申请/专利权人：湖南华诺星空电子技术有限公司

申请日：2018-12-14

公开（公告）日：2021-01-05

公开（公告）号：CN109345901B

主分类号：G09B9/00(20060101)

分类号：G09B9/00(20060101)

优先权：

专利状态码：有效-专利权人的姓名或者名称、地址的变更

法律状态：2023.07.18#专利权人的姓名或者名称、地址的变更;2021.01.05#授权;2019.03.12#实质审查的生效;2019.02.15#公开

摘要：本发明公开一种用于救援训练的生命体征模拟装置及模拟方法，包括壳体以及用于模拟雷达探测人体目标时对应的雷达散射截面大小的雷达散射截面模拟片，雷达散射截面模拟片固定布置在壳体内，由雷达散射截面模拟片按照指定幅度、频率进行摆动以模拟人体的生命体征状态；该模拟方法通过预先确定模拟不同人体类型时雷达散射截面模拟片的面积、摆动幅度、摆动频率；进行救援训练时，将生命体征模拟装置布置在指定位置处，并使得雷达散射截面模拟片按照目的摆动幅度、目的摆动频率进行摆动。本发明具有结构简单紧凑、成本低、重量体积小，能够适用于针对雷达生命探测仪设备的救援训练实现生命体征模拟，且模拟精度高等优点。

主权项：1.一种用于救援训练的生命体征模拟装置，其特征在于：包括壳体1以及用于模拟雷达探测人体目标时对应的雷达散射截面大小的雷达散射截面模拟片2，所述雷达散射截面模拟片2固定布置在所述壳体1内，由所述雷达散射截面模拟片2按照指定幅度、频率进行摆动以模拟人体的生命体征状态；所述雷达散射截面模拟片2通过一固定轴3固定在所述壳体1的中轴线上，所述雷达散射截面模拟片2绕所述壳体1的中轴线进行摆动。

