科技成果——超宽带雷达生命探测仪

超宽带雷达生命探测技术研究赵尤信1， 姚海飞1，2， 李佳慧3， 彭然1， 李璕1（1. 煤炭科学技术研究院有限公司 矿山智能通风事业部，北京　100013；2. 中国矿业大学（北京） 应急管理与安全工程学院，北京　100083；3. 华北科技学院 建筑工程学院，河北 廊坊　065201）摘要：超宽带（UWB ）雷达生命探测技术具有功耗低、穿透性好、保密性高等优点，有利于提高灾后受困人员的生存率。

系统总结了UWB 雷达生命探测技术的国内外研究进展及现状。

根据发射信号形式不同，将UWB 雷达生命探测技术分为连续波雷达生命探测技术和脉冲波雷达生命探测技术，分别介绍了2种探测技术的原理与应用优势。

基于连续波雷达生命探测技术和脉冲波雷达生命探测技术的各自特点，从探测信号发射、回波信号预处理、生命信号提取与分析3个角度，分析了UWB 雷达生命探测关键技术，总结了3种关键技术的研究现状。

对UWB 雷达生命探测技术的研究进行展望：突破生命探测仪收发机硬件性能，提升发射信号带宽，优化射频功率放大技术，以增大穿墙探测距离；综合利用多种特征提取方法和智能模式分类方法，以及人工智能、大数据、云计算等新一代信息技术，提高目标识别的精确度；研制基于多输入多输出雷达的人体目标辨识与定位装备和高精度分布式组网全极化UWB 雷达生命探测仪，提升探测结果维度。

关键词：灾后救援；生命探测；超宽带雷达探测；连续波雷达；脉冲波雷达；生命信号提取中图分类号：TD67 文献标志码：AResearch on ultra wideband radar life detection technologyZHAO Youxin 1, YAO Haifei 1,2, LI Jiahui 3, PENG Ran 1, LI Xun 1(1. Mine Intelligent Ventilation Division, CCTEG China Coal Research Institute, Beijing 100013, China ；2. School of Emergency Management and Safety Engineering, China University of Mining and Technology-Beijing,Beijing 100083, China ； 3. Architectural Engineering College, North China University of Science and Technology,Langfang 065201, China)Abstract : Ultra wideband (UWB) radar life detection technology has the advantages of low power consumption, good penetration, and high confidentiality. It is beneficial for improving the survival rate of trapped personnel after disasters. This paper systematically summarizes the research progress and current status of UWB radar life detection technology both domestically and internationally. According to the different forms of transmitted signals, UWB radar life detection technology is divided into continuous wave radar life detection technology and pulse wave radar life detection technology. The principles and application advantages of the two detection technologies are introduced respectively. Based on the respective features of continuous wave radar life detection technology and pulse wave radar life detection technology, this paper analyzes the key technologies of UWB radar life detection from three perspectives: detection signal transmission, echo signal preprocessing, and life signal extraction and analysis, and summarizes the research status of the three key technologies. The paper proposes prospects for the research on UWB radar life detection technology. The technology breaks through the收稿日期：2023-07-03；修回日期：2023-09-14；责任编辑：李明。

科技成果——雷达生命探测仪成果简介雷达生命探测仪基于电磁波反射原理，采用超宽带雷达技术穿透土壤、墙体等障碍物实现人体的呼吸、心跳和体动等生命特征检测，广泛应用于地质灾害、战争、煤矿等灾难的应急搜救，也可在反恐行动中用于搜索探测藏匿在房屋、地下室的人员。

雷达生命探测仪采用非接触式工作模式，雷达探测器放置在可疑被测区域，借助Wi-Fi无线网络，操作人员通过显示控制器实现对雷达探测器的控制和结构观察，无线操作距离超过50米，可以保障操作人员的人身安全。

