被动式人体探测系统的双人体耦合心电场分析

　　0引言

　　人体探测技术是利用人体特殊性质通过专门的传感器对位于阻隔物后的人体达到指向与定位目的的一项技术[1]。固定式和便携式的隔墙人体探测器的应用，能较早、准确地发现隐蔽在阻隔物后的敌人，满足公安、武警等部门的特种需求，极大提高城市巷战人员的侦察与生存能力，在国家安全和反恐防暴方面有重要的意义。人体探测技术中对人体产生的目标特性分析是不同类型探测器研究过程的重要环节。前人对隔墙探人技术在针对不同目标特性有较深入的研究。其中，美国WindGap探测系统公司利用静电场原理研制出的“探人器”装置，目标电场为整个人体在空气介质中产生的静电场[2];美国佐治亚技术研究所研制的“手电筒式雷达”探测装置，利用的是多普勒雷达技术，探测目标为人体呼吸时胸腔起伏所产生的微小距离变化[3];俄罗斯莫斯科同立大学研制成功了一种亚毫米波热像仪，可以穿透普通红外线所不能穿透的障碍物，探测人体所发出的亚毫米波[4]。可是，前人针对人体心脏所产生的心电电场生命体征的探测技术却较少涉及。根据人类电生理学理论，人体心脏具有高度的空间非均匀性，且能产生人体最强的电场和电场梯度模。利用人类心脏电场的独特性，结合针对人体心电电场传感器的应用，可以发展隔墙探人技术。

　　本文重点讨论了以人体心电信号为目标的被动式静电探测系统中.建立于探测者与被探测者之间的双人体藕合心电场模型，应用三维有限元方法对该电场问题进行分析。文中首先从电偶极子的角度建立了以心电偶极子为电场源的人体心电场模型;其次，分析了双人体桐合心电场模型及其特性;最后，在此模型下利用三维有限元方法对单人体与双人体锅合心电场进行建模与仿真口据此进行的仿真结果清晰展示了双人体藕合心电场的特性与优点，对人体探测技术的进一步研究提供了合理正确的电场模型。

　　1双人体藕合心电场

　　1. 1心电偶极子

　　对整个人体而言.人类的心脏很特别，并且它所产生的电场形态也很特殊。心脏由儿个邹分的心肌组成、每个部分的心肌又是由大量的心肌细胞构成。心脏的生物电变化正是来源于大量心肌细胞的除级和复极的电变化过程[5]。将心脏电生理过程对应静电场理论，心肌细胞在静息状态时，则相当于一个闭合的电偶层，心肌细胞的正、负电中心重合。对外不显电性;当心肌细胞进人除极与复极过程时.其电偶层的正、负电中心开始分离，使得整个心肌细胞产生电场中的某点电势不为零[6]

　　如图1(a)所示.心肌细胞正在除极.L1为除极膜部分。细胞膜内带正电荷，膜外带负电荷,L2是尚未除极的静息膜，细胞膜内带负电荷.膜外带正电荷.它们对细胞产生电场的某点P立体角相等。两部分电偶极矩的方向相同。且指向P点，根据物理学电偶层电势原理.此时心肌细胞电场中的电位为: