Биорадиолокация, поиск людей под завалами

Прибор для обнаружения движения за преградами, стенами и под завалами Пикор-Био

Биорадиолокация / под ред. А.С. Бугаева, С.И. Ивашова, И.Я. Иммореева. – М. : Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010. – 396 с.

Большая часть продукции СШП технологий ОАО "ФПК "ЭСТРА"" разработано и выпускается для реализации биорадиолокационных приложений. В настоящее время на российском и зарубежном рынках производится не так много продукции в данной области, и мы надеемся занять достойную нишу на этом перспективном рынке за счет многих уникальных характеристик нашей продукции.

При радиолокационном зондировании в слабопоглощающих и прозрачных средах традиционными объектами локации до недавнего времени являлись в основном неживые объекты (цели), что определялось спецификой использования радиолокационных устройств. К областям применения традиционной радиолокации можно отнести обнаружение и определение координат, а также параметров перемещения:

- аэродинамических целей (самолёты, крылатые ракеты и т.д.);

- баллистических и космических объектов (боеголовки, спутники);

- наземных и надводных объектов (наземные транспортные средства и боевые машины, корабли).

Другим направлением радиолокации, бурно развивающимся в последние десятилетия, является подповерхностная радиолокация (георадиолокация), предназначенная для зондирования конденсированных сред, характеризующихся высоким поглощением и дисперсией электромагнитных волн. Подповерхностная радиолокация наиболее широко применяется для следующих целей:

- зондирования грунтов для выявления их глубинной структуры и неоднородностей (уровня грунтовых вод, различного рода природных включений, расположения состояния технических конструкций и коммуникаций);

- обследование местности для обнаружения взрывоопасных предметов, например мин;

- зондирования строительных конструкций для выявления их внутренней структуры, например мест залегания деталей арматуры, строительных дефектов;

- неразрушающего контроля промышленных изделий.

В настоящее время существует большое количество серийно выпускаемых радиолокаторов, предназначенных для решения перечисленных задач.

Снижение стоимости вычислительных ресурсов, необходимых для обработки сигнала, а также миниатюризация СВЧ-устройств способствует развитию интереса к использованию радиолокаторов, когда отражающим объектом является всё тело человека или отдельные его части и внутренние органы. Обнаружение людей за непрозрачными препятствиями (стенами домов, лиственным покровом) актуально как для военных, так и для гражданских целей.

Современные методы позволяют обнаруживать неподвижных людей по колебаниям их внутренних органов. Этот эффект применяют для поиска живых людей под завалами строительных конструкций, образовавшихся в результате природных или техногенных катастроф, он может быть использован в медицинских целях, когда необходим дистанционный контроль за состоянием пациента.

Модуляция радиосигнала, отражённого от человека, обусловлена сокращениями сердца, сосудов, легких и других внутренних органов человека, а также артикуляцией (одновременная работа активных произносительных органов: голосовых связок, языка, губ, небной занавески). Можно выделить четыре группы биомеханических движений, которые отличаются как по частотному диапазону, так и по амплитуде:

- сокращения сердечной мышцы (частоты в диапазоне 0,8..2,5 Гц, амплитуды колебаний грудной клетки 0,1 мм);

- колебания грудной клетки  человека при дыхании (частоты в диапазоне 0,2..0,5 Гц, амплитуды колебаний грудной клетки в зависимости от типа дыхания 0,5..1,5 см);

- движения органов речи человека (частота основного тона колебаний голосовых связок – приблизительно 100 Гц);

- движения других частей тела человека (рук, ног и т.д.).

Конкретные значения этих частот и амплитуд перемещений определяются физической активностью и состоянием испытуемого. Наиболее сложными представляются процессы артикуляции, так как в них участвуют сразу несколько органов человека, обладающих своими собственными характеристиками. Изучение процессов артикуляции при произнесении звуков может быть использовано при  дистанционном распознавании речи без применения акустических устройств даже при расположении объекта локации за препятствием, например за стенами зданий.

Метод дистанционного обнаружения и диагностирования людей (в том числе за оптически непрозрачными препятствиями), основанный на модуляции радиолокационного сигнала колебательными движениями и перемещениями частей тела и органов человека, будем называть биорадиолокацией.

