基于FPGA的无线生命体征检测算法设计与实现(2)
用[15]
。心肺活动参数的异常变化往往伴随着人体健康危机的出现，另一方面，我们可以利用
心肺活动参数来判断由于地震等灾害导致的废墟中生命体的存在与否[4]
。因此，对人心肺活
动参数如呼吸心跳的数据获取无论是在医学还是灾害救援方面都有着非常重要的意义。
呼吸心跳数据可以利用接触生命体的电极或传感器来获取。目前常见的技术有温度检测
传感器法、压力检测传感器法、心电图、电阻式传感器法等[4]
。这些技术现在基本只应用于
医学治疗方面。其仪器虽然设计精度高，但其设计复杂，成本非常高，操作复杂并且大部分
体积庞大，机动性差，因此很难推广至家庭或个人健康护理等其他应用领域，更无法应用于
灾区生命探测[1]
。近年来，非接触式生命体征探测技术得到了广泛关注以及快速发展。
现如今，有许多非接触式应用技术来监测如呼吸心跳等生命体征，例如超声波探测技术、
激光探测技术、红外探测技术等。但这个探测技术都存在各自的缺点，超声波探测技术因利
用超声波而带来空间传播损耗大以及受环境干扰阻挡失效的问题；激光和红外探测技术常常
伴有遇物体阻挡失效及受温度影响严重的问题[1]
。而基于多普勒效应的雷达无线生命体征探
测技术无需借助电极或传感器等实物来接触生命体，可以穿透非金属物质在一定距离内探测
到生命体如呼吸和心跳等生命信号。
1.2 国内外研究现状
生命体征探测设备的研发已备受关注，一些发达国家，如美国、俄罗斯、日本等，不但
建立了国家资助和储备制度，并且已经在生命探测以及定位领域有了一定的成果及技术突破。
麻省理工著名物理学家大卫· 席思在2005年创造性地提出了将超宽带技术运用在生命检
测救生领域，这项全新的技术的提出，对于生命探测技术领域进行了一次革新，使得各项技
术指标与可获得的参数提高了一步台阶，也为多普勒雷达回波技术开辟了一条实际应用中的
广阔道路。
在2005年，美国超视安全系统公司采用了美国航空航天局指定的最先进的探地雷达天线
设计了雷达式生命探测系统的推出，该系统可以捕捉到非常微弱的运动。而在雷达式生命探
测技术出现之后，该项被誉为未来 30年科技界最酷的发明之一。近年来，军事冲突、暴恐活
动及自然灾害频发，如何非接触、远距离穿透探测生命信号，实施精确救援，成为战时保战
斗力、平时保群众安危的关键所在。为解决公共安全领域的这一世界级难题，当代许多发达国家都先后投入大量的人力、物力和财力。我国从 1998 年开始，第四军医大学生物医学工程
系教授王健琪率先提出了“生物雷达”概念，首次提出了设计心跳、呼吸、体动等生命参数的
雷达式非接触检测技术；融合雷达技术和生物医学工程技术，建立了呼吸、心跳等生理活动
所引起的人体表面微动与雷达回波参数间的数学模型，研制出我国首台能够检测超低频生命
参数的雷达式生命探测仪。该技术可取代传统的接触式传感器方式，可广泛用于临床上特殊
病人护理及监护、科学研究中人体生理、心理和行为的检测和评估、地震等灾害发生后幸存
人员的搜寻等，在军事和民用等领域有不可替代的广泛应用前景。
1.3 本文研究的主要内容
本文首先简单介绍了基于多普勒原理的连续波生命体征探测雷达的工作原理，推导了相