全文数据：一种用于救援训练的生命体征模拟装置及模拟方法技术领域本发明涉及救援训练技术领域，尤其涉及一种用于救援训练的生命体征模拟装置及模拟方法。背景技术地震塌方泥石流等灾害发生后，如何快速搜索定位营救幸存者，是迫切需要解决的问题，目前各地也全面加强了搜救器材装备的配备和救援训练。在救援搜索过程当中目前通常是使用雷达生命探测仪，雷达生命探测仪即是一种融合雷达技术和生物医学工程技术的生命体征目标搜索设备，可穿透非金属介质砖墙、废墟等非接触、远距离地探测人体生命体征如呼吸、心跳、体动等，且雷达生命探测仪对被测量对象无任何约束，可以隔一定距离、穿透一定的介质如砖墙、废墟等以非接触方式、对有生命体征的人体目标进行识别探测，因而被广泛用于灾害被埋人员搜救、反恐斗争中隔墙监控及战场侦察等领域势。但是雷达生命探测仪的操作使用需要具备一定专业知识，因而为保证救援过程中有效的发挥雷达生命探测仪的作用，日常的模拟训练是必不可少的环节。目前针对救援训练通常是直接使用真人充当被困人员，存在着效率低、场景简单、训练单一以及安全性差等众多弊端。雷达生命探测仪设备厂家虽有产品出厂检验设备，但通常设备体积较大，存在搜救训练使用不方便、信号源类型单一普遍是采用机械式、通用性不强、环境耐受度不高以及寿命不可靠等问题，并不能满足救援模拟训练的需求。现有技术中存在部分能够实现生命体征模拟的设备，但是通常都是应用于医学领域，即为各类医疗救护设备提供仿真信号，该类信号的种类和形式显著不同于救援用生命探测仪器所需信号，且医用生命体征模拟设备通常体积较大、不适合废墟下藏取，也不能模拟不同年龄段、性别及生命体征随时间推移的变化，无法满足救援队的模拟训练的需求。发明内容本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单紧凑、成本低、重量体积小，能够适用于针对雷达生命探测仪设备的救援训练实现生命体征模拟，且模拟精度高的用于救援训练的生命体征模拟装置，以及实现方法简单、能够精确模拟不同类型人体生命特征的模拟方法。为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种用于救援训练的生命体征模拟装置包括壳体以及用于模拟雷达探测人体目标时对应的雷达散射截面大小的雷达散射截面模拟片，所述雷达散射截面模拟片固定布置在所述壳体内，由所述雷达散射截面模拟片按照指定幅度、频率进行摆动以模拟人体的生命体征状态。作为本发明装置的进一步改进：所述雷达散射截面模拟片通过一固定轴固定在所述壳体的中轴线上，所述雷达散射截面模拟片绕所述壳体的中轴线进行摆动。作为本发明装置的进一步改进：所述雷达散射截面模拟片的中轴线与所述壳体的中轴线重合，即使得所述雷达散射截面模拟片对称布置在所述壳体的中轴线上。作为本发明装置的进一步改进：所述雷达散射截面模拟片为矩形、圆形、方形中任意一种的金属片。作为本发明装置的进一步改进：所述壳体为圆柱状。作为本发明装置的进一步改进：所述壳体上设置有一个以上的把手。本发明进一步提供一种利用上述用于救援训练的生命体征模拟装置的模拟方法，步骤包括：S1.预先确定模拟不同类型人体目标时对应的所述雷达散射截面模拟片的面积、摆动幅度以及摆动频率；S2.将具有目的面积的雷达散射截面模拟片布置在所述壳体内，构成所述生命体征模拟装置，进行救援训练时，将所述生命体征模拟装置布置在指定位置处，并使得所述雷达散射截面模拟片按照目标摆动幅度、目标摆动频率进行摆动，实现所需类型人体目标的模拟；S3.使用雷达对所述生命体征模拟装置进行探测。作为本发明方法的进一步改进，所述步骤S1的步骤包括：S11.在指定环境中使用雷达分别对不同类型人体目标进行测量，获取得到对应不同类型人体目标的测量信号并进行统计，计算对应各类型人体目标的测量信号的统计特征值，将各所述统计特征值分别作为对应各类型人体目标的标准特征值；S12.