阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征（OSAHS）是一种常见的睡眠呼吸紊乱疾病，也是慢性心脑血管病及内分泌代谢病等的危险因素，但其临床诊断容易被低估。现今诊断OSAHS的金标准是多道睡眠监测（PSG），但其有操作繁琐，受环境限制，费用较高，受试者舒适感差等限制，进而促进新型睡眠筛查设备的创新。生物雷达技术是指利用特殊雷达发射脉冲电磁波探寻生命体的一种新型雷达技术，按原理分为连续波生物雷达和超宽带生物雷达两类，均可以非接触生命体形式探测生命参数。相较于非接触式检测技术中应用较广泛的光学及声学检测技术，生物雷达技术检测设备具有高距离分辨率、强穿透能力、良好系统兼容性能等特点。基于生物雷达技术的睡眠筛查设备具有可重复性高、成本低廉、舒适度高、出报告快等特点，该技术更容易被受试者接受，也将会提高OSAHS检出率。本文从生物雷达技术的分类、基本工作原理、优势、限制、临床监测OSAHS的应用及未来展望等方面进行概述。

目的:为提高生命探测雷达对人体心跳、呼吸等生命信号提取、分离的准确性和实时性,提出一种基于优化变分模态分解(variational mode decomposition,VMD)的人体生命信号分离与重构方法.方法:首先,采用粒子群优化算法对VMD的参数进行优化,并将人体生命信号分解为一系列的本征模态函数(intrinsic mode function,IMF);其次,计算每个IMF的排列熵,根据排列熵阈值去除噪声,将剩余分量重构形成人体生命信号;最后,为验证提出的方法的性能,与无限脉冲响应(infinite impulse response,IIR)滤波、VMD和完全噪声辅助聚合经验模态分解(complete ensemble empirical mode decomposition with adaptive nosie,CEEMDAN)3种方法进行比较.结果:在不同噪声水平下,提出的方法在信噪比和均方根误差2项评价指标上均优于IIR滤波方法、VMD方法和CEEMDAN方法,在计算耗时上优于CEEMDAN方法.结论:提出的方法在有效滤除噪声的同时实现了对心跳、呼吸等生命信号的快速分离与重构,在烧烫伤患者、传染病患者、新生儿等特殊人群的非接触生命体征检测及灾后掩埋伤员搜救等领域具有很好的应用前景.

目前多通道生物雷达目标二维定位多采用多条圆弧相交的算法,该算法容易因单通道定位不准而造成圆弧无法相交于一点的情况.本文提出了在一种基于双曲线模型的目标二维定位方法,该方法利用其中两个通道信息所确定的双曲线并结合另一个通道信息所确定的圆弧对目标进行二维定位.自由空间实验和穿墙实验结果表明,该定位方法能在直角坐标系下较准确地确定目标的二维坐标,二维坐标与目标实际位置之间的平均误差在10 cm左右,从而验证了该实验方法的正确性和有效性.该算法计算简便,结果可靠,可以为实际搜救工作提供有效的指导.

生物雷达是一种可穿透非金属介质、非接触探测到生命体的特殊雷达.它通过检测由生命体呼吸和体动等所引起的微动,从而探测生命体.对于生命体辨识的研究,目前多为运动状态下的目标动作辨识,而对静止状态的目标类型辨识仍然存在困难.为解决上述问题,本文根据生命体的回波信号特性,选择聚合经验模态分解处理非平稳的生命体微动信号.然后利用噪声和一般信号的自相关函数特性不同,重构目标微动信号,根据微动信号在参考频带上的能量占比大小辨识人与动物.数据处理结果表明,人和兔的频带能量比数值明显不同,差异具有统计学意义(P<0.001).本方法在一定程度上可以区分人与兔目标,使静止状态下人与动物的辨识成为可能.