Осуществляя селекцию проникающего сигнала передатчика и сигналов, отражённых от неподвижных объектов, можно добиться высокой чувствительности при обнаружении объектов, границы которых подвержены механическим колебаниям. По имеющимся в литературе данным, чувствительность радиочастотного зондирования к перемещению обнаруживаемого объекта в гигагерцовом диапазоне волн может достигать 10^-9 м. При обнаружении человека как живого объекта задача наиболее просто решается с помощью радиолокаторов малой дальности, работающих с непрерывными немодулированными сигналами в частотном диапазоне 1..10 ГГц.

Перечислим некоторые перспективные области применения биорадиолокации:

- обнаружение людей, находящихся под завалами в результате землетрясений, техногенных катастроф, схода лавин, когда скорейшее определение мест нахождения живых людей очень важно;

- обнаружение и слежение за людьми, находящимися за непрозрачными препятствиями или в условиях плохой видимости при проведении антитеррористических операций, а также ведения боя в условиях города;

- дистанционное обнаружение раненых при боевых действиях по их дыханию для снижения риска медицинского персонала при эвакуации под огнём противника;

- дистанционное обнаружение скрытого под одеждой человека огнестрельного или холодного оружия;

- контроль охраняемых территорий от вторжения посторонних лиц;

- досмотр транспортных контейнеров в целях выявления лиц, нелегально пересекающих границу;

- дистанционное определение  эмоционального состояния человека для выявления потенциально опасных лиц, например при предпосадочном досмотре в аэропортах;

- разработка дистанционного детектора лжи, позволяющего незаметно для человека измерять параметры его кардиореспираторной системы и на их основе оценивать его психоэмоциональное состояние;

- контроль состояния оператора сложных машинных комплексов;

- регистрация речевых сигналов человека за препятствиями без использования традиционных акустических микрофонов;

- мониторинг пульса и дыхания пациента в случае, когда применение контактных сенсоров невозможно или затруднено;

- слежение за состояние и диагностика внутренних органов человека;

- дистанционное слежение за состоянием плода в период беременности (вместо мониторов, использующих ультразвук с контактными датчиками);

- определение эластичности кровеносных сосудов путём измерения скорости распространения импульса кровяного давления при сердечном сокращении, что поможет выявить предрасположенность пациента к сердечно сосудистым заболеваниям.

Перечисленные выше  направления являются только потенциальными областями применения биорадиолокации, и потребуются дальнейшие исследования для определения их практической реализуемости.

Уже сейчас можно сказать, что наиболее перспективной областью применения биорадиолокации в медицине является сомнология.

Исследование расстройств дыхания во время сна – наиболее изученный раздел в медицине сна.  Многочисленные работы в области сомнологии относятся к исследованию патологических ночных остановок дыхания. Такие нарушения  очень распространены (ими страдают от 3 до 8 % населения) и оказывают существенное влияние  на здоровье и качество жизни пациентов. Мужчины страдают этим расстройством чаще женщин в 3-8 раз.

Диагностика нарушений дыхания во время сна обычно проводиться чрезвычайно трудоёмким и дорогостоящим методом в лабораториях  сна, располагающих соответствующим диагностическим оборудованием. Этот метод требует длительной регистрации различных функций человеческого организма в период ночного сна. Как правило, регистрируются следующие сигналы: дыхание, шум дыхания (храп), дыхательные движения грудной клетки и брюшной стенки, поток выдыхаемого воздуха изо рта и ноздрей, положение тела, движение нижних конечностей. Насыщение артериальной крови кислородом, электроэнцефалограмма и др.

Бесконтактный дистанционный мониторинг движений, дыхания и частоты сердечных сокращений (ЧСС) биорадиолокационным методом будет являться важным дополнением к полисомнологическим исследованиям, позволяя повысить комфортабельность проводимых ночных исследований для пациента, стабильность регистрируемых данных. Дистанционная регистрация движений, дыхания и ЧСС даст возможность проводить профилактические обследования населения для выявления дыхательных расстройств и нарушений сна, бесконтактный мониторинг нарушений дыхания и сна у детей, в том числе для предотвращения синдрома внезапной смерти у младенцев.