隔墙探人技术.doc

隔墙探人技术姓名：姚鹏城 学号：912108320220 研究背景 一般的光电设一备，诸如可见光、红外和微光夜视设一各都可以用来探测人员的位置。但这些设备不能探测隐藏在棍凝土墙、金属门等遮蔽物后而人的位置。在城市巷战和反恐、防暴等特殊行动中，能否洞察先机，有效探测房间内或墙壁后的敌方目标位置等信息将对行动结局产生较大影响。受城市巷战和反恐、防暴等需求的强烈牵引，现代隔墙探人技术获得了飞速发展。 穿墙雷达是拓展人类视野的一大利器，是一种对不透明介质后进行探测的典型系统，在军事，反恐，灾难救援等方而有其独特的优势及应用前景。 军事:城区巷战中探测隐藏在建筑物内的敌军，在野战中，探测障碍物后有无敌军，对战场救护其埔助作用，特别实在伊拉克.I争之后，各国越来越多清楚的认识到城区巷战已成为米来的一种重要形式，如何在城区想战中提高作战人员对周边环境(建筑物、堡垒和地下掩体等)的态势感知、侦杳与探测的能力己成为各国军队的迫切需要。 反恐:反恐人员利用穿墙雷达对建筑物内的恐怖分子和人质进行探测、定位、跟踪和状态分析。随着反恐斗争的不断深入，能否有效地对隐藏在建筑物内的恐怖分子和人质进行精确定位将很大程度上决定了人质营救以及反恐的成功率。 警戒;对米经许可入侵人员的探测，事先报警，可以有效防止重要物品丢失。 女检:对危险物品的远距离探测，一可以解决很多情况下不便进行近身探测的矛盾。 救灾:灾害废墟人员的搜索与救援，通过对废墟进行生命的探测与生命迹象的定位等可以省去很多不必要的挖掘，为受灾者赢得更多的时间和抢救机会，在5_12汉川地震”中，穿墙雷达发挥了极其重要的作用。 因此，穿墙雷达相关技术的研究无论在军事还是民事领域都其有重要的现实意思。主要隔墙探人技术 日前己研制出基于雷达探测、静电场和超低频电磁能等原理的多种隔墙探人系统。隔墙探人技术已被美军应用于伊拉克城区巷战，犹如十兵长了第三只眼，能较早地发现隐蔽在墙后的敌人，极大提高了十兵的侦察和生存能力。雷达探人技术 20世纪80年代，美国等国开始研究宙达探人系统。这类系统主要用于探测隐蔽物、废墟和建筑物中的人员。通常由雷达前端、信号处理及显示系统等部分组成.属于非接触、无约束、无损伤探测装置。其原理是:利用雷达发射电磁波穿透墙壁等介质照射到人体目标，对其生命体征(如呼吸、心率等)进行无约束的定向探测;雷达接收机接收到含有人体生命信息的反射波后解调、放大和滤波，送至信号处理机分析，从而发现生命体的存在。超宽普雷达隔墙探人技术 超宽普雷达又称超宽带雷冲激雷达、无载雷达、.非正弦波雷达。具有很大的相对带宽。是雷达生命信号探测技术的最新研究成果。其原理与连续波雷达的原理有所不同，它以脉冲形式的微波束穿透墙壁照射人体，由于人体的生物活动(比如呼吸、心跳、肠蠕动等)的存在.使得被人体反射后的回波脉冲序列的重复周期发生变化，而回波脉冲信号的重复周期与人体生命的活动速度和频率有关。如果对该脉冲序列(携带有与被测人体生命运动相关的信息)解调、积分、放大、滤披，再送入计算机数据处理和分析，就可以得到与被测人体生命体征相关的参数(如呼吸、心跳等)，从而探测到墙壁后的人员目标。与早期的生命信号探测系统相比，已具有穿透能力强、作用距离精确、抗干扰能力强(不受环境温度、热物体和声音干扰的影响)、探测灵敏度高(可以探测到包括侧卧、俯卧等情况日人员的生命特征)和具有多目标探测能力等优点。正因为超宽普雷达隔墙生命探测系统其有以上独特优点，使它在生命探测领域具有更广阔的应用前景。静电场生命隔墙探人技术 此系统利用人体能够产生静电场以及两个极性相反的静电场之间存在吸引力原理设计而成。这种“探人器”可提高城区作战人员的感知、侦察和生存能力，能探测到工20-40米距离内位于墙后的目标。 超低频电磁能隔墙探人系统 此系统利用人体心用L跳动产生的超低频电磁能技术，采用被动_下作方式。_下作时不发出声:,_，不仅不会被对方发现。而且还可以穿过金属、墙壁、沙地和深水确定人的准确位置。偏振滤波器可以滤掉到达这种小型手持j弋装置的其他杂乱信一号.