目的:解决单基地生命探测雷达在多目标探测识别时容易漏判的问题,以提高多目标识别准确率.方法:根据同一人体目标呼吸信号具有自身相关性的特点,采用以计算皮尔逊相关系数为主的信号处理和识别方法,对实验室条件下采集的多组多目标雷达回波信号进行处理和目标识别.结果:实验结果说明相比目前常用的基于能量谱的多目标探测识别算法,该方法降低了多目标的漏判率,提高了识别准确率.结论:预处理结合相关系数的多目标探测识别方法可以提高单基地雷达多目标一维距离向目标识别准确率,并可望为后续基于多基地雷达平台多目标二维定位算法的性能提升做出贡献.

目的:设计一种分布式生物雷达系统软件,实现非接触式对目标生命体征信号的数据采集和实时探测及显示.方法:基于Windows平台、C#语言的.NET环境,采用面向对象的编程思想,通过多线程、串口通信等编程技术,设计并实现包括数据通信层、数据处理层、数据分析层和用户界面显示层的分布式生物雷达系统软件.结果:该系统软件不仅实现了多角度对分布式多生物雷达的数据采集和处理与探测目标的呼吸频率及心跳信号的实时动态显示,还可以根据系统需求实时改变终端节点个数并进行对应的数据处理工作.结论:分布式生物雷达系统软件可以从多角度同时对目标区域进行组网探测,提升了探测效率,改善了单个或单通道生物雷达系统的局限性,为生物雷达探测提供了新的探测角度和思路.

生命探测技术是灾后以及战后伤员的搜索救援工作的关键技术之一.本文阐述了非接触式生命探测技术的分类,介绍了基于声学信号、光学信号、气味信号和生物雷达的四种非接触式生命探测技术的原理、特点以及研究现状,展望了非接触式生命探测技术的发展趋势.

目的 为实现在地震、塌方等灾后搜救中,对幸存者的生命体征进行检测评估,本文提出了一种基于双频生物雷达的人体生命体征穿透式监测方法.方法 利用一种双频IR-UWB生物雷达,融合了一高一低两个中心频率天线在穿透力和灵敏度方面的各自优势,同时对同一目标进行探测.并通过双通道互相关数据融合和自适应谱线增强技术来提高人体生命信号的探测信噪比,同时提取人体呼吸信号,再通过动目标指示器和高阶累积增强技术提取微弱的人体心跳信号.结果 通过模拟废墟场景实验,能够准确检测到被测目标的呼吸和心跳信号的时域波形和频谱,实现了雷达的穿透式监测.结论 本文提供了一种新的生物雷达穿透式探测和监测技术,能够为救援人员提供更加详细、可靠的生理信息来制定科学的救援方案,从而最大程度地挽救幸存者的生命.

目的:为解决穿透条件下多人体目标识别定位问题,提出一种基于多基地脉冲超宽谱(impluse radio ultra wideband,IR-UWB)生物雷达系统的多人体目标识别定位方法.方法:基于多基地IR-UWB生物雷达系统,采用回波二次拐点和相关系数相结合的方法,对穿墙条件下采集的多目标雷达回波信号进行处理和目标识别,再根据计算出的各目标在3个通道中的径向距离和获得的方位信息对目标进行定位.为验证方法的有效性,在实验室条件下进行多人体目标识别定位实验.结果:该方法可以对多人体目标进行正确识别和定位,3个目标的径向距离定位结果与实测距离误差均小于0.1 m.结论:基于多基地IR-UWB生物雷达系统的多人体目标识别定位方法可在穿墙条件下实现3个人体目标的探测定位,大大提高了非接触生命探测的效率.

目的 研制一种无人化伤员生命信息感知系统,实现伤员的快速搜寻.方法 通过无人机配备的生物雷达及定位模块对伤员信息进行采集,采用LoRa区域组网结合无人机数传通信的方式将伤员信息传输至地面站.结果 实现了伤员生命信息和位置信息的准确探测,具有灵活性、实时性与可靠性高的特点.结论 该系统可为伤员搜寻提供初步的生命信号甄别及伤情诊断处理,对救援目标做出及时的反馈,对提升伤员搜寻效率具有较好的应用价值与意义.