主要技术指标探测目标：频率为0.1Hz-0.5Hz的人体呼吸信号目标响应时间：＜15s穿透深度：不小于2m（实心砖结构墙体）最大探测距离：不小于20m（对空）测距精度：≤±0.5m（距离向，对空）重量：≤10kg（不包括充电器和外包装箱等配件）外形尺寸：460mm*350mm*170mm（长*宽*高，误差范围±10mm）连续工作时间：≥5h无线遥控距离：≥50m（雷达与PAD间无遮挡物）工作温度：-10℃到50℃先进程度国内领先技术状态批量生产、成熟应用阶段适用范围用途十分广泛，在灾害搜救、反恐、安全等领域都能扮演重要的角色。

在军事上可用于战场伤员搜救、边界警戒；在反恐和安全领域能够透过墙壁进行犯罪分子的快速、准确探测和定位；在民用领域，各种建筑物倒塌、塌方、泥石流、矿难发生频繁，当灾难发生时，用于探测被掩埋在瓦砾和断壁残垣下的生命，雷达生命仪可以为消防和搜救人员提供快速有效的技术手段。

专利状态发明专利1项。

合作方式合作开发预期效益按照目前售价25万元/套，那么在每年产生的经济效益估计如下：在反恐和刑事犯罪分子的侦察方面，国内有30套/年以上的需求，可增加产值：30×25=750万元；用于地震、塌方等应急搜救方面，每年有20套的需求量，可增加产值：20×25=500万元；用于部队战场搜救和城市巷战，每年需求量30套，则增加产值：30×25=750万元；另外该设备还可用于驻外部队维和行动、营地的警戒等。

各位尊敬的领导、同志们，大家好：今天由我给大家带来雷达生命探测仪的科普讲解。

不知道（在座的）有多少人曾经历过地震？我的老家在汉中，离汶川只有三百多公里，十年前的这个时候，我曾经亲眼见到武警消防官兵们从废墟中挖出过被困了几天几夜的伤员，他们面如死灰，双唇紧闭。

震撼之余，我心中也有一丝好奇，那些武警战士们到底有什么神通能在能在一片狼藉之下发现被埋的奄奄一息、不能呼救的的人呢？后来我在看新闻的时候注意到武警战士的手中提着的那个神秘的黑盒子——雷达生命探测仪。

直到多年以后，我也成为了一名光荣的地质灾害应急工作者，我才得以一窥那个黑盒子的全貌。

雷达生命探测仪顾名思义是一种救援设备，目的就是为了在地震、坍塌、建筑物倒塌时来搜救幸存人员，甚至被安检用来检查偷渡人员。

他的同门师兄弟有靠声波定位的音频探测仪、靠热感应定位的红外线探测仪等。

但为什么雷达生命探测仪被称作是最先进的生命探测仪呢？问大家一个问题，如何判断一个人还活着？看他还有还有呼吸？看他胸口是否还能起伏？比较粗暴的同志或者会干脆扇他两耳光看他有没有反应。

可如果这个人是在几米，甚至是几十米以下的废墟里呢？你的方法还管用么？雷达生命探测仪是一款综合了微功率超宽带雷达技术与生物医学工程技术研制而成的高科技救生设备。

它的工作原理是基于人体运动在雷达回波上产生的多普勒效应来进行分析判断废墟内有无生命体存在以及生命体得具体位置信息。

听起来很高大上，那让我们回到刚才的问题，雷达生命探测仪判断废墟下还有没有活人的依据，就是从医学上来讲看他的心脏是否跳动。

只要人的心脏还跳，雷达生命探测仪就会感应到由心脏产生超低频电波产生的电场来找到"活人"的位置。

雷达生命探测仪所依赖的电磁波穿透力强，不像音频探测仪的声波会受到倒塌楼板水泥的阻隔；并且他还有一个独一无二的优点，热感应探测仪会被其它发热物体干扰，而雷达生命探测仪配备特殊电波过滤器可将其它动物，诸如狗、猫等不同于人类的频率加以过滤去除，使生命探测仪只会感应到人类所发出的频率产生的电场。

