一种电磁波探测仪的收发模块的设计与研究

摘要

本文反映了“十一五”国家科技支撑计划（2006BAC13B04）：“现场灾情监控与救援装备研究”子课题“智能化电磁波生命探测技术与装备研发”项目组的部分工作成果，得到了成都理工大学郭勇教授、高嵩讲师和四川省地震局减灾救助研究所陈维峰高工、彭晋川副研究员的悉心指导和大力支持。 我国是全球大陆性地震最活跃、灾害损失最严重的国家之一,随着城市化进程逐步加快，地震灾害的潜在危险与日俱增，一旦发生破坏性地震，将造成人民生命财产的巨大损失。如何最大限度地减轻地震灾害造成的损失，是我国防震减灾工作的重要任务，其中抢救被压、埋人员，有效地减少人员伤亡同时保障救援人员安全是减轻灾害损失的首要任务，也是最能体现出减灾实效和社会显示度的关键环节。为此，利用先进的救援装备，快速搜寻到幸存者，提高紧急救援能力是减少灾害损失的重要措施，对于保护人民的生命，构建和谐社会，维护社会稳定等具有重要意义。 本课题研究的这种电磁波探测仪的设计理论主要基于多普勒原理，当发射的电磁波穿透一定障碍物接触到人体等生命体时候，反射的回波信号被生命体的生命活动(如呼吸、心跳、体动等)引起的微动调制，使得反射的回波信号的一些参数(如频率、相位)发生相应改变，把回波信号经过适当处理后能够从中提取出生命体相关的生命特征信息，从而在不接触生命体的情况下，可探测得知在废墟、瓦砾、建筑物等遮挡物下是否有活的生命体的存在。利用电磁波非接触式探测生命体的方法，克服了传统的探生设备容易受外界环境限制和干扰的缺点，抗干扰能力较强，适用于发生雪崩、塌方、地震等灾害后对受伤压埋人员的及时搜救，同时也可用于心理测评及反恐等领域。 这种电磁波探测仪主要由现场探测装置和远端测控PDA 两部分组成。现场探测装置包括集成的高频电磁波发射机和接收机和与之联结的收发一体化天线以及DSP、嵌入式系统和可充电的大容量锂电池电源。远端测控装置为搜救人员使用的手持式PDA，它可通过RS232接口或无线接口从现场探测装置获取数据，同时也能对现场探测装置进行控制。 电磁波探测仪的一体化收发模块将完成将1.728GHZ(L 波段)电磁波的发射与接收，是决定探测装备性能的重要部件，该部分设计为发射、接收一体化的模块结构，由发射电路和接收电路两部分组成，发射电路通过倍频产生所期望的1.728GHZ电磁波信号，并通过喇叭天线将电磁波辐射出去，同时接收回波信号，通过对回波信号中强杂波信号的分析设计接收电路，通过单片机C8051F021控制电路实现强杂波信号的对消，并在最优对消点上提取多普勒频移信号，并最终通过后端的信号处理模块提取生命特征信息。完成了对生命信号采集和处理的软硬件设计，达到了预期的指标和要求。同时简介了这种电磁波探测仪系统的后端模块：信号处理模块、PDA显示与控制模块、电源模块等。该系统集成度高、体积小、重量轻、易携带，具有良好的应用前景和实用价值。