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说到雷达，不少人会叫人想到军事，由于最早的雷达应用就是军事目的的。但有一种雷达，它的使命是救命，这就是专门用来探测特殊物体的生命探测雷达。它的目的不是飞机、导弹和卫星，而是被掩埋在厚厚废墟下的人。

用雷达探测生命特点，尤其是在人类救援和医学监测中，有着巨大的应用潜力。然而，这一技术的达成却面临多重挑战。为了帮助大伙更容易去理解我下面将要讲到的技术挑战，咱们有必要先来看看雷达一般是如何工作的。一个典型的雷达系统主要包含发射机、接收机、天线、信号处置单元和显示单元等部分。发射机产生高频电磁波，并通过天线向目的方向发射。这类电磁波在遇见目的时会产生反射或散射。接收机通过天线接收来自目的的反射信号，并进行初步的信号放大和滤波处置。天线负责电磁波的发射和接收，其性能直接影响雷达系统的探测能力。高灵敏度和高指向性的天线可以有效提升系统的探测范围和精度。信号处置单元对接收的反射信号进行处置，包含滤波、放大、频谱剖析、特点提取等步骤，以提取有用的目的信息。显示单元将处置后的信号转换为可视化信息，如图像、波形或数据，供用户察看和剖析。

有了这个基础之后，接着咱们就来看看生命探测雷达需要面对的挑战。大概有以下4点：测试信号微弱度、环境干扰和噪声、目的辨别的复杂性，与达成技术交叉的困难程度。

先看微弱信号的测试。生命特点如心跳和呼吸会引起人体表面微小的运动，这类运动的频率仅为零点几赫兹，幅度仅为毫米级。这种微动频率极低，致使其回波信号极易被雷达系统固有些噪声淹没。正如空军军医大学的王健琪教授所比喻的，“要想感知它，犹如将缝衣针落地的声音，从集市嘈杂环境中离别出来，并放大到能听见的响度”。微动信号的测试需要极高的信噪比和精准的信号处置技术，这是雷达探测生命特点面临的最重要难点。

接着，雷达信号在传播过程中会遭到多种原因的干扰，如墙壁、金属物体、甚至天气等。这类干扰会致使信号反射和散射，使得从雷达回波中提取有用的生命特点信号变得异常困难。比如，在地震后的救援现场，建筑废墟中存在很多的反射和散射源，很大地增加了信号处置的困难程度。

除此之外，雷达系统自己的噪声和环境噪声也是需要克服的要紧障碍。而在实质应用中，怎么样准确辨别目的并判断其生命情况是另一个重大挑战。比如，怎么样区别人和动物的微动信号，怎么样通过信号判断被困职员的生命状况等，这类都需要复杂的信号处置和剖析技术。生命特点信号的复杂性和多样性使得目的辨别变得很不简单。针对不同场景和应用需要，雷达系统需要拥有高度的灵活性和自动化水平，以应付各种复杂状况。

最后，达成雷达探测生命特点的技术涉及多个范围的交叉，包含雷达技术、信号处置、生物医学工程等。需要综合运用多种技术方法，如高频微波技术、数字信号处置、机器学习等，才能达成对生命特点的有效探测。每一个环节都需要精细设计和优化，任何一个环节的失误都可能致使整个系统的失效。除此之外，雷达系统的硬件达成也面临挑战，如高灵敏度的雷达天线、低噪声的接收系统、高效的信号处置单元等，都需要精心设计和制造。

这就是为何雷达探测生命特点一直被觉得是一个世界性难点。

自上世纪九十年代，中国科研团队便开始探索雷达探测生命特点。王健琪教授领导的团队通过多年的努力，成功研制出国内首台具备自主常识产权的生物雷达。这种雷达可以穿透障碍物，测试到生命体的微小运动，达成对被困职员的有效探测。

为了捕捉微弱的生命信号，团队构建了全新的零中频收发系统，通过控制相参信号延时，将系统固有噪声与体表微动引起的回波区隔开来。除此之外，通过深入研究生命特点信号的生理特点，团队设计出一种对生命信号高敏锐的雷达收发系统，解决了信号滤波与功率放大的匹配问题。

伴随技术的不断进步，团队又达成了从生物雷达到“透视眼镜”的跨越式进步。研究团队通过设计和迭代超材料——即一种通过精心设计其内部结构，而不是依靠于其组成材料的化学性质来获得特定物理特质的人工材料——将它塑造成可光学透视的超表面，一般是由具备特殊几何形状的微小结构组成的薄层，可以控制光的相位、振幅和偏振等属性，覆盖在生物雷达的外表层。当生物雷达发射的电磁波经过超表面时，超表面可以参考眼动信息，灵活调控电磁波的传播方向和特质，达成对目的的精准探测。做到了 “看什么地方探什么地方”，很大地增强了设施的灵活性和自动化水平，为灾害救援提供了更便捷的解决方法。

中国科学家的这类技术突破不只停留在实验室阶段，还经过了实战检验。在2008年的汶川地震救援中，王健琪教授的团队携带生物雷达设施，成功在废墟中探测到幸存者的生命信号，为救援行动提供了宝贵的信息支持。通过实地测试，生物雷达可以穿透三层楼倒塌后的废墟，显示出其强大的探测能力和应用价值。

不过，大家还是要了解的认识到，虽然中国在雷达探测生命特点方面的研究已获得显著成就，但与国际先进技术相比，仍存在肯定差距。国际上，如美国和欧洲的研究机构和企业，在雷达探测生命特点的技术研究上起步较早，拥有丰富的经验和技术积累。比如，美国麻省理工学院开发的微动雷达系统可以达成高精度的生命体征监测，欧洲一些企业也推出了商用的生命探测雷达设施。

然而，中国在该范围的研究也在飞速追赶。通过自主革新和技术攻关，中国科研团队不只成功研制出高性能的生物雷达设施，还达成了从实验室到实质应用的迅速转化。比如，在汶川地震后的搜救行动中，中国团队携带的生物雷达设施发挥了要紧用途，证明了其在实质救援中的有效性。将来，雷达探测生命特点的技术或有着广阔的应用前景。第一，在灾害救援中，该技术可以迅速定位被困职员，为救援争取宝贵时间。第二，在医学监测中，非接触式的雷达生命体征监测设施可以用于医院和家庭护理，提升患者的监测精度和舒适度。除此之外，该技术还可以应用于安防和军事范围，比如测试潜在的安全威胁和监测战场伤员等。伴随技术的不断成熟和优化，雷达探测生命特点的应用将愈加广泛和深入。尤其是在AI和机器学习技术的加持下，该技术的自动化和智能化水平将进一步提高，带来愈加精确和高效的探测能力。

在雷达探测生命特点范围，中国与国际同行之间既有合作也有角逐。通过国际合作，中国科学家可以借鉴和学习海外的先进技术和经验，加速自己的技术进步。同时，通过技术革新和突破，中国在这一范围渐渐形成了自己的优势和特点。中国的生物雷达和“透视眼镜”系统在性能和应用场景上都具备独特的革新，为国际雷达探测技术的进步提供了新的思路和策略。在将来的进步中，雷达探测生命特点技术将继续发挥其独特的优势，为人类社会的进步和安全做出更大的贡献。

本文为科普中国·创作培育计划扶持作品作者：火箭叔 科普创作者

出品：中国科协科普部

监制：中国科技出版社公司、北京中科星河文化传媒公司

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