超宽带雷达技术在地球物理勘探中的应用随着科技日新月异的发展，人类对自然界的认知越来越深入。

其中，地球物理勘探技术扮演着至关重要的角色，为我们揭开了地球深处的神秘面纱。

在地球物理勘探过程中，雷达技术被广泛应用，其中超宽带雷达技术更是成为热门研究领域。

本文将介绍超宽带雷达技术在地球物理勘探中的应用。

一、什么是超宽带雷达技术超宽带雷达技术是指在极短的时间内发射大量高频率的电磁波，通过测量电磁波在地下物质中的传播速度、衰减、反射等物理现象，获取地下物质的构造、成分等信息。

相对于传统雷达技术，超宽带雷达技术具有发射能量大、分辨率高、对不同材料的散射特性敏感等优点。

二、超宽带雷达技术在地球物理勘探中的应用①地质构造分析地球物理勘探中，超宽带雷达技术可以精确地探测到不同深度的地下构造物，比如石油、天然气等地质资源。

通过这种技术，可以找到地下地质构造的位置、深度、性质、尺度等，进而预测地下物质的成分、状态、状况。

②地下水资源勘探超宽带雷达技术在地下水资源勘探中也扮演着重要的角色。

其原理是利用电磁波在地下水含水层中的反射和折射特性，确定地下水的分布、含水量、水质等信息。

这种技术对于地下水资源勘探、水文地质研究都有重要的应用价值。

③环境保护实践超宽带雷达技术不仅可以应用在地质勘探，还可以用于环境保护实践中。

通过该技术，可以检测地下水的墨汁、酚、重金属等环境污染物的排放情况。

同时还可以利用反射特性，测定土壤厚度和性质，为土地开发提供参考。

三、超宽带雷达技术的优势①高精度高分辨率超宽带雷达技术可以在很短的时间内发射多个电磁脉冲，并通过反射信号获取地质构造等信息。

其分辨率能够达到亚米级别，并且捕获的数据可以实现高质量成像。

②易于操作相对于传统的地球物理勘探技术，超宽带雷达技术具有操作简便、数据解释易用、成本低廉等优点。

③非破坏性探测超宽带雷达技术对周边环境和构造不会造成任何影响，具有较高的安全性和可靠性。

四、超宽带雷达技术的发展前景超宽带雷达技术作为一种新型的地球物理勘探技术，具有广阔的发展前景。

基于超宽带雷达的穿墙人体行为智能识别基于超宽带雷达的穿墙人体行为智能识别超宽带雷达是一种先进的无线通信技术，具有发射信号频率宽、通信距离远、穿透能力强等特点。

在无线通信领域得到了广泛应用。

近年来，随着人工智能技术的发展，超宽带雷达也被应用于人体行为智能识别领域。

本文将重点阐述基于超宽带雷达的穿墙人体行为智能识别的原理和应用。

一、超宽带雷达的工作原理超宽带雷达利用超短脉冲石英晶体产生的电磁波发射信号，通过脉冲式信号，能够实现高分辨率的测量，从而将传统雷达的几十米测距分辨率提高到几毫米。

