基于生理微动的废墟压埋人体高分辨生物雷达成像技术研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    31800822
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    21.0万
  • 负责人：
    梁福来
  • 依托单位：
    中国人民解放军第四军医大学
  • 学科分类：
    C1005.生物成像、电子与探针
  • 结题年份：
    2021
  • 批准年份：
    2018
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Bioradar is widely used in rescue of human buried under rubble after disaster because of its penetrability and non-contact detection. Since the detection objects of present bioradars are vital signs (respiration rate and heart rate), high detection false alarm rate of human subjects under rubble is inevitable. If high-resolution imaging of human could be realized, the above problems can be expected to be solved. However, the defocusing problem caused by rubble and the low spatial resolution caused by low center frequency are the bottleneck problems of this research. In this project, low-frequency ultra-wideband (UWB) multiple input multiple output (MIMO) bioradar is our basic technology, and the specification of the rubble structure and human under rubble is selected as our starting point. Firstly, rubble structure model suitable for survival of human under rubble is built. Then, a priori physiological characteristics of the human under rubble are analyzed and utilized. Next, the autofocusing method using the above prior information is utilized to form focused image. Finally, the micro-doppler characteristics are extracted and quantized into enhancement factor and utilized to form resolution-enhanced image of human under rubble. Through the above efforts, this project will provide new theories and techniques for high-resolution imaging of human under rubble and promote the further development of the bioradar technology.
生物雷达具有可穿透障碍物、非接触探测等优点，在灾后废墟压埋人员搜救中具有重要作用。由于现行生物雷达以生命参数（呼吸率、心率等）作为探测指标，压埋人体探测的虚警率偏高。如能实现压埋人体的高分辨成像，该问题可迎刃而解。废墟介质引起的成像散焦、低中心频率引起的成像分辨率下降是废墟压埋人体高分辨成像的技术瓶颈。本项目拟以低频超宽带（UWB）多输入多输出（MIMO）生物雷达技术为基础，从废墟结构和压埋人体的特殊性入手，首先建立适于压埋人体存活的废墟结构模型，并分析废墟压埋人体的生理微动特征，然后将上述先验信息结合到自聚焦技术中，实现废墟结构参数补偿和人体生理微动信号的聚焦成像，以此为基础在空间-时间-多普勒联合图像域提取压埋人体的微多普勒特征，并将其量化为增强因子，实现压埋人体的分辨率增强成像，为废墟压埋人体成像探测提供新的理论和技术方法，提高生物雷达技术的实用性。

结项摘要

地震、塌方等自然灾害严重威胁人类生命安全。如何在灾后搜救行动中准确、快速地发现废墟压埋幸存者并挽救其生命，是全球普遍关注的问题。生物雷达技术是穿透介质探测人体生命体征信号的重要手段之一。项目主要针对多输入多输出（MIMO）生物雷达生命探测成像中电磁波穿透介质所引起的图像散焦和成像分辨率下降等问题展开研究。建立了人体生命体征信号的回波模型和MIMO成像模型，对典型介质穿透场景下的生命体征信号回波进行了电磁仿真，分析了介质对成像的影响机理，研究了人体生命体征信号的介质穿透补偿自聚焦成像技术、基于深度学习的介质穿透补偿成像技术，提出了微弱生命体征信号的多增强方法融合框架及人体目标高维增强成像方法、穿透条件下人体与动物识别方法、多人体目标自动跟踪方法等系列方法。研发了UHF波段、S波段MIMO生物雷达系统，并开展了一系列的穿透探测成像实验，涵盖了自由空间、穿透单层介质、穿透多层介质、穿透模拟废墟等多个场景，实现了穿透条件下人体目标的高维成像，验证了方法的可行性，显著提高了穿透条件下的成像质量，为高性能生命探测装备的研发提供新的理论方法支撑和技术途径，有助于提高生命探测雷达的实战化水平，为挽救更多的生命做出贡献。

项目成果

期刊论文数量（8）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（5）
专利数量（6）
An Accurate Method to Distinguish Between Stationary Human and Dog Targets Under Through-Wall Condition Using UWB Radar
穿墙条件下使用 UWB 雷达准确区分静止人狗目标的方法
  • DOI：
    10.3390/rs11212571
  • 发表时间：
    2019-11-01
  • 期刊：
    REMOTE SENSING
  • 影响因子：
    5
  • 作者：
    Ma, Yangyang;Liang, Fulai;Wang, Jianqi
  • 通讯作者：
    Wang, Jianqi
Multiscale Residual Attention Network for Distinguishing Stationary Humans and Common Animals Under Through-Wall Condition Using Ultra-Wideband Radar
使用超宽带雷达区分穿墙条件下静止人类和普通动物的多尺度剩余注意力网络
  • DOI：
    10.1109/access.2020.3006834
  • 发表时间：
    2020-01-01
  • 期刊：
    IEEE ACCESS
  • 影响因子：
    3.9
  • 作者：
    Ma, Yangyang;Qi, Fugui;Zhang, Yang
  • 通讯作者：
    Zhang, Yang
Range Coherence Factor for Down Range Sidelobes Suppression in Radar Imaging Through Multilayered Dielectric Media
通过多层电介质实现雷达成像中的下距离旁瓣抑制的距离相干因子
  • DOI：
    10.1109/access.2019.2911693
  • 发表时间：
    2019-01-01
  • 期刊：
    IEEE ACCESS
  • 影响因子：
    3.9
  • 作者：
    An, Qiang;Hoorfar, Ahmad;Wang, Jianqi
  • 通讯作者：
    Wang, Jianqi
模拟灾害搜救条件下禁水禁食比格犬主要生命体征变化规律研究
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2021
  • 期刊：
    中国应急救援
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    马洋洋;梁福来;李钊;王健琪;张杨
  • 通讯作者：
    张杨
Non-Contact Vital Signs Monitoring of Dog and Cat Using a UWB Radar
使用 UWB 雷达对狗和猫进行非接触式生命体征监测
  • DOI：
    10.3390/ani10020205
  • 发表时间：
    2020-02-01
  • 期刊：
    ANIMALS
  • 影响因子：
    3
  • 作者：
    Wang, Pengfei;Ma, Yangyang;Wang, Jianqi
  • 通讯作者：
    Wang, Jianqi

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其他文献

低频超宽带步进频率收发系统的设计与实现
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2014
  • 期刊：
    现代雷达
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    张汉华;梁福来;宋千
  • 通讯作者：
    宋千

其他文献

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梁福来的其他基金

融合伤员生理微动特征与合成孔径模式的机载生物雷达关键技术研究
  • 批准号：
    62371454
  • 批准年份：
    2023
  • 资助金额：
    53 万元
  • 项目类别：
    面上项目

相似国自然基金

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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