在当前环境中布置不同面积、不同摆动幅度以及不同摆动频率的雷达散射截面模拟片并使用雷达进行测量，当获取得到的测量信号达到目的类型人体目标所对应的所述标准特征值时，确定得到雷达散射截面模拟片的面积、摆动幅度以及摆动频率以模拟目的类型人体目标，直至得到模拟各类型人体目标时对应的所述雷达散射截面模拟片的面积、摆动幅度以及摆动频率。作为本发明方法的进一步改进，所述测量信号的统计特征值具体为测量信号的信噪比统计值。作为本发明方法的进一步改进，所述步骤S2中使得所述雷达散射截面模拟片按照目标摆动幅度、目标摆动频率进行摆动时，还包括使得雷达散射截面模拟片的摆动幅度、摆动频率按照预设的线性函数变化以模拟不同埋压时长的人体目标步骤；所述雷达散射截面模拟片的摆动幅度、摆动频率具体按照如下线性函数变化：A＝A0*1-tt0；F＝F0*1-tt0；其中，A为实时摆动幅度，A0为初始摆动幅度，t为实时时长，t0为测试模拟总时长；F为实时摆动频率，F0为初始摆动频率。与现有技术相比，本发明的优点在于：1、本发明通过由壳体、雷达散射截面模拟片来构成一套生命体征模拟装置，由雷达散射截面模拟片来模拟雷达探测人体目标时对应的雷达散射截面大小，实现人体生命体征的模拟，通过调整雷达散射截面模拟片，即可方便的模拟不同类型、不同状态的人体目标，整套生命体征模拟装置的体积、重量小，可便于应用于各类复杂的雷达生命探测设备的救援训练环境中。2、本发明进一步通过将雷达散射截面模拟片固定在壳体的中轴线上，雷达散射截面模拟片绕壳体的中轴线进行摆动，基于该安装、摆动方式可以使得整个生命体征模拟装置具有全向性，可以实现全向性探测，不论如何摆放雷达生命探测仪都能够探测到，从而可以满足各种复杂救援场景的模拟需求，将雷达散射截面模拟片对称的布置于模拟装置的中轴线上时，整套模拟装置在360°范围内均能够具有对称性。3、本发明进一步由不同面积的雷达散射截面模拟片模拟不同类型人体目标对应的雷达散射截面，由雷达散射截面模拟片的不同摆动幅度、摆动频率模拟不同类型人体目标的呼吸、心跳频率及强度，从而可以准确的模拟不同类型人体目标，使得模拟的生命体征与被测目标状态具有一致性，有效提高测试数据的准确度。4、本发明进一步通过先测量并统计不同类型人体目标的统计特征值，再使用不同状态的雷达散射截面模拟片进行测量，达到标准特征值时确定得到雷达散射截面模拟片的面积、摆动状态以模拟对应类型人体目标，能够基于统计学方式确定人体目标与雷达散射截面模拟片之间的对应关系，从而保证不同类型人体目标的真实模拟。5、本发明进一步通过使得雷达散射截面模拟片的摆动幅度、摆动频率按照预设的线性函数变化以模拟不同埋压时长的人体目标，使得可以实现不同埋压时长人体生命特征的模拟。附图说明图1是本实施例用于救援训练的生命体征模拟装置的结构示意图。图2是本实施例利用生命体征模拟装置进行救援训练模拟的实现流程示意图。图3是本实施例基于统计学方式确定雷达散射截面模拟片参数的实现流程示意图。图例说明：1、壳体；2、雷达散射截面模拟片；3、固定轴；4、把手。具体实施方式以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。如图1所示，本实施例用于救援训练的生命体征模拟装置，包括壳体1以及用于模拟雷达探测人体目标时对应的雷达散射截面大小的雷达散射截面模拟片2，雷达散射截面模拟片2固定布置在壳体1内，由雷达散射截面模拟片2按照指定幅度、频率进行摆动以模拟目标人体的生命体征状态。雷达生命探测仪探测工作时，是通过检测反射回波的强度、频率信息来判断生命体征状态，人体目标在呼吸、心跳时胸肺部规律的收缩扩张，不同类型的人体目标对应得到的雷达散射截面大小及频率不同，本实施例利用雷达上述工作特性，通过由壳体1、雷达散射截面模拟片2来构成一套生命体征模拟装置，由雷达散射截面模拟片2来模拟雷达探测人体目标时对应的雷达散射截面大小，雷达散射截面模拟片2的摆动来模拟人体呼吸、心跳的生命特征，实现人体生命体征的模拟，通过调整雷达散射截面模拟片2的面积、摆动状态，即可方便的模拟不同类型、不同状态的人体目标，且整套生命体征模拟装置的体积、重量小，可便于应用于各类复杂的雷达生命探测设备的救援训练环境中。