一种超宽带微波混沌生命探测雷达装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种生命探测雷达装置，尤其是一种兼备探测人体生命特征信息和距 离信息的超宽带微波混沌生命探测雷达装置，可用于灾害救援。
【背景技术】
[0002] 我国是世界上大陆地震最活跃、地震灾害最严重的国家之一。自2008年以来，大 型地震频繁发生，给国家带来巨大的经济损失和人员伤亡，如2008年的汶川大地震，2010 年的玉树大地震，2013年的雅安大地震，2014年的新疆于田大地震。及时对被困人员进行 定位和救助是灾后的首要任务。生命探测仪能够探测到被掩埋在废墟下的幸存者，是灾害 救援技术中的关键。其中，雷达式生命探测仪相对于红外线、X射线和超声波生命探测仪，具 有穿透能力强、定位精确、不受天气温度等环境因素影响等特点，受到越来越广泛的应用。 在民政部国家减灾中心2009年汶川地震救灾救援工作研宄报告中，生命探测雷达等设备 与技术的运用提高了救援工作效能，缩短了救援时间。因此对雷达式生命探测仪的研宄对 提高我国应急救援能力、确保人们生命安全等具有重要意义。
[0003] 早期的生命探测雷达的发射信号体制一般采用单频连续波信号，该信号稳定，可 获得较高的信噪比，且系统结构简单，但该体制无法对目标进行定位，无法实现成像。于是， 超宽带信号体制被引入。超宽带（Ultra-wideBandwidth，UWB)的概念是在1991年美国 新墨西哥州的加州大学LosAlamos(洛斯阿拉莫斯）国家实验室召开的UWB雷达会议上 提出的。当雷达发射信号的分数带宽（FBWfractionalBandwidth)大于0. 25时，被认 为是UWB雷达。UWB雷达具有穿透能力强，距离分辨率高，杂波抑制能力强，能够对目标进 行定位成像等优点，此外，UWB信号比单频连续波信号在回波信号中可携带更多的目标信 息，对于检测生命体的呼吸、心跳频率信号是非常有利的，因此，UWB生命探测雷达在灾害救 援领域受到广泛关注。
[0004] 在雷达设计中，雷达发射的波形决定了雷达体制、信号的产生设计和最佳接收信 号处理方法等。现有的UWB生命探测雷达按发射波形又可分为冲激脉冲式、线性调频连续 波式、步进频率连续波式和随机噪声式四种，各有优缺点。其中，随机噪声雷达由于发射信 号是连续的随机信号，具有较高的抗干扰能力和杂波抑制能力，将其用于灾后废墟等复杂 环境中，具有很大优势。
[0005] 混沌信号是确定性系统产生的类噪声信号，相比于随机噪声信号，混沌信号在本 质上的确定性，使得混沌雷达波形的产生系统简单、统计特性及轨迹容易控制；混沌信号本 身的强抗干扰、不可复制、频谱特性易于控制等常规系统无法兼备的特性，使它有十分优良 的低截获概率和抗干扰特性；由于混沌信号对系统内在参数的敏感性，能实现"多用户"的 属性；同时其模糊函数为理想的"图钉型"使得它具有无模糊测距、测速性能和良好的距 离、速度分辨率。因此，基于混沌信号的超宽带雷达成为新体制雷达的研宄热点。
[0006] 2004年，加州大学洛杉矶分校的刘佳明等人利用半导体激光器产生的混沌激 光，经光电转换后作为雷达发射信号，用于空间目标测距（IEEEJournalofQuantum Electronics, 40(6)， 815-820， 2004 和IEEEJournalofQuantumElectronics, 40(6)，682-689，2004);2007年到2010年，浙江大学的史治国等人研宄了Colpitts电路 产生的混纯信号作为雷达信号的抗干扰能力（ProgressInElectromagneticsResearch, 77，1-14，2007)，并将其运用于目标测距的仿真和实验（ProgressInElectromagnetics Research, 90, 15-30, 2009 和JournalofElectromagneticsWavesand Application, 24，1229-1239，2010) ;2008年以来，太原理工大学的王云才课题组对混 沌激光雷达抗干扰性能进行了分析(红外与激光工程，36(zl)，214-218，2007和中国激 光，38(5)，0514002，2011)并将其应用于多目标测距（ChineseOpticsLetters, 11， 868-870，2008)和汽车防撞（中国激光，36(9)，2426-2430，2009)等领域。