CN103076598B - 一种用于烟雾对雷达生命探测信号影响研究的实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于烟雾对雷达生命探测信号影响研究的实验装置，该实验装置包括：激光反射柱（1）、激光发射接收柱（2）、第一激光反射镜（3）、第二激光反射镜（4）、激光发射器（5）、激光接收器（6）、烟雾出口（7）、烟雾浓度控制箱（8）、烟雾（9）、人体心跳或呼吸仿真器（10）、超宽带天线（11）、天线连接线（12）和装置支架（13）。本发明可以用于研究不同光学密度的烟雾对雷达生命探测信号的影响。

Description

一种用于烟雾对雷达生命探测信号影响研究的实验装置

技术领域

本发明属于火场雷达生命探测技术领域，尤其涉及一种用于烟雾对微波生命探测回波信号影响研究的实验装置

背景技术

目前，雷达生命探测仪主要采用多普勒频移检测人体的呼吸和心脏跳动频率，进而判断是否有存活的生命体，再通过回波的相移计算出人体的位置，这项技术只能在理想环境下使用才能准确的探测到生命体，无法在复杂的干扰环境下进行生命体探测；要想在火灾现场使用雷达生命探测仪进行人员搜救，必须先进行火场中烟雾对雷达生命探测信号影响研究，只有掌握了烟雾对雷达生命探测信号的影响规律，才能从根本上解决雷达生命探测技术在火灾中的适用性问题。

随着雷达生命探测技术、机电一体化技术及火灾理论的不断发展，使得解决以上问题成为可能。

发明内容

本发明的目的是为研究烟雾对雷达生命探测信号影响提供实验装备。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种用于烟雾对雷达生命探测信号影响研究的实验装置，该实验装置包括：激光反射柱、激光发射接收柱、第一激光反射镜、第二激光反射镜、激光发射器、激光接收器、烟雾出口、烟雾浓度控制箱、烟雾、人体心跳或呼吸仿真器、超宽带天线、天线连接线和装置支架；

其中，所述的激光反射柱、激光发射接收柱、第一激光反射镜、第二激光反射镜、激光发射器、激光接收器、烟雾出口、烟雾浓度控制箱和烟雾构成烟雾发生机构；激光发射器发射红外波段的光穿过烟雾依次经过第一激光反射镜和第二激光反射镜将信号反射到激光接收器，根据光学密度计算公式（1）计算出烟雾的光学密度，如果该光学密度低于或者高于设定值，则通过烟雾浓度控制箱内的自动控制系统调节烟雾出口的烟雾密度，使输出密度值与设定值保持一致，即保持雷达生命探测信号干扰源稳定；

$D=10\·\log \left(\frac{U}{U_0}\right)---\left(1\right)$

式中，D为光学密度(dB)；U₀为无烟雾时激光接收器接收到的光强(W/m²)；U为有烟雾时激光接收器接收到的光强(W/m²)；

其中，所述的人体心跳或呼吸仿真器、超宽带天线、天线连接线和装置支架构成雷达生命探测信号采集机构；天线连接线接收数据采集板发送的连续雷达脉冲信号，经超宽带天线发射X和L波段的可调电磁波，电磁波穿过烟雾到达人体心跳或呼吸仿真器，电磁波与心跳或者呼吸信号叠加的回波返回时穿过烟雾到达超宽带天线，再经天线连接线将回波信号发送到数据采集板。

其中，人体心跳或呼吸仿真器包括：模拟胸腔、控制器、开关、天线和电动液压泵，模拟胸腔使用硅胶软体材料；电动液压泵连接模拟胸腔；打开电源开关即可开始工作，通过控制器可以用无线射频天线实时的调整仿真器参数；控制器控制电动液压泵使模拟胸腔扩展和收缩，实现人体心跳或呼吸仿真的效果。

由于采用了以上的技术特征，本发明可以用于研究不同光学密度的烟雾对雷达生命探测信号的影响。

附图说明

图1为用于烟雾对雷达生命探测信号影响研究的实验装置结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明做进一步详细描述：

图1为用于烟雾对雷达生命探测信号影响研究的实验装置结构示意图。该实验装置包括：激光反射柱1、激光发射接收柱2、激光反射镜3和4、激光发射器5、激光接收器6、烟雾出口7、烟雾浓度控制箱8、烟雾9、人体心跳或呼吸仿真器10、超宽带天线11、天线连接线12、装置支架13等。

其中，激光反射柱1、激光发射接收柱2、激光反射镜3和4、激光发射器5、激光接收器6、烟雾出口7、烟雾浓度控制箱8、烟雾9等构成烟雾发生机构。激光发射器5发射红外波段的光穿过烟雾经过激光反射镜3和4将信号反射到激光接收器6，根据光学密度计算公式：

$D=10\·\log \left(\frac{U}{U_0}\right)$

式中，D为光学密度(dB)；U₀为无烟雾时光电接收器接收到的光强(W/m²)；U为有烟雾时光电接收器接收到的光强(W/m²)。计算出烟雾的光学密度，如果密度低于或者高于设定值，则通过烟雾浓度控制箱8内的自动控制系统调节烟雾出口7的烟雾密度，使输出密度值与设定值保持一致，即保持雷达生命探测信号干扰源稳定。

