雷达技术应用于生命探测领域，融合医学、电子工程、计算机科学、微弱信号检测和现代信号处理等技术，形成了雷达式生命探测技术。它以人体目标作为检测对象，利用雷达发射出的电磁波可穿透一定厚度非金属介质（木门、砖墙、废墟等）的特性非接触地发现、识别和定位生命体。我们将用于生命探测领域的雷达统称为生物雷达。生物雷达作用于人体目标，通过检测人体的呼吸、心跳等生命体征引起的胸壁节律性振动以及目标的体动来探测生命体，根据雷达体制可分为窄带生物雷达和超宽带生物雷达。其中，超宽带生物雷达因其具有穿透能力强、可超近程探测、距离分辨力高等优势，在地震、塌方等灾后搜救行动和穿墙监视等反恐行动中具有极高的应用价值。　　目前，超宽带生命探测研究主要集中在生命体的探测和识别上。由于人体的生命回波信号十分微弱，为了提高检测灵敏度，大多数研究都采用了较高中心频率的超宽带雷达。但是由于穿透能力的限制，这些研究仅限于穿透简单障碍物（木板或砖墙）探测人体目标，无法应用于地震、塌方等灾害造成的复杂废墟场景。因此，为了增强穿透能力，很多研究采用降低雷达中心频率的方法进行实验。但是，当中心频率降低以后，雷达探测灵敏度也随之降低。另一方面，废墟下压埋的幸存人员处于受困状态，由于呼吸活动的减弱和姿势的变化，使得超宽带雷达回波信号的信噪比急剧下降。这两方面的因素共同作用，增大了穿透废墟障碍物探测搜救幸存人员的难度，使超宽带生物雷达的应用受到一定限制。　　针对超宽带生物雷达在实际应用中存在的以上问题，许多研究者从信号处理的角度出发，开发出各种信号处理的方法改进探测性能，虽然具有一定效果,但是其挖掘潜力局限性较大，因此，需要另辟蹊径，寻求新方法。我们研究知道超宽带生物雷达具有二维回波，除用于时域积累和处理的慢时间域信号外，还有包含丰富距离信息的距离向信号，但它并未得到充分开发利用。　　距离向积累和断层处理是常见的两种距离向信息处理方法，课题组前期研究表明回波距离向积累的方法,由于距离向回波的非线性,对雷达探测能力的提升有限。而断层处理作为一种常用的线性简化方法不仅可以改善段间干扰问题，而且能有效地提升段内对比度和特异性。本论文的研究目的是将断层处理技术应用于超宽带生命探测领域进行断层探测，提升超宽带生物雷达的探测能力。　　断层处理的基本思路是将探测区域进行分段，在不同的断层内根据实际情况采用特殊的信号处理方法达到增强段内信噪比、提高目标识别率的目的,其基本思想是将一个复杂的非线性问题分解为若干个近似线性问题来处理。超宽带生物雷达中，时窗决定了距离向上雷达的探测范围，故断层探测的核心在于时窗划分。本论文基于课题组现有的400MHz低中心频率超宽带生物雷达展开研究，首先建立了断层探测硬件实验平台，接着实验分析断层探测对超宽带生物雷达探测能力的影响，并从理论上去探究其原因，其次还编写了断层探测控制软件，最后通过不同场景下对比实验，验证超宽带生物雷达断层探测系统的探测能力。主要完成以下五部分的工作：　　（1）搭建了基于精密线性模组的人体表面微动模拟系统，为雷达式生命探测研究提供标准的探测信标。　　（2）改进雷达硬件电路，实现了超宽带生物雷达断层探测功能，将整个探测区域进行分段，获取不同断层内回波信息，为下一步信号处理和目标识别提供基础。　　（3）研究比较并分析了超宽带生物雷达断层探测硬件平台与课题组原有探测平台在目标探测能力上的区别。　　（4）提出了一种基于小波能谱和小波信息熵联合的信号处理算法，并在模拟废墟场景进行实验，评估算法的探测性能。　　（5）开发了一套基于断层探测的超宽带生物雷达控制软件，与雷达硬件平台共同组成超宽带生物雷达断层探测系统，在不同场景下进行探测实验，评价系统性能。　　本论文的主要结果和结论有：　　（1）构建的人体表面微动模拟系统，幅度和频率精确可控，输出参数同一性高，可实现频率为0.1Hz，位移为1mm的周期性运动，满足人体呼吸和心跳引起的体表微动的频率和幅值模拟要求。通过仿真分析和实验,确定了跟人体目标有相似散射特性的散射体材料及其尺寸，将其作为模拟系统搭载的标准散射体进行实验，可有效的避免以人体目标为实验对象时，由于个体差异等诸多原因造成的结果误差。　　（2）研制了基于断层探测的超宽带生物雷达硬件平台，通过合理地设置决定探测范围的时窗参数，可实现对整个探测区域的分段细化探测。　　（3）以对人体表面微动模拟系统的雷达回波强度和可分辨的最小位移作为评价指标，将超宽带生物雷达断层探测硬件平台与原有探测平台进行探测能力对比实验，结果表明：随着模拟系统位置向探测区域远端移动，断层探测平台的探测能力降低；模拟系统位于同一位置时，断层探测平台的探测能力优于原探测平台。研究分析表明距离衰减和等效采样精度是造成探测能力差异的主要原因。　　（4）针对超宽带生物雷达回波信号非高斯、非平稳和非线性的特点，提出基于小波能谱和小波信息熵联合的信号处理方法，模拟废墟场实验研究表明该方法可以提高复杂环境下目标检测和识别准确度。　　（5）基于Delphi平台开发了超宽带生物雷达断层探测控制软件，能够实现探测范围内任一断层探测范围自由选择探测，并能够从近及远连续断层探测，穿单砖墙探测实验和模拟废墟场实验均表明该系统在探测准确性、探测区域选择灵活性等方面优于原有探测系统。　　本论文的主要创新点包括：　　（1）基于精确控制技术和仿真构建的人体表面微动模拟系统，能够从呼吸引起的体表微动幅度、频率和人体目标散射雷达回波能量大小三个层次全面模拟真实人体，作为标准探测信标可用于雷达式生命探测技术各个层次的研究。　　（2）从超宽带二维回波距离向信息入手,提出了基于分段近似线性探测的新方法，以解决复杂环境探测时由于回波的非线性引起的探测能力不强的问题。　　（3）提出一种新的目标识别算法，提高了复杂环境下目标识别的准确度。　　（4）建立了超宽带生物雷达断层探测系统，不同实验场景下探测对比实验表明该系统探测能力优于原有系统。