“生命探測技術”在應急救援、反恐、軍事等領域有廣氾的應用前景。雷達式生命探測技術因其具有非接觸、穿透力強、能精確定位探測的特點,使其成為目前最具活力和潛力的生命探測技術之一。從1998年起,在國家自然科學基金、國防基金等項目資助下,第四軍醫大學王健琪教授帶領的研究小組對這一課題在我國率先開展系統研究。2004年,研製出我國首台線性連續波(LCW )“雷達式生命探測儀”, 通過了軍隊科技成果鑑定,填補了我國一項空白;2005年研製出我國首台警用“隔牆探人雷達”,通過了公安部科技成果鑑定;2006年研製成功用於搜救的超寬譜(UWB) “生命探測雷達”,通過了國家消防裝備質量監督檢驗中心的檢測,使我國成為繼美國之後,具有自主知識產權、可自主研製該類生命探測儀的國家之一,該儀器在2008汶川大地震傷員搜尋中顯示出良好的救援效果。該項研究成果的取得,打破了我國“生命探測” 裝備長期依賴進口,完全受制于人的局面,有助于提高我國應急救援能力,為國家安全提供有效的技術支撐。
“生命探測技術”是用來探測人類生命體、並確定其狀態的技術,一般要求能夠穿透遮擋物,能夠探測人類生命特征;該技術在應急救援、反恐、軍事等領域有廣氾的應用前景。目前國際上“生命探測技術”按探測原理主要可分為:音頻探測、視頻探測、雷達式探測等。音頻探測:主要是通過傳感器獲取存活者的呼救聲波或廢墟中的震動(如存活者的掙扎、敲擊等)信號,來達到探測生命的目的。其侷限性在於易受環境和噪音的干擾,特別是當倖存者無力呼救和掙扎時,該類探測儀將可能失效。視頻探測:主要是利用可見光或非可見光(如紅外光),通過CCD傳感器獲取影像再傳送到顯示終端;使用中需要將光學探頭及線纜穿過孔隙來獲取探測區域的視頻信號。上述兩類探測技術相對成熟,在使用中也存在一定的侷限性,為此人們追求更先進、更有效的探測方法,從而催生了雷達式生命探測技術。雷達式探測:主要是由雷達天線定向發射可穿透非金屬遮擋物(廢墟、磚混結構牆體等等)的電磁波,該電磁波遇到人體后,有關表征人體生命活動的呼吸甚至心跳等微動被調製到反射的電磁波上,並被接收器接收;對接收器接收的回波,經過先進的信號處理,提取出生命信息,達到探測生命目的。該類探測儀不需要與物體接觸,也不需要打鑿孔洞、裂隙,可在被各種非金屬物質隔離覆蓋的情況下探測到生命體。與基於紅外、光學及超聲的探測技術相比,雷達式生命探測技術因其具有非接觸、穿透力強、能精確定位探測的特點,使其成為目前最具活力和潛力的生命探測技術。
目前,雷達式生命探測技術研究主要集中在美、中、俄、德等國家。起步約在80年代中後期;當時,美國以戰場傷員生命探測為應用背景進行了大量的研究,隨後逐步擴展到傷員搜尋、反恐、醫學診斷和監護等應用領域。前期研究主要以線性連續波(LCW)雷達作為平台,但由於其缺少目標距離信息,使其應用面受限。隨着技術的發展,特別是功率脈衝器件的突破,國際上近期的研究主要以超寬譜(UWB)雷達作為平台,其強的穿透能力和高的距離分辨率,使這種技術更適合於應急搜救。由於該技術具有特殊的應用前景,主要表現在:可快速尋找埋藏在廢墟、坑道、雪地里的傷員;可用於戰場對隱蔽人員的偵察;可對炸傷、燒傷等不宜採用接觸檢測方式的傷員進行監護;在國家安全方面可用於對恐怖分子、 犯進行隔牆監測。而這些領域大多都關乎國家安全,所以其中一些關鍵技術受到各國的嚴格保密。
為了打破國外的技術壁壘,同時也為了滿足國家和國防的應用需求,在國家自然科學基金,國防基金等的資助下,第四軍醫大學生物醫學工程系王健琪教授帶領的研究小組從1998年起,針對這一課題在我國率先開展了系統研究。經過長達十年的不懈努力,研究了不同頻段的雷達波信號在有耗分層媒質中近端傳輸特性,分別研究了LCW(毫米波、釐米波、分米波)、UWB(超寬帶)雷達式生命探測系統;提出了採用零中頻相幹解調有利於生命信息的檢測,採用平衡相幹檢波技術有利於提高檢測靈敏度等系統設計原則。針對強雜波信號和動目標干擾的抑制這一關鍵問題,提出了間歇式、最短延時凹點定位雜波對消技術,有效的抑制了強雜波,解決了雷達式生命探測中的一個技術難題;提出了跟蹤干擾譜峰的二次濾波算法,在一次濾除呼吸信號頻帶外干擾信號基礎上,運用一種譜峰跟蹤算法,追蹤帶內干擾信號譜峰,並二次濾除干擾信號,較好的抑制了動目標干擾;雷達回波中微弱生命參數信號的提取和分析是一個難點。研究組針對探測到的人體呼吸、心跳等生命參數信號具有窄帶、准週期、信噪比低的特點,提出了一種頻域積累方法,借助快速傅里葉變換將信號由時域轉換到頻域后進行積累,避免了時域積累所需的週期對準,有效的提高了信噪比;還提出了一種在時頻兩域多閾值、多參數融合的生命體判別方法,較好的解決了微弱生命信號提取和生命特征自動判別問題。
研究組在多年不懈的研究基礎上,于2004年研製出我國首台LCW “雷達式生命探測儀”,通過了軍隊科技成果鑑定;該儀器在自由空間的探測距離達50米,可穿透2.3米厚度的磚牆探測到人的呼吸。專家組認為該項成果整體研究水平居國內領先、國際先進,填補了我國一項空白,中央電視台新聞聯播等欄目進行了報道。2005年研製出我國首台警用“隔牆探人雷達”,通過了公安部科技成果鑑定;2006年研製成功用於搜救的UWB“雷達式生命探測儀”,通過了國家消防裝備質量監督檢驗中心的檢測,該儀器穿透廢墟深度可達9米,可探測靜止人員的呼吸,並能給出目標距離信息;作為中國應急救援隊使用的搜救設備,參加了2006亞太地區地震搜救演練,使我國成為繼美國之後,具有自主知識產權、可自主研製該類生命探測儀的國家之一。該儀器在2008汶川大地震傷員搜尋中,為成功營救曲山小學5位倖存者發揮了舉足輕重的作用,初步顯示良好的救援效果。上述研究成果,打破了我國“生命探測” 裝備長期依賴進口,完全受制于人的局面,使國外同類儀器在國內售價由每台人民幣300-500萬降到70萬元。
在國家自然科學基金、國防基金等項目資助下,目前我國雷達式生命探測技術研究基本達到了國際先進水平。隨着應用推廣與研究深入,將進一步提升我國生命探測技術研究的整體水平,這對提高我國應急救援能力、為國家安全提供有效的技術支撐具有重要意義。