其中，人体心跳或呼吸仿真器10、超宽带天线11、天线连接线12、装置支架13等构成雷达生命探测信号采集机构。天线连接线12接收数据采集板发送的连续雷达脉冲信号，经超宽带天线11发射X和L波段的可调电磁波，电磁波穿过烟雾9到达人体心跳或呼吸仿真器10，电磁波与心跳或者呼吸信号叠加的回波返回时穿过烟雾9到达超宽带天线11，再经天线连接线12将回波信号发送到数据采集板。人体心跳仿真器输出信号为Y(t)=r₁*A*sin(r₂*2pft+j)，其中r₁，r₂，A，f，j分别为可调参数r₁,r₂，取值范围为（0～1），幅度A，取值范围为（0～2cm），频率f,取值范围为（0～3Hz），相位j，取值范围为（0～360°），人体呼吸仿真器输出信号为Y(t)=r₁*A*sin(r₂*2pft+j)，其中r₁，r₂，A，f，j分别为可调参数r₁,r₂，取值范围为（0～1），幅度A，取值范围为（0～5cm），频率f,取值范围为（0～2Hz），相位j，取值范围为（0～360°）。

人体心跳或呼吸仿真器10具有频率和幅度随时间变化功能和无线射频参数设置功能，能更加真实地仿真人体心跳且调节参数更加方便。

人体心跳或呼吸仿真器10可以采用模拟人体心跳或呼吸的仿真器结构，该仿真器包括：模拟胸腔、控制器、开关、天线、电动液压泵。模拟胸腔使用硅胶软体材料；电动液压泵连接模拟胸腔；打开电源开关即可开始工作，通过控制器可以用无线射频天线实时的调整仿真器参数；控制器控制电动液压泵使模拟胸腔扩展和收缩，实现人体心跳或呼吸仿真的效果。

模拟人体心跳或呼吸的控制器的硬件包括：天线、电动液压泵、状态指示灯、EEPROM、蜂鸣器、电源监测、锂电池、CC430微处理器。CC430微处理器输出控制信号使电动液压泵按照预定的频率和幅度工作；天线用于接收参数设置信号和发送电源报警信号；EEPROM用于存储设置参数；电源监测用于监测仿真器电源状态，电压低时发出报警信号；指示灯和蜂鸣器用于电源指示和电压低报警；锂电池参数为5V，5000mAh可充电电池。

模拟人体心跳或呼吸的控制器中CC430微处理器输出控制信号为Y(t)=r₁*A*sin(r₂*2pft+j)，其中r₁，r₂，A，f，j分别为可调参数（0～1），幅度（0～2cm），频率（0～3Hz），相位（0～360°），这些参数可以通过无线射频天线进行设置，用于控制模拟胸腔的收缩和扩张。

本发明提供的用于烟雾对雷达生命探测信号影响研究的实验装置，可调节烟雾浓度、人体心跳或者呼吸仿真信号和电磁波波长，结构简单、操作方便，在雷达生命探测仪研究中具有广泛的应用价值。

以上公开的仅仅是发明的较佳实施例，但并非用来限制其本身，任何熟悉本领域的技术人员，能思之变化，在不违背本发明精神的情况下，都应该落在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种用于烟雾对雷达生命探测信号影响研究的实验装置，其特征在于，该实验装置包括：激光反射柱(1)、激光发射接收柱(2)、第一激光反射镜(3)、第二激光反射镜(4)、激光发射器(5)、激光接收器(6)、烟雾出口(7)、烟雾浓度控制箱(8)、烟雾(9)、人体心跳或呼吸仿真器(10)、超宽带天线(11)、天线连接线(12)和装置支架(13)；

其中，所述的激光反射柱(1)、激光发射接收柱(2)、第一激光反射镜(3)、第二激光反射镜(4)、激光发射器(5)、激光接收器(6)、烟雾出口(7)、烟雾浓度控制箱(8)和烟雾(9)构成烟雾发生机构；激光发射器(5)发射红外波段的光穿过烟雾依次经过第一激光反射镜(3)和第二激光反射镜(4)将信号反射到激光接收器(6)，根据光学密度计算公式(1)计算出烟雾的光学密度，如果该光学密度低于或者高于设定值，则通过烟雾浓度控制箱(8)内的自动控制系统调节烟雾出口(7)的烟雾密度，使输出密度值与设定值保持一致，即保持雷达生命探测信号干扰源稳定；

$D=10\·\log \left(\frac{U}{U_0}\right)---\left(1\right)$

式中，D为光学密度，单位为dB；U₀为无烟雾时激光接收器(6)接收到的光强，单位为W/m²；U为有烟雾时激光接收器(6)接收到的光强，单位为W/m²；

其中，所述的人体心跳或呼吸仿真器(10)、超宽带天线(11)、天线连接线(12)和装置支架(13)构成雷达生命探测信号采集机构；天线连接线(12)接收数据采集板发送的连续雷达脉冲信号，经超宽带天线(11)发射X和L波段的可调电磁波，电磁波穿过烟雾(9)到达人体心跳或呼吸仿真器(10)，电磁波与心跳或者呼吸信号叠加的回波返回时穿过烟雾(9)到达超宽带天线(11)，再经天线连接线(12)将回波信号发送到数据采集板。

2.根据权利要求1所述的一种用于烟雾对雷达生命探测信号影响研究的实验装置，其特征在于，该人体心跳或呼吸仿真器(10)包括：模拟胸腔、控制器、电源开关、天线和电动液压泵，模拟胸腔使用硅胶软体材料；电动液压泵连接模拟胸腔；打开电源开关即可开始工作，通过控制器可以用无线射频天线实时的调整仿真器参数；控制器控制电动液压泵使模拟胸腔扩展和收缩，实现人体心跳或呼吸仿真的效果。