超宽带雷达对于环境中运动的人体产生的微小变化非常敏感，可以捕捉到人体的呼吸、脉搏和动作等细微特征。

通过对这些特征进行分析和处理，可以实现对人体行为的智能识别。

二、超宽带雷达的穿墙能力超宽带雷达的工作频率范围从0.1GHz到20GHz，这个范围包括微波和毫米波段，这些波段的特点是穿透能力强。

相比其他通信技术，超宽带雷达的信号在穿透建筑物时能够保持较好的稳定性，可以穿透隔墙、天花板等障碍物，对于屋内的人体行为进行实时监测。

三、基于超宽带雷达的穿墙人体行为智能识别基于超宽带雷达的穿墙人体行为智能识别是通过对超宽带雷达信号进行分析和处理，实现对人体行为的自动识别和探测。

首先，超宽带雷达设备将发射信号穿过墙壁，与人体进行交互，通过接收回波信号获取人体的位置和状态信息。

接着，使用人工智能算法对回波信号进行处理和分析，根据信号的幅度、频率和相位等特征，可以判断人体的动作、呼吸和脉搏等行为。

最后，通过把识别结果与预设行为模型对比，就可以判断人体的具体行为，如走动、平躺或翻身等。

基于超宽带雷达的穿墙人体行为智能识别在许多应用场景中具有广泛的应用前景。

一方面，在家庭安防中，通过安装超宽带雷达设备，能够实现对室内的人体行为进行实时监测，及时发现可疑行为，提高家庭安全性。

另一方面，在医疗领域，可以通过监测病人的行为和生理状态，在不干扰病人的情况下提供远程医疗和护理。

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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生命探测仪有哪些技术优势生命探测仪是如何工作的生命探测仪是一种安全性救生系统，适用于消防、市政、矿山救助等机构用于地震、坍塌、建筑物倒塌下的废墟救援，具有功能全面、使用安全牢靠、适用范围广等特点。

今日我紧要来介绍一下生命探测仪的技术优势，希望可以帮忙到大家。

生命探测仪的技术优势距离距离型，侦测距离非感应目标除人体以外的任何动物皆不被侦测垂直侦测角度：开放空间上下各60度；建筑物内80度上下各40度角度水平侦测角度+/— 2度左右各2度目标锁定目标锁定功能当侦测到活人心脏所发出超低频电波产生之电场后，侦测杆会自动锁定此电场，人体移动时侦测杆也会跟着移动操作方式：手握式工作模式白天不需要任何电源，晚上用激光光点供应操找寻侦测杆方向。

配备美国标准三a级激光光点。

（用激光灯指示方位时）正常情况下电池可使用12小时以上雷达生命探测仪优势及应用范围雷达生命探测仪是一种是借着感应人体所发出超低频电波产生之电场（由心脏产生）来找到活人的位置。

雷达生命探测仪技术优势：雷达生命侦测仪旨在解决当前市场上现存救生系统的根本缺点。

当前的救生系统除了无法穿透障碍物侦测移动外，大部分的系统，例如摄像系统，侦测的范围特别有限并且只有在移动的遇险者进入摄像机镜头或传感器的视野后才能报警。

基于音频的侦测系统大大受限于距离，障碍物，残垣以及遇险者是否还强壮和清醒到能够发出声音。

雷达的生命侦测仪可以在30秒内侦测出确定范围内遇险者的移动和呼吸，可以穿透障碍物（例如钢筋混凝土砖墙，柏油层，泥石流和雪崩造成的积雪）进行侦测，不受声音和背景噪音的影响。

超视安全系统公司的传感器可以发出包含目标指定信息的信号，从而使侦测活动更快，更精准明确，也使得参加救难的急救者，安全人员和军事人员自身更加安全。

雷达生命探测仪应用范围：海防：港口、船舱、货柜、空屋等非法偷渡者可能隐匿地点的排查警方霹雳小组人员可侦测到歹徒与人质的位置，供攻坚时的参考。

公安：武警、军事不安全区域及各种多而杂障碍区域的搜索和跟踪，可及早发觉目标，削减伤亡。

这次大汶川地震中数百万房屋被震塌，十几万人被压埋在倒塌的房屋下面，尽快抢救被压埋的幸存者成为开始救灾的第一位紧急任务，但是由于房屋倒塌现场的各种复杂情况，许多被深埋的幸存者无法主动把呼救信息传递上来，在这种地震灾害中就急需一种被称为生命探测仪的信息检测技术。