使得该装置只对环绕着一个活人的全方位30度发出的仁均匀超低频电磁脉冲有反应。能有效区分人和灵长类动物所产生的超低频信号。探测与识别能力很强，可谓独具慧眼。由于具有这种独特功能，该装置还可被用于探测入侵者、恐怖分子及其他暴徒。最新型号的”生命卫十”系统，在无混杂信号的环境下探测距离可达i00米。 热像仪式隔墙探人系统 200年，俄岁斯研制成功了一种亚毫米波热像仪。亚毫米波是指波长为0. 35l-1毫米的电磁波。虽然仍属于热波，但其性能较为独特，可以穿透普通红外线所不能穿透的墙壁等障碍物。该系统利用照相平板印刷技术将普通的半导体材料砷化稼做成饼状的分层结构。从而使电子只能在每层砷化稼的封闭空间内运动。如此设计可以俘获障碍物后目标所发出的亚毫米波，将其转换成电子信一号井迸一步转换成图像。就可以观测到墙壁等障碍物后的员或物体。当隐蔽物体发出的亚毫米波过一于微弱时，热像仪还可主动发射电磁波，从而通过物体反射回来的电磁波进行成像探测。试验表明，该热像仪可探测到较厚墙壁后的人员目标。除运用于军事领域以外，该系统还可应用于医疗、安检以及建筑等领域。借助热像仪的帮助，医生不用直接接触病人身体就一可得知病人何处体温高、何处引发炎症;保安可用其检测到恐于隔分子掩藏在衣服或行李h而的武器和爆炸物;建筑_1_程师可用热像仪监测混凝土建筑中钢结构的情况，等等。国外研究动态 对穿墙雷达的研究是从二十世纪九十年代才兴起的，经过二十多年的发展已经逐步形成了以射频技术(RF ),超声波( Acoustic )技术、X射线技术、红外线技术等技术为主要手段的穿墙探测方法，基于各种技术的样机有的己经开发出来，有的已经进入实用阶段。 目前，国外国外距又常重视穿墙雷达技术的研究，其中以关国、加拿大、俄罗斯、以色列等为典型代表。他们已经在穿墙技术取得突破性进展，各种样机、实验系统以及普及了的!I=常成熟的系统己经出现了。下而列出集中典型代表:美国“手电筒式雷达”美国佐治亚技术研究所利用雷达生命特征信号监测技术，研制出的“手电筒式雷达”(因其外形类似手电筒向得名)，可探测由于心跳或呼吸产生的人胸部的微小运动(只要隐藏者胸部有几厘米的运动就能被探测到，并其有自动识别人体功能。“手电筒式雷达”系统可探测到位于毛水泥墙、木墙、钢门以及树丛后的人员，探测距离3一5米，穿透23米实体砖墙后可探测10米以内的人员目标。该装置日前只能固定使用。 美国的“隔墙探人器” 美国为其特种兵生产的隔墙探人器。该系统重o. 5丁于克。用9伏电池供电，可用3大，在风速小于9米/秒条件均能正常可靠使用。已主要由一个模块化的大线阵列构成，其中包括角反射器、引向器和放大器。使用时，只需手持该装备指向可疑方向，井对四周扫描，当扫描到人体信号时，“探人器”的静电场与人体静电场产生弓力，将“探人器”大线拉向静电场最强的方向。这个方向就是敌人隐藏的方向。试验表明，该系统的探测距离与遮蔽物性质和操作手的变动有关。试验显示当被探测人员在遮蔽物如墙壁后而时，探测距离仅比无遮蔽物时降低10%20%由于每人产生的静电场不同，其探测效果也会略有差别。“探人器”还可以根据需要定制，用于探测其他有生命和无生命的目标。 美国的Xaver800 美国CAMERA公司开发的Xaver800是一款利用雷达3D成像技术的穿墙探测雷达，其能够对人物、犬类等进行高分辨率实时 3D成像，最终给出目标个数，方位，更能对房间的形状(包括地板、大花板、桌子等固态静止物体进行3D成像，更能养出来目标正在做什么事情。比如，能够清晰的肴到一位人质坐在椅子上，其中一个恐怖分子，正用枪指着他的头。 Xaver800仅重15kg,47 X 47 X 15cm大小，一个成年人就能一非常轻易的搬走，井且前而的大线部分和后而处理显示部分可以直接连起来，也可以通过最长不超过30m的电缆来连接方便远程操控。厂作时可以放置在离墙最远8m趾离的任何位置上，当然离墙稍远效果更好。其早期产品与2(1(17年进行入市场，现在已经在多个国家的军队、执法机构装备。 