本实施例中，雷达散射截面模拟片2通过一固定轴3固定在壳体1的中轴线上，雷达散射截面模拟片2绕壳体1的中轴线进行摆动，具体雷达散射截面模拟片2绕中轴线是以设定的频率转动，以达到雷达散射截面模拟片2摆动的效果。救援搜索的人体目标所处的环境非常复杂，如通常是在废墟下的缝隙中，而不同废墟下缝隙的形状结构是不同的，将模拟装置放置在废墟下时需要依据废墟下缝隙的形状结构确定放置位置、朝向，即不同位置处的模拟装置的姿态、朝向可能是不同的。雷达生命探测仪工作时是在废墟表层向下穿透探测，本实施例通过将雷达散射截面模拟片2固定在壳体1的中轴线上，雷达散射截面模拟片2绕壳体1的中轴线进行摆动，基于该安装、摆动方式可以使得整个生命体征模拟装置具有全向性，可以匹配雷达生命探测仪实现全向性探测，即不论如何摆放雷达生命探测仪都能够探测到，可以满足各种复杂救援场景的模拟需求。本实施例中，雷达散射截面模拟片2的中轴线与壳体1的中轴线重合，即将雷达散射截面模拟片2对称的布置于模拟装置的中轴线上，结合雷达散射截面模拟片2绕中轴线旋转的方式模拟人体生命体征的频率、强度等信息，整套模拟装置在360°范围内都具有对称性，能够确保模拟装置的全向性，实现360°范围全向探测。本实施例中，雷达散射截面模拟片2具体为矩形金属片，可对应适用于线极化的雷达生命探测仪，由矩形金属片的面积模拟人体目标产生对应的雷达散射截面，由矩形金属片的摆动状态模拟人体目标的呼吸、心跳特征，矩形金属片的面积S0依据所需模拟的人体目标预先确定得到。雷达散射截面模拟片2的形状可依据雷达生命探测仪的极化方式调整，如雷达为圆极化，则可以采用圆形或方形金属片，甚至也可以根据实际需求采用其他形状的模拟片结构，采用金属片的形式可以极大的减小模拟片所需面积，便于实现整套模拟装置的小型化，雷达散射截面模拟片2的面积、摆动状态可由所需模拟的人体目标进行确定。考虑到模拟装置需要能够放置于各种不同形状结构的废墟下缝隙，本实施例中壳体1具体采用圆柱状，基于圆柱状结构可以保证360°全向性放置需求，可以进一步满足全向性探测需求。考虑到废墟缝隙等结构，本实施例进一步在壳体1上设置有一个以上的可手握的把手4，通过把手4可以便于进行模拟装置的取出、布置操作，具体在圆柱状外壳的上下两端各设置一个椭圆环形把手，便于在建筑废墟等缝隙中放置该模拟装置。如图2所示，本实施例利用上述用于救援训练的生命体征模拟装置的模拟方法，步骤包括：S1.预先确定模拟不同类型人体目标时对应的雷达散射截面模拟片2的面积、摆动幅度以及摆动频率；S2.将具有目的面积的雷达散射截面模拟片2布置在壳体1内，构成生命体征模拟装置，进行救援训练时，将生命体征模拟装置布置在指定位置处，并使得雷达散射截面模拟片2按照目标摆动幅度、目标摆动频率进行摆动，实现所需类型人体目标的模拟；S3.使用雷达对所述生命体征模拟装置进行探测。本实施例通过上述方法，由不同面积的雷达散射截面模拟片2模拟不同类型人体目标对应的雷达散射截面RCS，由雷达散射截面模拟片2的不同摆动幅度A、摆动频率F模拟不同类型人体目标的呼吸、心跳频率及强度，从而可以准确的模拟不同类型人体目标，使得模拟的生命体征与被测目标状态具有一致性，有效提高测试数据的准确度。如图3所示，本实施例中步骤S1的步骤包括：S11.在指定环境中使用雷达分别对不同类型人体目标进行测量，获取得到对应不同类型人体目标的测量信号并进行统计，计算对应各类型人体目标的测量信号的统计特征值，将各所述统计特征值分别作为对应各类型人体目标的标准特征值；S12.