生命探测技术是近代发展的一项新技术，主要用于废墟中发现存活者及寻找清理战场时的伤员。

传统的方法一般应用光学、红外线、无线电、卫星定位技术、声波等技术进行探测。

红外生命探测技术利用了人体的红外辐射特性，人体的红外辐射能量较集中的中心波长为9.4μm，人体皮肤的红外辐射范围为3～50μm，其中8～14μm占全部人体辐射能量的46%，这个波长是设计人体红外探测仪的重要的技术参数，决定了人体与周围环境的红外辐射特性不同与差别，探测仪可以用成像的方式把要搜索的目标与背景分开。

声波振动生命探测仪应用了声波及震动波的原理，采用声音/振动传感器，进行全方位的振动信息收集，可探测以空气为载体的各种声波和以其它媒体为载体的振动，并将非目标的噪音波和其它背景干扰波过滤，进而确定被困者的位置。

但这些技术都有各自的局限性，无法有效地探测到埋藏在废墟、瓦砾或建筑物下的人员。

随着无线电技术的迅猛发展，根据HAETC(Hughes Advanced Electro-magnetic Technology Center)对电磁波在多种介质中的穿透特性的测量研究可知：在低频段，在l～10GHz范围的电磁波在穿过混凝墙壁时衰减很小，并且随着频率的降低，衰减也在减少，其中在8GHz时衰减大约为l0dB，在2GHz 时衰减将下降到5dB以下【1】。

因此，低于10G 的频率适合对砖块和混凝土构筑的墙壁进行穿透探测。

所以微波多普勒雷达被用于探测几米厚的墙体后探测数十米距离幸存者的呼吸、心跳和体动等生命体征信息。

多普勒探测雷达发射电磁波探测信号，遇墙壁、废墟等穿透性较好，遇生命体后反射并由接收机接受解调，得到呼吸、心跳和体动等生命体征信息【2】。

一种可用于定位的超宽带雷达生命探测装置，包括卫星差分定位基站单元、探测控制和显示系统、以及三组以上的超宽带雷达生命探测单元，卫星差分定位基站单元用于配合超宽带雷达生命探测单元以完成其自定位，超宽带雷达生命探测单元包括WiFi数据收发模块、卫星定位模块以及超宽带雷达生命探测收发和处理模块，超宽带雷达生命探测收发和处理模块利用雷达探测生命信号，卫星定位模块用来与卫星差分定位基站单元配合，WiFi数据收发模块用来与探测控制和显示系统相连并传送所检测到的数据信号，探测控制和显示系统用来完成WiFi组网和收发作业、目标定位解算作业以及探测结果显示作业。

本技术新型具有操作方便、性能优越、定位精度高、可提高灾害人员搜救效率等优点。

权利要求书1.一种可用于定位的超宽带雷达生命探测装置，其特征在于：包括卫星差分定位基站单元（100）、探测控制和显示系统（300）、以及三组以上的超宽带雷达生命探测单元（200），所述卫星差分定位基站单元（100）用于配合超宽带雷达生命探测单元（200）以完成超宽带雷达生命探测单元（200）的自定位，所述超宽带雷达生命探测单元（200）包括WiFi数据收发模块（210）、卫星定位模块（220）以及超宽带雷达生命探测收发和处理模块（230），所述超宽带雷达生命探测收发和处理模块（230）利用雷达探测生命信号，所述卫星定位模块（220）用来与卫星差分定位基站单元（100）配合，所述WiFi数据收发模块（210）用来与探测控制和显示系统（300）相连并将检测到的数据信号传送给探测控制和显示系统（300），所述探测控制和显示系统（300）用来完成WiFi组网和收发作业、目标定位解算作业以及探测结果显示作业。

2.根据权利要求1所述的可用于定位的超宽带雷达生命探测装置，其特征在于：所述卫星差分定位基站单元（100）采用GPS或北斗系列的卫星定位系统。

3.根据权利要求1所述的可用于定位的超宽带雷达生命探测装置，其特征在于：所述探测控制和显示系统（300）为一台具有WiFi模块的终端设备。