英国的穿墙雷达 而英国剑桥大学在2(103年就已经推出其第一款穿墙雷达，该雷达的带宽为20GHz，能够在穿透40cm厚的墙体后探测达15m远的距离，在2005年，剑桥大学又推出一款名为Prism200的穿墙雷达，该雷达已经其备三维成像能力，是当今主流穿墙雷达产品的代表之一。 美国的Radar Vision系统 美国的Time Domain公司 199年推出了他们的第一款穿墙雷达Radar Vision 1000,它采用超宽带技术和一发一收大线，系统L.作时，雷达依靠硅一锗专用集成电路构成的时间芯片发射和接收脉冲，并有相关芯片将脉冲积聚成波形，经处理器分析后最终在显示器上以红色暗影的形式，将墙壁另一侧的目标显示出来。可穿透一般墙壁，但只能提供距离维信息。直到2002年，该公司又推出了Radar Vision 1000的升级版一RadarVisionZ000,己采用了收发大线阵列，可实现二维成像。在Radar Vision系列的基础上，该公司继续推出了Solid Vision系列，其中的SVZOOOA 1就是一种编写超宽带雷达。但但其探测距离不够理想，血且分辨率不高。 俄罗斯的“RASCAN”系统 俄罗斯的Remote Sensing Lab设计了“RASCAN”系统，其工作频率在1 -10GHz，可以远距离探测10m厚混凝土墙壁后的活动目标。国内研究动态小于1D千克。电池(可充电)供电可连续上作两小时。 电子科技大学从2015年开始展开了对穿墙雷达的探索研究，经过几年的努力和大量的实验，现已经生产了步进频超宽带穿墙雷达样机，该雷达_!_作在1-20GHz能穿透40cm厚的一般水泥墙，实时给出目标的个数，方位，距离信息，实现目标跟踪成像等，有效探测距离可达15m。 南京理工大学根据穿墙生命探测的特点，提出了基于正弦调制，扩频连续波体质的穿墙探测方案，研制完成了该探测器的实验系统，并且进行了相关实验研究。 国防科技大学对穿墙雷达回波进行了建模，提出了基于小波变换的方法对雷达信号进行处理，井采用超宽带冲击波体质，对于金属墙壁后的人体目标进行检测，探测距离35米。 另外中国电子科技集团公司第三十八研究所也在积极进行穿墙雷达相关研究，目前已经取得相当的成绩。发展现状 穿墙探测在日前来说，是一个非常有前景但也颇具挑战性的问题。前景在目前很多场合都迫切需要一种设备能够实时准确地发现障碍物后而感兴趣的目标，井且这种信息越来越细节越好，然而，虽然理论土利用回波来探测一可行的，实际上由大气种种因素，如环境因素、空气湿度、墙体厚度、墙体结构、墙体材料等得限制，大大增加了穿墙探测的难度。 穿墙探测本身就是一个比较难得问题，因为墙体的厚度、材料、温度、湿度等环境因素丁变万化，要在如此复杂的一个背景下而提取出人们感兴趣的信息本身就很团难，想要精确提取更难，这份致了基于气多种技术手段的穿墙雷达的产生，比如超声波、毫米波、X射线、红外线等技术，以用来对付不同环境下的千扰，适用于不同环境。这虽然为穿墙雷达提供了部分解决思路和技术途径，然而这些技术本身也存在这样那样的不足，例如:超声波雷达的传感器特别容易受温度、湿度和噪声的影响，穿透性能很差;毫米波雷达虽然对一些一非金属介质如塑料、木板等有一定的穿透力，但对于国内非常普遍的混凝土和砖块结构的墙穿透效果很差;x射线虽有较强的穿透能力，但对人体有害，会威胁到人类的健康。所以超宽带雷达在穿墙探测方而就脱颖而出:一方而其发射的超宽带信号具有高的距离分辨率，有利于目标的检测和定位;另一方而其发射的超宽带信号具有相对较低的上_作频率，而且带宽很宽，所以该频段的电磁波可以穿透多种类型的墙壁，能够保证雷达在有较强的穿透能力的同时还具有较大的作用距离，其有独特的优势。发展趋势 穿墙雷达最近几年的主要发展趋势还是向小型化，便携式，低能耗，易使用，多功能方而发展最小的穿墙雷达小到如手电筒大小。其系统模式主要由大线、收发信机、数据采集(ADC),数据处理C D5P )、显控平台(ARM )组成，其中现场可编程门阵列(FPGA )因其灵活、高速、兼有ASIC和DSP的优点，越来越受到人们的青睐。同时，