【正文】 的人進(jìn)行定位和搜救。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。 國內(nèi)研究進(jìn)展 目前我國已經(jīng)成功地研制出了雷達(dá)式非接觸生命探測儀，它是由中國第四軍醫(yī)大學(xué)的研究人員們歷經(jīng) 5年的時(shí)間，在不斷的艱苦攻關(guān)下才得以完成 。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)。傳統(tǒng)的方法則是運(yùn)用聲波來探測生命，但需要設(shè)置多個(gè)接觸式傳感器。 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)。這種儀器融合了雷達(dá)與生物醫(yī)學(xué) 工程的相關(guān)技術(shù)，通過雷達(dá)發(fā)射微波，接收反射波后檢測出是否存在人體生命活動(dòng)引起的微動(dòng)，并且用特有的生物醫(yī)學(xué)信號處理技術(shù)提取出人的呼吸、心臟跳懂以及體動(dòng)等生命體征的信息，從而探測到人。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。 1994 年， Yamaguchi 等一些專家用 L 頻段的調(diào)頻線性連續(xù)波信號，探測研究了埋藏在雪地中的生命體，并且還分別采用 S、 X、 Ka波段的微波，運(yùn)用了雷達(dá)雙通道微波鑒相等技術(shù)，采用濾波與 FFT技術(shù)進(jìn)行信號提取，使得生命體是否存在的探測問題得到解決。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(dòng)脈、頸動(dòng)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。 本課題旨在利用價(jià)格低廉、通用于智能交通、自動(dòng)門等領(lǐng)域的微波頻率雷達(dá)，對衣物、瓦礫或墻壁等掩蓋物下的生 命體進(jìn)行探測方法與技術(shù)的研究，不僅進(jìn)行人體生命體征與微波雷達(dá)信號間的科學(xué)聯(lián)系，而且進(jìn)行信號檢測電路的設(shè)計(jì)與制作，系統(tǒng)的集成，并最終進(jìn)行原理性的樣機(jī)測試與實(shí)驗(yàn)研究。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。 3 圖 1 地震區(qū)工作的生命探測雷達(dá) 用于生命探測的微波雷達(dá)技術(shù)研究 圖 2 微波雷達(dá)原理框圖 如圖 2 所示，進(jìn)行微波雷達(dá)技術(shù)的研究，微波雷達(dá)工作于 10GHz 頻率，壓控振蕩器（ VCO）產(chǎn)生 10GHz 微波信號 ，經(jīng)功率分配器功分后，一路作為發(fā)射信號，經(jīng)功率放大器（ PA）放大后，經(jīng)發(fā)射天線發(fā)射出去；一路作為接收信號的本振信號（ LO），進(jìn)入混頻器，與接收進(jìn)來的微波散射信號（ RF）進(jìn)行進(jìn)行混頻，輸出表征目標(biāo)特征的中頻信號（ IF）。 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。 ① 首先進(jìn)行微波的掩蓋物穿透能力和人體生命體征的微波雷達(dá)信號表征的研究，掩蓋物樣本包括人體衣物、瓦礫、墻壁等，人體生命體征為呼吸與心跳； ② 在此基礎(chǔ)上，項(xiàng)目組成員分工合作，分別進(jìn)行微波雷達(dá)的集成和后端信號采集與處理電路的設(shè)計(jì)與制作，并完成探測器的系統(tǒng)集成； ③ 最后，全項(xiàng)目組進(jìn)行非接觸式微波生命探測的實(shí)驗(yàn)研究，撰寫總結(jié)報(bào)告和研究論文。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。一個(gè)典型的例子就是家用微波爐。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?。?shí)際上，無論是可見光 還是無線電波，其本質(zhì)還是相同的，都屬于電磁波，傳播速度與光速一樣，但是它們在波段上占據(jù)的位置不一樣。 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。測量仰角則是依靠窄的仰角波束測量。 測量速度則是多普勒效應(yīng)原理。雷達(dá)與目標(biāo)之間的距離變化率是從多普勒頻率中可以提取的主要信息之一。 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(dòng)力。這樣一來就可以說是戰(zhàn)爭與技術(shù)的產(chǎn)物。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。在雷達(dá)系統(tǒng)的發(fā)展過程中，只有在科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的基礎(chǔ)上，才會有雷達(dá)新技術(shù)，才會出現(xiàn)雷達(dá)新體制。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)技術(shù)必定是以新技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用為基礎(chǔ)的，由此可見，雷達(dá)系統(tǒng)的發(fā)展必將受到新世紀(jì)航天技術(shù)、納米技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和新材料 技術(shù)的影響。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)。俄羅斯的蘇 27 和米 29 飛機(jī)上面也裝備了紅外、光電與雷達(dá)綜合火控系統(tǒng)。 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。