RSLab | Проекты | Дистанционное определение параметров пульса и дыхания

Биорадиолокация - это метод дистанционного обнаружения и диагностики людей, в том числе за оптически непрозрачными препятствиями, основанный на модуляции радиолокационного сигнала органами человека, подверженными колебаниям. Такая модуляция вызывается:

сокращениями сердечной мышцы (частоты в диапазоне 0.7 - 2.5 Гц);
колебаниями грудной клетки человека при дыхании (частоты в диапазоне 0.1 - 0.4 Гц);
движением органов речи человека (артикуляция).

Описание экспериментов

В основе технологии, применяемой в ходе экспериментальных работ, лежит метод подповерхностного зондирования разработанный в ходе создания локаторов подповерхностного зондирования с непрерывным многочастотным излучением типа "Раскан".

В качестве датчика в экспериментах использовался доработанный датчик типа "Раскан" со следующими параметрами:

рабочая частота радиолокатора	1,6 ГГц (длина волны 19 см)
коэффициент усиления	40 дБ
полоса регистрируемых сигналов	0,03 - 3 Гц
динамический диапазон принимаемых сигналов	60 дБ
частота снятия отсчётов	20 Гц
габариты антенного устройства:
диаметр	120 мм
высота	200 мм

Толщина стены, за которой находился испытуемый, составляла около 10 см. Оператор располагался на расстоянии порядка 1 м от стены. Антенна радиолокатора крепилась непосредственно на стене. Запись получаемых сигналов через интерфейсный блок осуществлялась в ЭВМ и затем обрабатывалась.

Рис. 1. Схема эксперимента

Экспериментальные результаты

Работа находится на начальной стадии, и экспериментальные результаты приводятся ниже практически без обработки и фильтрации.

На рис. 2 приведена осциллограмма сигнала, отраженного от спокойно дышащего человека, а на рис. 3 - спектр этого сигнала. Так как амплитуда колебаний и объём легких значительно превосходят аналогичные параметры сердца, то сокращения сердечной мышцы наблюдаются в виде высокочастотной модуляции на фоне сокращений лёгких. На спектре отчетливо видны два пика, соответствующие частотам дыхания и сердцебиения.

Рис. 2. Осциллограмма сигнала, отраженного от спокойно дышащего человека

Рис. 3. Спектр сигнала на рис. 2

На рис. 4 и 5 приведены запись сердцебиения испытуемого, который задержал дыхание и соответствующий спектр. Видно, что из-за кислородного голодания увеличивается частота и амплитуда сокращений сердечной мышцы (по сравнению с рис. 3).

Рис. 4. Осциллограмма сигнала, отраженного от человека, задержавшего дыхания

Рис. 5. Спектр сигнала на рис. 4

На рис. 6 приведена осциллограмма записи речи оператора, произносящего последовательно слова: один, два, три ... один, два, три ... В этом эксперименте происходит наложение трёх процессов: биения сердца, дыхания и речи человека. Учитывая, что полоса пропускания сигналов ограничена только 3 Гц, пока нет оснований утверждать, что данные подобных измерений могут быть основой для распознавания речи человека.

Рис. 6. Осциллограмма речи оператора, произносящего последовательно слова: один, два, три ... один, два, три ...

Рис. 7. Спектр сигнала на рис. 6

Возможные области использования биорадиолокации

обнаружение живых людей, погребенных под завалами строительных конструкций в результате природных или техногенных катастроф;
обнаружение людей и параметров их перемещения за строительными конструкциями в ходе проведения антитеррористических операций;
бесконтактное определение параметров пульса и дыхания у больных, для которых контактные датчики по тем или иным причинам не могут быть подведены;
дистанционная диагностика лиц в ходе скрытых или открытых проверок, например, в аэропортах (бесконтактный детектор лжи);
скрытое определение психо-эмоционального состояния участников переговоров;
регистрация речевых сигналов в тех случаях, когда использование акустических микрофонов нежелательно или невозможно;
обнаружение раненых на поле боя.