面向矿山救援的UWB雷达生命信息识别研究现状与展望

超宽带(UWB)雷达可穿透煤岩等非磁性介质,实现坍塌物后人员生命信息探测。因矿井环境复杂,加载生命体征信号的UWB雷达探测回波易被环境噪声、杂波信号干扰,且人体目标信息识别困难。介绍了UWB雷达生命探测系统原理及其在矿山救援中的应用。从UWB雷达生命信息提取、动静态人体目标识别和生命体量化3个方面,对UWB雷达生命信息识别研究现状进行了归纳。指出目前UWB雷达生命探测技术在矿山救援领域应用存在的问题:①针对井下坍塌环境中非平稳信号与环境噪声等的滤除方法研究较少。②针对运动(或微动)目标姿势、行为、生命状态等信息的提取与表征方法有待改进,人体生命信息识别模型尚未完善且模型间特征关联性较低。③针对多目标产生的“混叠”问题缺乏解决方案。对面向矿山救援的UWB雷达生命信息识别研究方向作出展望:①不断优化多类矿山灾变环境的噪声与杂波自适应滤除方法。②构建适用于矿山救援领域的人体生命信息识别模型。③进一步提高对矿井遮蔽物后多目标的量化能力。④深入探究UWB雷达最佳探测频段确定方法。

面向钻孔救援的超宽带雷达技术研究现状与方向

针对目前基于视音频的钻孔生命信息识别技术在矿山救援过程中所面临的视频遇障失效和声波衰减速度快的问题,研究了能穿透煤岩体、砖墙等障碍物进行非接触式测量,实现生命信息识别的超宽带(UWB)雷达技术。从UWB电磁波的传输衰减特性、杂波的滤除与优化、目标生命识别方法3个方面分析了UWB雷达技术在矿山钻孔救援中应用的现状和存在的问题:①UWB电磁波可对障碍物后人员生命信息进行识别与定位,其衰减与电场强度、磁场强度、频率和介质有关,但目前针对UWB电磁波传输衰减特性的研究缺乏对不同温度、探测频率、变质程度下各种煤岩体与UWB电磁波传输衰减之间的关系研究,对UWB电磁波的频率、入射角、极化形式等关键参数及变化特征与UWB电磁波衰减的关系研究较少。②采用经验模态分解法、MUSIC算法等方法可以对UWB电磁波中的杂波进行滤除,但缺乏对杂波滤除后有效波特征和信息的准确提取和科学表征,难以提高生命信息特征提取与识别的速度与精度。③UWB电磁波可以实现对障碍物后多目标人员生命体征如呼吸或心跳的捕捉,采用多雷达观测点可以提高低信噪比环境下生命信息探测的准确性,但目前的研究缺乏对呼吸、心跳、胸腔起伏、体温等多方位、多角度的系统识别与量化分析,缺乏对生命信息识别模型的优化方法。针对存在的问题,指出了UWB雷达技术在矿山钻孔救援应用中的研究方向:①研究不同条件下各煤岩体自身性质和电磁波相关参数对UWB电磁波在煤岩体中传输衰减的影响,得出其传输衰减规律。②研究适用于矿井环境下杂波的滤除优化与回波特征提取算法,利用回波中的有效特征建立学习样本数据库。③构建适用于矿井环境的人员生命信息识别模型,结合样本数据库对模型不断优化,以提高生命信息识别的精度和速度。