在当前环境中布置不同面积、不同摆动幅度以及不同摆动频率的雷达散射截面模拟片2并使用雷达进行测量，当获取得到的测量信号达到目的类型人体目标所对应的标准特征值时，确定得到雷达散射截面模拟片2的面积、摆动幅度以及摆动频率以模拟目的类型人体目标，直至得到模拟各类型人体目标时对应的雷达散射截面模拟片2的面积、摆动幅度以及摆动频率。本实施例通过先测量并统计不同类型人体目标的统计特征值，再使用不同状态的雷达散射截面模拟片2进行测量，达到标准特征值时确定得到雷达散射截面模拟片2的面积、摆动状态以模拟对应类型人体目标，能够基于统计学方式确定人体目标与雷达散射截面模拟片2之间的对应关系，从而保证不同类型人体目标的真实模拟。本实施例中，测量信号的统计特征值具体为测量信号的信噪比统计值，即步骤S12中以信噪比SNR的值一致性作为确定雷达散射截面模拟片2状态的评判依据，当获取得到的测量信号达到目的类型人体所需标准信噪比值后，对应即为对应该目的类型人体的雷达散射截面模拟片2的面积、摆动幅度、摆动频率，基于信噪比统计特征值，易于提取且提取精度高，可以进一步提高模拟精度，当然也可以根据实际需求采用其他如灵敏度、信号回波强度等信号参数。信噪比统计值具体可以取信噪比均值，即为多个人体目标的信噪比的均值，当然也可以根据实际需求采用信噪比的其他统计值，如最值、方差、协方差等。考虑不同年龄段、不同性别人员体征，本实施例步骤S11中具体通过对不同年龄段、不同性别的人体目标进行测量，获取对应不同年龄段、不同性能人体的标准特征值，步骤S12确定得到模拟不同年龄段、不同性别时对应的所述雷达散射截面模拟片2的面积、摆动幅度以及摆动频率，由不同雷达散射截面模拟片2的面积、摆动幅度以及摆动频率表征不同年龄段、不同性别的人体心跳呼吸生命体征，从而可以实现不同年龄段、不同性别的人体目标生命特征模拟。人体在埋压过程中呼吸、心跳等会呈逐渐降低的变化趋势，本实施例步骤S2中使得雷达散射截面模拟片2按照目标摆动幅度、目标摆动频率进行摆动时，还包括使得雷达散射截面模拟片2的摆动幅度、摆动频率按照预设的线性函数变化以模拟不同埋压时长的人体目标步骤，使得可以实现不同埋压时长人体生命特征的模拟。本实施例中，雷达散射截面模拟片2的摆动幅度、摆动频率具体按照如下线性函数变化：A＝A0*1-tt01F＝F0*1-tt02其中，A为实时摆动幅度，A0为初始摆动幅度，t为实时时长，t0为测试模拟总时长；F为实时摆动频率，F0为初始摆动频率，A0、F0以及t0可根据具体需求进行设定。在具体应用实施例中，基于统计学方式确定模拟不同年龄段、不同性别时对应的热截面模拟片2的面积、摆动幅度以及摆动频率流程为：1样本选择：选择样本数量100人，包括成年男性68人，成年女性32人，年龄区间介于20-48周岁之间；2基于统计学方式测量①在微波暗室中进行测量，以数据处理的信噪比SNR作为判定依据，测试所有成年男性获得的信噪比SNR的均值并作为成年男性的标准SNR1值，测试所有成年女性获得的信噪比SNR的均值并作为成年女性的标准SNR2值，再计算得到成年人的标准SNR值SNR0＝SNR1+SNR22；②以SNR0值作为标准参照对模拟片进行测量，当达到相应SNR值时，确定模拟片面积S0、摆动幅度A0、摆动频率F0，将参数S0、A0、F0为模拟成年人时模拟片的标准参数；③以SNR1值作为成年男性标准参照对模拟片进行测量，当达到相应SNR值时，确定模拟片摆动幅度A1、摆动频率F1，将参数S0、A1、F1为模拟成年男性时模拟片的标准参数，同理可以确定模拟成年女性的模拟片的标准参数S0、A2、F2；④采用上述①～③同样原理，还可以进一步得到相同的金属片面积S0、不同的摆动幅度、摆动频率来对应的儿童、老年人的标准生命体征参数，从而可以实现成年男性、女性、老人以及儿童的生命体征模拟。上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