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，雷達(dá)系統(tǒng)將會得到更多的技術(shù)支持以及更好的發(fā)展。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)的信號截獲和隱蔽 。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。雷達(dá)系統(tǒng)要不斷取得新的更大發(fā)展只有不斷創(chuàng)造新體制、發(fā)展新技術(shù)、不斷適應(yīng)新的軍事和經(jīng)濟(jì)需求。 （ 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。不能采用集中參數(shù)元件。測量的量是駐波比，頻率。 （ 3）量子特性：在微波波段，電磁波每個(gè)量子的能量范圍約為 106～ 103eV。 （ 4）穿透性。一方面，大氣中的云、霧、雪等對微波傳播影響較小，這是微波能穿透這些介質(zhì)而基本不受影響，這為全天候微波通信和遙感技術(shù)打下了基礎(chǔ)。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)。另一方面，微波的輸出 功率隨時(shí)可調(diào)，介質(zhì) 的 溫升 情況 可 以 無惰性的 變化 ，不存在余熱 的 現(xiàn)象， 對 自動(dòng)控制和連續(xù)化生產(chǎn) 而言是很有必要的 。 從而使 微波的特點(diǎn) 和 幾何光學(xué) 類 似， 這就是 似光性。 因?yàn)?微波波長與物體（實(shí)驗(yàn)室中無線設(shè)備）的尺寸 是同 量級 的 ， 所以 微波的特點(diǎn)又 和 聲波 類似 ， 這就是 似聲性。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。這是低頻無線電波 不能與之相比的 。另外，微波信號還提供 極化 信息， 相位 信息，多普勒頻率信息。 基 于微波具有上述特點(diǎn)，微波作為一門獨(dú)立學(xué)科得到人們的重視，獲得迅速的發(fā)展。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。測量是屬于弱功率方面的應(yīng)用，溫度、濕度、厚度、速度、長度等各種非電量都可以利用微波來測量，它的特點(diǎn)是測量設(shè)備時(shí)不需要與被測量的對象進(jìn)行接觸 (非接觸式測量 )，在生產(chǎn)流水線上連續(xù)監(jiān)測并進(jìn)行實(shí)時(shí)自動(dòng)控制就可以運(yùn)用到這一特點(diǎn)。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。為了測量谷物、土壤、木材、煙草、藥品和墻磚等各種介質(zhì)材料的含水量還專門制造了微波水分儀。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。 探測大地、普查地球資源、測繪地形地物、監(jiān)視農(nóng)作物的生長，以及偵察軍事目標(biāo)等可以運(yùn)用微波遙感配合可見光以及紅外同感。 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) 。 微波受物質(zhì) 的 影響 能力， 是 由介質(zhì)損耗因數(shù)決定 的 。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 。水分子屬 于 極性分子， 其 介電常數(shù) 比 較大，介質(zhì)損耗因數(shù)也大， 所以 對微波 表現(xiàn)出較 強(qiáng) 的 吸收能力。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。也可以稱為跟蹤 示波器 、頻域示波器、諧波分析器、分析示波器、 11 傅里葉分析儀或 頻率特性 分析儀等。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(dòng)測 試系統(tǒng) 。實(shí)時(shí)頻率分析儀（ RealTime Spectrum Analyzer）具備為在同瞬間顯示頻域的信號振幅的功能，它的工作原理針對的是不同頻率信號而有相對應(yīng)的濾波器與檢知器（ Detector），再由同步多任務(wù)掃瞄器把信號傳到 CRT 屏幕上，這樣的優(yōu)點(diǎn)是能夠很好的把周期性雜散波（ PeriodicRandom Waves）的瞬間反應(yīng)顯示出來，但是這樣的缺點(diǎn)則是價(jià)昂且性能受限于頻寬范圍、濾波 器的數(shù)目與最大的多任務(wù)交換時(shí)間（ Switching Time）。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。各種波形 曲線 都能夠用三角函數(shù)方程式表示。 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）。其用途也很廣泛，能夠用在測試或檢修各種電子儀器設(shè)備中的低頻放大器的增益、 頻率特性 、 通頻帶 ，也能夠用作高頻信號發(fā)生器的外調(diào)制信號源。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 。電壓或電場 E(mV) 與 U39。 ? ；功率與 P （瓦特）換算公式： 10l gP30dB mP39。:單位為 dbm)。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） 。 dBm 乘 dBm 是什么， 1mW 的 1mW 次方？除了同學(xué)們老給我寫這樣幾乎可以和歌德巴赫猜想并駕齊驅(qū)的表達(dá)式外，我活了這么多年也沒見過哪個(gè)工程領(lǐng)域玩這個(gè)。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。 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的比較 從上面的數(shù)據(jù)里面可以看出，書包與紙板這兩樣實(shí)驗(yàn)材料的數(shù)據(jù)相對沒有實(shí)物時(shí)，是幾乎沒