DSP用于雷達(dá)式生命探測儀的信號(hào)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.3 數(shù)字信號(hào)處理流程

數(shù)字信號(hào)處理分為兩個(gè)大的模塊，一路經(jīng)小波變換后對(duì)信號(hào)做時(shí)域處理;另一路根據(jù)回波信號(hào)的特征，設(shè)計(jì)各種數(shù)字信號(hào)處理算法，并在軟件程序設(shè)置合適的門限值，根據(jù)門限軟件來完成人體有/無、動(dòng)/靜、數(shù)量等狀態(tài)信息的識(shí)別，并做頻域處理。

對(duì)于數(shù)字信號(hào)處理部分，先設(shè)計(jì)一低通濾波器去除高頻干擾信號(hào)(截止頻率要高于人體運(yùn)動(dòng)的頻率，一般設(shè)置為50 Hz)，通過小波變換的小波分解提取出低頻通道的有用信號(hào)(呼吸、心跳信號(hào))，而高頻通道分解出來的信號(hào)一般是系統(tǒng)噪聲，采用直接置零的方法將其去除，然后再進(jìn)行小波重構(gòu)，恢復(fù)低頻通道分解的呼吸、心跳信號(hào)，并將其在界面上進(jìn)行實(shí)時(shí)的時(shí)域波形顯示，其時(shí)域處理流程如圖5所示。對(duì)于人體運(yùn)動(dòng)的信號(hào)由于其頻率大約在15～35 Hz之間，信號(hào)經(jīng)過低通濾波器之后，直接對(duì)其進(jìn)行傅里葉變換，取模;對(duì)于人體的呼吸信號(hào)，它的頻率一般小于2 Hz，因此對(duì)信號(hào)使用小波變換處理后，采用較低的采樣頻率，然后進(jìn)行積累抽樣、FFT、取模;根據(jù)實(shí)驗(yàn)，如果人體處于靜止?fàn)顟B(tài)，其呼吸路與體動(dòng)路的信號(hào)能量比在1.5～20之間，如果處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，呼吸路與體動(dòng)路的信號(hào)能量比則在O.1～0.6之間，所以選擇γ=1作為判斷人體動(dòng)靜狀態(tài)的門限閾值，如果兩路信號(hào)的能量比值γ>1為靜止或無人狀態(tài)，γ1為運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并實(shí)時(shí)顯示頻域;如果γ>1，則對(duì)信號(hào)進(jìn)行諧波頻率的估計(jì)。在X波段，人體呼吸和心跳的多普勒頻率大約在O.2～1 Hz范圍內(nèi)，如果諧波頻率估計(jì)值f在O.2～1之間，為有人靜止?fàn)顟B(tài)，反之為無人狀態(tài)，并實(shí)時(shí)顯示頻域;在判定為有人之后，進(jìn)一步用維格納分布和統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別的方法對(duì)人體的數(shù)量進(jìn)行確定，實(shí)時(shí)顯示頻域和維格納分布。整個(gè)過程如圖6所示。

判斷處理后的結(jié)果直接被界面顯示軟件來調(diào)用，進(jìn)行單路數(shù)據(jù)的頻域或時(shí)域的實(shí)時(shí)顯示，并可以保存、打印數(shù)據(jù)。

4 結(jié)語

該系統(tǒng)采用TI公司最新推出的TMS320C6711B高性能的浮點(diǎn)DSP芯片和AD公司推出的AD770716位A/D轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)得到的生命信號(hào)分析處理單元，構(gòu)建集信號(hào)采集、信號(hào)處理、信號(hào)顯示輸出等功能的信號(hào)處理系統(tǒng)，完成了系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)、外圍電路設(shè)計(jì)、信號(hào)處理算法設(shè)計(jì)、軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)等工作。結(jié)果證明設(shè)計(jì)原理切實(shí)可行，電路功能合理，軟件系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，能夠完成大量復(fù)雜的算法，滿足生命信號(hào)探測系統(tǒng)智能化、實(shí)時(shí)化的要求，而且整個(gè)處理系統(tǒng)集成度高、體積小，達(dá)到了系統(tǒng)便攜化、小型化的設(shè)計(jì)目的。由于近年來雷達(dá)波生命探測系統(tǒng)應(yīng)用環(huán)境的拓展和軍民領(lǐng)域需求的增加，本探測系統(tǒng)具有很好的應(yīng)用前景。