双频多普勒雷达生命体征探测系统研究

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生命体征能够反应生命体的健康状况和确定生命体是否存在,其中呼吸和心跳特征是生命体征最重要的指标。基于连续波多普勒雷达的生命体征探测技术抗干扰能力强,不易受外界环境的影响,可以广泛应用于搜寻救援、医疗监护和健康监护等领域。因此,开展多普勒雷达生命体征探测技术的研究具有非常重要的意义和广泛的实用价值。
  目前,基于多普勒雷达的生命体征探测技术仍然存在一些问题需要解决,诸如需要解决探测零点问题提高探测精度、解决随机移动导致的假警报、从较强谐波干扰中提取心肺信息等问题。本文主要围绕解决探测零点问题及实用性方面开展对基于连续波多普勒雷达的生命体征探测技术的研究,具体工作如下:
  1.研究了连续波多普勒雷达生命体征探测的基础理论和技术难点。通过对生命体征探测技术的调研,针对领域内的一个技术难点—探测零点进行了充分研究。分析两种生命体征探测结构(超外差结构和直接变频结构)的工作原理及优缺点,并用软件仿真了两种结构探测生命体征的情况。
  2.提出了一种新型的并发双频段混合下变频结构的收发机。设计了一个频率为2.05GHz和1.64GHz的双频段连续波多普勒雷达探测系统。在仿真软件中搭建了整个雷达收发机系统,模拟真实环境对系统方案进行验证。
  3.实现了并发双频段连续波雷达生命体征探测系统。主要包括射频收发机链路、微带贴片天线、基带信号的采集与处理等。实验表明,本文设计的生命体征探测雷达能够解决探测零点问题,并可以真实还原心肺信息,能够满足生命体征探测的需求,误差率为3.11%。
  4.针对不同应用场景,研究双频段探测雷达的性能。为了检测系统的实际应用情况,生命体处于运动后、障碍物遮挡等两种情景下进行生命体征的探测。探测结果表明,本文设计的雷达探测系统能够在上述两种环境中获取真实的心肺信息,误差率分别为4.43%和6.64%。
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