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文檔簡介
1、生物雷達以雷達發(fā)射的電磁波為探測媒介,能穿透衣物、墻壁、廢墟等非金屬介質形成的遮擋或障礙,非接觸地獲取和感知人體目標的信息。與紅外、光學等非接觸技術相比,生物雷達技術具有不受光線和探測角度影響、能全天候穿透探測的優(yōu)點,在生物醫(yī)學、公共安全、軍事等領域具有廣泛的應用前景。該技術的發(fā)展經歷了窄帶和超寬帶(UWB)兩個階段,其中 UWB生物雷達具有高距離分辨率、強穿透能力、良好的近場和系統(tǒng)兼容性能等優(yōu)點,是目前生物雷達技術的研究熱點?,F(xiàn)階段,
2、UWB生物雷達技術已經基本實現(xiàn)了人體目標的探測、識別和定位,但基于該技術研制的實用化儀器僅為專門用于地震、塌方等災難發(fā)生后搜尋廢墟下壓埋幸存人員的搜救生物雷達。因此現(xiàn)有的UWB生物雷達技術主要圍繞搜救中人體目標的定位、多目標的識別、行為動作探測等關鍵科學問題的研究上,而對這種技術在實際應用中可能碰到的問題考慮較少。以本課題組研制的“SJ-3000”UWB搜救雷達為例,該儀器在汶川、玉樹、魯?shù)榈榷啻蔚卣鹁仍惺褂貌⑶野l(fā)揮了重要作用。但我們
3、在長期應用實踐的基礎上發(fā)現(xiàn),現(xiàn)場探測環(huán)境中存在各類干擾會對該儀器的實際應用效果產生影響。因此,環(huán)境干擾問題是UWB生物雷達技術應用中必須考慮和解決的一個重要問題。
國內外研究表明,UWB生物雷達應用中的環(huán)境干擾主要來自兩方面:一是周圍環(huán)境中的動目標干擾,如風吹草動、操作人員的運動等;二是各種窄帶射頻干擾(RFI),如 GPS、手機、無線電信號等。本課題組在長期從事 UWB生物雷達技術研究和實踐的基礎上發(fā)現(xiàn),操作人員運動引入的干
4、擾可以通過對其進行培訓和限定加以排除,因而環(huán)境中風吹草動是動目標干擾的主要來源。此外,目前UWB生物雷達應用主要以應急救援中的搜救為主,因而大都采用較低的中心頻率(<500MHz)以保證其穿透性能,常規(guī)的GPS、手機等信號與這些 UWB生物雷達頻帶不重疊,因此窄帶RFI的主要來源為現(xiàn)場救援人員使用的無線對講機。
基于上述分析,本文主要針對對講機引入的窄帶 RFI和風吹草動兩種干擾,對UWB生物雷達應用中的環(huán)境干擾問題及其抑制技
5、術開展了系統(tǒng)性的實驗研究,主要完成了以下幾個方面的工作:
1、進行了UWB生物雷達環(huán)境干擾的定量探測實驗,探明了窄帶RFI和風吹草動干擾對UWB生物雷達人體呼吸檢測性能的影響。實驗結果表明:1)窄帶RFI和風吹草動均與干擾距離高度相關,干擾效應隨距離增大而減?。?)窄帶RFI作用范圍較大且不受雷達時窗設置的影響,干擾效應隨距離增大時衰減速度較慢,而風吹草動干擾作用范圍小,干擾源處于雷達時窗外則基本不會影響探測效果;3)窄帶射頻
6、干擾與干擾角度無關,而風吹草動干擾與角度有關,離雷達天線主瓣越遠則干擾越小。
2、進行了UWB生物雷達環(huán)境干擾的回波處理實驗,提出了針對窄帶RFI和風吹草動的干擾抑制新算法。首先,利用UWB生物雷達人體呼吸響應的距離相關特性,通過對UWB生物雷達回波在距離上進行滑動平均處理,建立了基于RMA處理的窄帶 RFI干擾抑制算法。針對風吹草動干擾的抑制,在人體呼吸響應距離相關的基礎上同時利用人體呼吸的周期特性,建立了基于自適應MSSA
7、處理的UWB生物雷達回波處理算法。
3、進行了UWB生物雷達環(huán)境干擾的模擬探測實驗,驗證了定量探測實驗結論和回波處理算法的性能。實驗結果表明:RMA算法具有實現(xiàn)簡單和穩(wěn)定性好的特點,能基本排除窄帶RFI干擾對UWB生物雷達探測性能的影響;自適應MSSA算法不需要手動設置閾值進行信號重構,能有效抑制極端情況(干擾源緊靠天線)之外的動目標干擾。
4、在上述研究的基礎上提出了UWB生物雷達在實際應用中應對環(huán)境干擾的策略:1
8、)對于窄帶RFI,在UWB生物雷達回波處理中采用RMA算法可使這種類型的干擾對UWB生物雷達的探測性能不產生影響,在條件許可的情況下應盡量避免干擾源距天線0m處(如操作人員使用對講機)等極端情況;2)對于風吹草動干擾,在UWB生物雷達回波處理中可采用自適應MSSA算法,同時必須避免干擾源距離天線過近(如0m)等極端情況發(fā)生,在條件允許的情況下可通過雷達時窗設置將動目標干擾完全排除在有效探測范圍之外。
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