自1986年,YFChen[3]等人研制出了第一台生命探测雷达后,关于将雷达应用于生命探测的研究成为热点。80年代至90年代期间,随着雷达技术和集成电路技术的飞速发展,采用更为完善的模拟和数字处理的方式,能够更有效地完成呼吸和心跳信号的提取,从而有利于解决在测试心跳时需要被测目标屏住呼吸的弊端。生命探测雷达技术向着不仅能够同时测得心跳和呼吸的频率,而且可以穿墙探测墙壁后的目标以及多目标探测的方向发展。在2004年,第四军医大学研制的非接触式生命探测雷达能够探测到2m厚的墙后人体呼吸信号。该生命探测雷达采用多普勒体制,但该系统尚未成熟,无法检测心跳信号。2013年,日本的S。Suzuki等人采用24GHz微波雷达天线和一个分析系统对老人患者进行呼吸和心率监测,该系统有利于减少老人护理者的负担,同时确保病人安全[4]。中国科学技术大学使用正交接收机和反正切解调的方法,实现了对模拟目标心脏运动信息的精确测量[5]。79033
经典的连续波多普勒体制生命探测雷达的主要优点在于系统结构简单小巧、探测原理较为简单、技术较为成熟,缺点为抗干扰能力较差,任何物体的微动都会引起多普勒频移,影响呼吸和心跳信息的提取、无法对物体进行定位成像以及多目标识别能力差。
连续波多普勒体制的生命探测雷达性能易受到环境杂波的影响。针对环境杂波干扰的问题,国立台湾大学的Huey-RuChuang等人研制了由可调衰减器和移相器组成的杂波对消器,其能抑制从环形器泄漏的发射功率和背景反射的环境杂波信号,提升微弱信号的检测灵敏度[6]。TChin研究设计了基于I/Q信道检测到的直流偏移值的杂波消除器,可将随时间变化的直流基带偏移消除[7]。多普勒生命探测雷达会存在测量盲点的问题,对于这一问题,BKPark采用了正交接收机,对直流信息校准补偿后进行反正切解调的方法,该方法的测量精度比选择一个正交信道有显著改善[8]。CLi和JLin提出了复信号解调技术,该技术对直接变频系统的直流偏移具有强的抵消作用,并且基于复信号解调技术,开发了一种随机运动对消技术,用于消除人体随机运动产生的强噪声[9]。此外,RFletcher提出了差分射频前端的设计,采用双天线结构,其中一副天线用于检测心跳,另一副天线用于消除人体随机运动的干扰[10]。论文网
在信号处理算法研究方面,中国科学技术大学采用经验模式分解(EEMD)算法用于呼吸和心跳信号的恢复和分离[11],精确度和准确度很高。2011年,意大利的MDonelli提供了一种有效的噪声和杂波区分的方法,即对回波信号采用独立分量分析(ICA)算法,但不能确定经过独立分量分析算法分解后的信号是否包含生命信号或者杂波信号[12]。针对杂波和噪声的问题,杨冬[13]运用同态滤波理念与小波变换理论分别与传统的FIR滤波器相结合的信号处理方法对检测信号进行分析,用于呼吸信号和心跳信号的分离。第四军医大学的张华、路国华等人采用基于递推最小二乘算法的自适应滤波器,通过抵消噪声的方式用于分离呼吸和心跳信号[14]。此外,西安电子科技大学的史林提出了一种可用于生命状态识别的方法,即采用高阶累积估计信号的频谱,并根据其特征判别人体的状态[15]。第四军医大学的张鹏飞等人针对人体睡眠过程中呼吸暂停的问题,提出了基于能量谱的判别方法,在稳定的环境中处理效果较好[16]。