权利要求：1.一种用于救援训练的生命体征模拟装置，其特征在于：包括壳体1以及用于模拟雷达探测人体目标时对应的雷达散射截面大小的雷达散射截面模拟片2，所述雷达散射截面模拟片2固定布置在所述壳体1内，由所述雷达散射截面模拟片2按照指定幅度、频率进行摆动以模拟人体的生命体征状态。2.根据权利要求1所述的用于救援训练的生命体征模拟装置，其特征在于，所述雷达散射截面模拟片2通过一固定轴3固定在所述壳体1的中轴线上，所述雷达散射截面模拟片2绕所述壳体1的中轴线进行摆动。3.根据权利要求2所述的用于救援训练的生命体征模拟装置，其特征在于，所述雷达散射截面模拟片2的中轴线与所述壳体1的中轴线重合，即使得所述雷达散射截面模拟片2对称布置在所述壳体1的中轴线上。4.根据权利要求1或2或3所述的用于救援训练的生命体征模拟装置，其特征在于，所述雷达散射截面模拟片2为矩形、圆形、方形中任意一种的金属片。5.根据权利要求1或2或3所述的用于救援训练的生命体征模拟装置，其特征在于，所述壳体1为圆柱状。6.根据权利要求1或2或3所述的用于救援训练的生命体征模拟装置，其特征在于，所述壳体1上设置有一个以上的把手4。7.一种利用权利要求1～6中任意一项所述的用于救援训练的生命体征模拟装置的模拟方法，其特征在于，步骤包括：S1.预先确定模拟不同类型人体目标时对应的所述雷达散射截面模拟片2的面积、摆动幅度以及摆动频率；S2.将具有目的面积的雷达散射截面模拟片2布置在所述壳体1内，构成所述生命体征模拟装置，进行救援训练时，将所述生命体征模拟装置布置在指定位置处，并使得所述雷达散射截面模拟片2按照目标摆动幅度、目标摆动频率进行摆动，实现所需类型人体目标的模拟；S3.使用雷达对所述生命体征模拟装置进行探测。8.根据权利要求7所述的模拟方法，其特征在于，所述步骤S1的步骤包括：S11.在指定环境中使用雷达分别对不同类型人体目标进行测量，获取得到对应不同类型人体目标的测量信号并进行统计，计算对应各类型人体目标的测量信号的统计特征值，将各所述统计特征值分别作为对应各类型人体目标的标准特征值；S12.在当前环境中布置不同面积、不同摆动幅度以及不同摆动频率的所述雷达散射截面模拟片2并使用雷达进行测量，当获取得到的测量信号达到目的类型人体目标所对应的所述标准特征值时，确定得到所述雷达散射截面模拟片2的面积、摆动幅度以及摆动频率以模拟目的类型人体目标，直至得到模拟各类型人体目标时对应的所述雷达散射截面模拟片2的面积、摆动幅度以及摆动频率。9.根据权利要求8所述的模拟方法，其特征在于，所述测量信号的统计特征值具体为测量信号的信噪比、灵敏度、信号回波强度中一种或多种参数的统计值。10.根据权利要求8或9所述的模拟方法，其特征在于，所述步骤S2中使得所述雷达散射截面模拟片2按照目标摆动幅度、目标摆动频率进行摆动时，还包括使得雷达散射截面模拟片2的摆动幅度、摆动频率按照预设的线性函数变化以模拟不同埋压时长的人体目标步骤；所述雷达散射截面模拟片2的摆动幅度、摆动频率具体按照如下线性函数变化：A＝A0*1-tt0；F＝F0*1-tt0；其中，A为实时摆动幅度，A0为初始摆动幅度，t为实时时长，t0为总测试模拟时长；F为实时摆动频率，F0为初始摆动频率。

百度查询： 湖南华诺星空电子技术有限公司 一种用于救援训练的生命体征模拟装置及模拟方法

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