基于雷达的生命探测技术以雷达技术为基础，同时综合运用电子、生物医学工程、信号处理等技术，主要用于人体目标的识别、定位或成像。雷达发射的脉冲电磁波能穿透非金属的介质(砖墙、冰层、废墟等)，可以在不接触人体的情况下检测到人体的生命信号(呼吸、心跳、体动等)，从而判断是否有人体目标存在，进而对人体目标进行定位或跟踪。与光学、声学、红外等其他生命探测技术相比，基于雷达的生命探测技术具有非接触、距离远、穿透性等特点，可广泛用于医学监护、灾后搜救、穿墙探测、反恐斗争等场合。特别是在穿墙探测和灾后搜救等涉及国家核心利益的领域具有重大的实用价值。例如在反恐行动中，通过对建筑物内恐怖分子和人质人数目及位置以及室内建筑结构的探测，可以在最大程度地保障人质安全的情况下采取解救行动；在各类灾难发生后，对压埋在废墟中的幸存者进行探测搜寻，可以实现快速发现存活者，为救援行动争取时间，对保障人民群众的生命安全具有重要的意义。因此，研究和发展基于雷达的生命探测技术的研究已经得到世界各国的普遍重视，而其核心技术则受到各国的控制。　　基于雷达的生命探测技术一般采用窄带和宽带雷达系统，与传统窄带雷达相比，超宽带（UWB）雷达系统具有精确的距离测量能力和穿透障碍物后物体高分辨率成像能力等优势。UWB雷达发射的频谱很宽的电磁脉冲，可以满足穿透能力的要求；更重要的是UWB雷达所具有的距离分辨能力，使得对人体目标进行精确定位成为可能。因此，基于UWB雷达的生命探测技术已成为雷达式生命探测技术的研究热点。　　但是目前的大部分研究主要集中在提高探测人体目标探测及定位的准确度方面，而对于受困人体目标周围环境（即废墟）进行结构探测的研究尚未见报道。在灾后搜救中，如果可以在探测人体目标的同时，探测出人体目标周围废墟的结构，便可以根据废墟的结构制定出最优的救援计划，避免在救援过程中由于不合理或者进展缓慢的救援计划而导致对压埋者的二次伤害，从而在最短时间内，更有效地、更安全地对幸存者进行救援。具有很大的现实意义。但生命体目标和周围环境结构兼容探测具有相当的难度，有许多科学问题需要解决，首先：生命体探测是微动目标探测，而废墟结构探测是静目标探测，所以必须解决动、静兼容探测问题；其次与传统结构探测（如探地雷达）的情况不同，在灾后搜救情况下，由于现场的特殊条件限制，无法得到废墟的B型扫描雷达数据，只能在有限的几个点进行A型扫描，并且由于废墟结构复杂，先验数据缺乏，很大程度上增加了雷达数据解释的难度。　　课题组前期已建立了中心频率为500MHz的UWB雷达硬件实验平台，以及基于时域处理的人体呼吸运动信号提取算法和目标识别算法，基本实现了正常人体目标的探测和识别。但是，由于UWB雷达回波信号的较低的SCR（SNR这个关键因素，导致对人体目标探测和识别的准确率还不理想，因此进一步还需研究提高回波信号SCR（SNR）的新方法。在提高UWB雷达对人体目标的探测和识别能力的基础上，同时获取人体周围结构信息，并且对受困人体目标周围环境（即废墟）的结构探测进行探索性的研究。基于课题组现有的硬件实验平台，本文的工作主要分为以下两部分：　　（1）针对强背景杂波、噪声情况下的雷达回波数据，进一步研究UWB雷达人体呼吸运动回波信号及杂波、噪声的特点，研究UWB雷达回波数据的处理算法。通过信号处理的方法，提高人体呼吸运动信号的SCR（SNR），并进行利用基于人体目标呼吸运动特征的识别算法，在实验室条件下进行有效性验证。　　（2）研究分析人体目标压埋的废墟的结构特点，分析废墟的结构在雷达A型扫描回波信号中对应的特点，利用有限的先验知识，研究有效的信号处理步骤及相应的方法，以实现对废墟结构信息的准确探测，并且在实验室条件下利用搭建的模拟废墟环境进行了有效性验证。　　本文的主要结果和结论有：　　（1）在背景杂波消除过程中，针对普遍存在的线性趋势，线性趋势消除法可以有效地消除背景杂波，同时也更好地保持了人体呼吸信号的幅值和波形。　　（2）通过背景杂波消除、提升SCR（SNR）等处理可以有效地提取出人体呼吸运动信号。　　（3）废墟孔洞上界面在雷达回波A型扫描数据中的波形表现为与雷达发射脉冲相似，并且极性相反。这些特点可以被用来进行废墟孔洞上界面的识别。　　（4）探测定位得到的人体目标位置，可以作为废墟结构探测中的先验知识，用来计算出合适的增益，对雷达回波数据的进行衰减补偿，有效地对雷达远端回波数据进行适当放大，便可以识别出位于雷达远端的废墟结构在雷达回波中的体现。　　（5）通对衰减补偿后的雷达回波A型扫描数据进行稀疏脉冲反演，可以得到直观的废墟分层结构的界面信息。　　（6）在救援现场利用现有的UWB雷达，可以对空气由于湿度而改变的介电进行校正，进而更准确地估计出废墟结构信息。　　（7）基于现有的UWB雷达硬件实验平台，采用本文提出的在人体目标探测的同时进行废墟结构探测的方法，可以穿透厚度为1m砖混结构的废墟，实现废墟下高为0.8m的孔洞内平躺着正常呼吸的人体目标的探测，识别出废墟孔洞上界面，并最终估计出人体目标与孔洞上界面之间的距离。　　本文的主要创新点有：　　（1）提出了一种人体呼吸运动信号提取新算法，该算法通过线性趋势进行背景杂波消除，并在延迟时间方向及扫描时间方向进行双向滤波，从而有效地增强了UWB雷达回波信号中人体目标呼吸运动信号，达了人体呼吸运动信号提取的目的，有利于受困人体目标的识别。　　（2）首次提出了一种雷达回波衰减补偿算法，该算法在废墟结构探测过程中，利用人体目标位置作为先验知识，计算指数增益曲线，对雷达回波数据进行补偿，有效地实现了雷达远端回波数据的适当放大，使对位于雷达远端的废墟结构进行探测成为可能。　　（3）首次提出了使用UWB雷达进行动（人体表面微动）、静（废墟结构）目标兼容探测的方法，通过对人体目标呼吸运动的探测实现了动目标探测，同时通过衰减补偿、稀疏脉冲反演等算法得到了废墟分层结构直观的反射系数，实现了对废墟结构的静目标探测。并且针对实验室条件下的模拟废墟，首次实现在探测到人体目标的同时，估计得到了废墟的结构信息。