这些混沌雷 达均是将混沌信号直接作为雷达信号，称为混沌直接雷达。此外，加拿大麦克马斯特大学， 国内南京理工大学、南京航空航天大学、电子科技大学、西安电子科技大学、桂林电子科技 大学、北京航空航天大学等科研院校的研宄者将混沌信号作为调制信号对连续波或脉冲信 号进行调制后作为雷达发射波形，称为混沌调制雷达。目前基于混沌直接雷达或混沌调制 雷达探测人体呼吸、心跳等生命特征的雷达系统尚未有文献报道。
【发明内容】
[0007] 本发明所要解决的技术问题是：如何迅速探测到被困人员的生命特征信息和距离 信息，并确保获得厘米级的高距离分辨率。
[0008] 本发明所采用的技术方案是：一种超宽带微波混沌生命探测雷达装置，包括第一 信号发生器、第一功分器、混频器、功率放大器、超宽带发射天线、超宽带接收天线、低噪放 大器、I/Q解调器、第二信号发生器、第二功分器、压控移相器、可调衰减器、固态微波传感 器、第三信号发生器、锁相放大器、信号采集处理模块，第一信号发生器是超宽带混沌电路 产生超宽带混沌信号，经第一功分器分为两路信号，一路输入到混频器与频率为的本振 信号进行上变频，经功率放大器放大后由超宽带发射天线发射，另一路输入到信号采集处 理模块，超宽带接收天线接收到的回波信号经低噪放大器放大后，输入到I/Q解调器与频 率为的本振信号进行解调，然后进入信号采集处理模块，并与第一功分器直接传来的信 号做互相关运算，计算出第一探测信号经由目标反射的往返时间，从而获得人体目标的距 离信息，第二信号发生装置产生频率为的本振信号，经第二功分器分为三路信号，一路输 入到混频器，一路输入到I/Q解调器，一路输入到压控移相器与第三信号发生器所产生的 频率为A锯齿波频作用后输入到可调衰减器，然后与谐振频率为匕的固态微波传感器接收 到的回波信号进行干涉，输出的下变频信号进入锁相放大器与第三信号发生器所产生的锯 齿波进行检波，输出信号到信号采集处理模块，获得人体的生命特征信息。固态微波传感器 是谐振频率量级在GHz的开口环谐振器。
[0009] 超宽带发射天线发射的超宽带微波混沌信号穿过障碍物到达被困人员后，经被困 人员反射，回波信号由超宽带接收天线接收并与发射信号进行互相关运算，计算出发射信 号经由被困人员反射的往返时间，从而获取被困人员距离信息；由固态微波传感器接收并 通过后续信号处理获取被困人员的呼吸和心跳等生命特征信息。
[0010] 所述发射端是由超宽带混沌电路（第一信号发生器）产生超宽带混沌信号，经第 一功分器分为两路信号，一路为探测信号，一路为参考信号。探测信号输入到混频器与频率 为f〇的本振信号进行上变频，经功率放大器放大后由超宽带发射天线发射；参考信号直接 输入到信号采集处理模块进行采集和处理。
[0011]所述接收端包括功能不同的两路接收装置，一路用来探测人体距离信息：超宽带 接收天线接收到的回波信号经低噪放大器放大后，输入到I/Q解调器与频率为的本振信 号进行解调，然后进入信号采集处理模块进行采集，并与参考信号做互相关运算，计算出探 测信号经由目标反射的往返时间，从而获得人体目标的距离信息并显示；另一路用来探测 人体呼吸、心跳等生命特征信息：信号发生器I(第二信号发生器）产生的本振信号经第二 功分器、压控移相器和可调衰减器，与谐振频率为&的固态微波传感器接收到的回波信号 进行干涉，输出的下变频信号进入锁相放大器，与频率为^的锯齿波信号进行检波，然后进 入信号采集处理模块，获取反映参考信号与回波信号差异的幅