度的相對大小來反映加在示波器 Y 偏轉(zhuǎn)極板上的電壓最大值的相對大小，從而反映出電磁感應(yīng)中所產(chǎn)生的交變電動勢的最大值的大小。 圖 23 人體的呼吸與心跳生命體征與雷達(dá)信號之間的科學(xué)聯(lián)系 進(jìn)行實(shí)物測試演示，首先我們需要記錄在沒有人的狀態(tài)下 ，示波器上所顯示的波形圖，這樣才能有助于我們對后面的記錄進(jìn)行一個(gè)對比，從而判斷出人體生命特征。而頻率這一特征最能體現(xiàn)出兩者的不一樣，這樣一來，我們就可以很好的區(qū)別出心跳與呼吸。首先當(dāng)然是利用圖書館尋找相關(guān)資料，或者可以上網(wǎng)尋找更為多的資料。老師的意見總是很寶貴的，可以很好的指出我的資料收集的不足以及需要什么樣的資料來完善文章。還做了微波穿透的實(shí)驗(yàn)，記錄了相關(guān)數(shù)據(jù)，這些都對我的畢業(yè)設(shè)計(jì)有很大的幫助。利用有效資源和不同方法解決完成工作。畢業(yè)設(shè)計(jì)除了是對以前所學(xué)知識的一種檢驗(yàn)，也能使自己的能力得到提高。得出一個(gè)結(jié)論：知識必須通過應(yīng)用才能實(shí)現(xiàn)其價(jià)值！有些東西以為學(xué)會了，但真正到用的時(shí)候才發(fā)現(xiàn)時(shí)兩回事，所以我認(rèn)為只有到真正會用的時(shí)候才是真的學(xué)會了。 時(shí)翔 老師 除了 在學(xué)業(yè)上 對我進(jìn)行 精心指導(dǎo)， 在思想與生活上也給予了我 無微不至的關(guān)懷，在此謹(jǐn)向時(shí)翔 老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。 實(shí)驗(yàn)中幫忙拍攝圖片以及實(shí)驗(yàn)過程中幫我打理實(shí)驗(yàn)器材。 [2] Ashith Kumar, Experimental study of throughwall human being detection using ultrawideband radar， 2020。 Chen P H, Through thewall detection of stationary human targets using Doppler radar， 2020。 [6] Greneker G, Radar technology for acquiring biological signals， 2020(02)。 [10] 劉國芳 ， 祝忠明 ， 魯霞 ， 生命探測雷達(dá)信號處理 [J]， 四川兵工學(xué)報(bào) ， 202