Биорадиолокация

Биорадиолокация — метод дистанционного обнаружения и диагностики людей, в том числе за оптически непрозрачными препятствиями, основанный на модуляции радиолокационного сигнала колебательными движениями и перемещениями органов человека.

В настоящее время в связи с удешевлением вычислительных ресурсов, необходимых для обработки сигнала, а также миниатюризацией СВЧ устройств возник интерес к использованию радиолокаторов в задачах, когда отражающим объектом является тело человека в целом или отдельные его части и внутренние органы. Обнаружение людей за непрозрачными препятствиями (стенами домов, лиственным покровом) стало актуальным в последнее время в связи с возрастанием террористической угрозы и некоторыми другими специальными приложениями в военной области. В других случаях рассматривается возможность обнаружения и дистанционной диагностики неподвижных людей, в том числе за препятствием, по колебаниям их внутренних органов. Возможным использованием этого эффекта является обнаружение живых людей под завалами строительных конструкций, образовавшихся в результате природных или техногенных катастроф, и различные медицинские приложения в тех случаях, когда необходим дистанционный контроль за состоянием пациента.

Первопричиной наличия биометрической информации в отраженном радиосигнале являются сокращения сердца, сосудов, легких и других внутренних органов человека, а также артикуляция (одновременная работа активных произносительных органов: голосовых связок, языка, губ, небной занавески). Эти процессы носят квазипериодический характер и вызывают модуляцию отраженного радиолокационного сигнала. Можно выделить четыре группы биомеханических движений, которые отличаются как по частотному диапазону, так и по амплитуде. К ним относятся:

• сокращения сердечной мышцы (частоты в диапазоне 0.8 — 2.5 Гц, амплитуды колебаний на грудной клетке 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);
• движение органов речи человека (частота основного тона колебаний голосовых связок около 100 Гц);
• движение других частей тела человека (рук, ног и т. д.).

Конкретные значения этих частот и амплитуд перемещений определяются физической активностью и состоянием испытуемого. Наиболее сложным представляются процессы артикуляции, так как в них участвуют сразу несколько различных органов тела человека, обладающих своими собственными характеристиками. Изучение процессов артикуляции при произнесении звуков может быть использовано при дистанционном распознавании речи без использования акустических устройств, в том числе при расположении объекта измерения за препятствиями, например за стенами зданий.

При селекции 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 величине перемещения обнаруживаемого объекта в гигагерцовом диапазоне волн потенциально 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.

В качестве задач, где может быть применение биорадиолокации, можно выделить следующие:

• обнаружение людей, находящихся под завалами в результате землетрясений, техногенных катастроф, схода лавин, когда скорейшее определение мест погребения живых людей очень важно;
• антитеррористические операции, а также при ведении боя в условиях города для обнаружения и слежения за людьми, находящимися за непрозрачными препятствиями, такими как стены или междуэтажные перекрытия, и в условиях плохой видимости;
• дистанционное обнаружение раненых при боевых действиях по их дыханию (у погибших дыхание отсутствует) для снижения риска медицинского персонала при эвакуации под огнем противника;
• дистанционное обнаружение скрытого под одеждой человека огнестрельного, холодного оружия или взрывчатых веществ самоподрывающихся;
• контроль охраняемых территорий от вторжения посторонних лиц;
• при досмотре транспортных контейнеров с целью выявления лиц, нелегально пересекающих границу;
• дистанционное определение эмоционального состояния человека с целью выявления потенциально опасных лиц, например, при предпосадочном досмотре в аэропортах;
• разработка дистанционного детектора лжи;
• 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 состоянием и диагностика внутренних органов человека;
• дистанционное слежение за состоянием плода в период беременности вместо существующих мониторов, использующих ультразвук с контактными датчиками;
• измерение эластичности кровеносных сосудов путем измерения скорости распространения импульса кровяного давления при сердечном сокращении, что поможет определить предрасположенность пациента к сердечно-сосудистым заболеваниям.