DSP用于雷達式生命探測儀的信號處理系統(tǒng)設計

3.3 數(shù)字信號處理流程

數(shù)字信號處理分為兩個大的模塊，一路經小波變換后對信號做時域處理;另一路根據(jù)回波信號的特征，設計各種數(shù)字信號處理算法，并在軟件程序設置合適的門限值，根據(jù)門限軟件來完成人體有/無、動/靜、數(shù)量等狀態(tài)信息的識別，并做頻域處理。

對于數(shù)字信號處理部分，先設計一低通濾波器去除高頻干擾信號(截止頻率要高于人體運動的頻率，一般設置為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(呼吸、心跳信號)，而高頻通道分解出來的信號一般是系統(tǒng)噪聲，采用直接置零的方法將其去除，然后再進行小波重構，恢復低頻通道分解的呼吸、心跳信號，并將其在界面上進行實時的時域波形顯示，其時域處理流程如圖5所示。對于人體運動的信號由于其頻率大約在15～35 Hz之間，信號經過低通濾波器之后，直接對其進行傅里葉變換，取模;對于人體的呼吸信號，它的頻率一般小于2 Hz，因此對信號使用小波變換處理后，采用較低的采樣頻率，然后進行積累抽樣、FFT、取模;根據(jù)實驗，如果人體處于靜止狀態(tài)，其呼吸路與體動路的信號能量比在1.5～20之間，如果處于運動狀態(tài)，呼吸路與體動路的信號能量比則在O.1～0.6之間，所以選擇γ=1作為判斷人體動靜狀態(tài)的門限閾值，如果兩路信號的能量比值γ>1為靜止或無人狀態(tài)，γ1為運動狀態(tài)，并實時顯示頻域;如果γ>1，則對信號進行諧波頻率的估計。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，如果諧波頻率估計值f在O.2～1之間，為有人靜止狀態(tài)，反之為無人狀態(tài)，并實時顯示頻域;在判定為有人之后，進一步用維格納分布和統(tǒng)計模式識別的方法對人體的數(shù)量進行確定，實時顯示頻域和維格納分布。整個過程如圖6所示。

判斷處理后的結果直接被界面顯示軟件來調用，進行單路數(shù)據(jù)的頻域或時域的實時顯示，并可以保存、打印數(shù)據(jù)。

4 結語

該系統(tǒng)采用TI公司最新推出的TMS320C6711B高性能的浮點DSP芯片和AD公司推出的AD770716位A/D轉換器設計得到的生命信號分析處理單元，構建集信號采集、信號處理、信號顯示輸出等功能的信號處理系統(tǒng)，完成了系統(tǒng)原理設計、外圍電路設計、信號處理算法設計、軟件系統(tǒng)設計等工作。結果證明設計原理切實可行，電路功能合理，軟件系統(tǒng)運行穩(wěn)定，能夠完成大量復雜的算法，滿足生命信號探測系統(tǒng)智能化、實時化的要求，而且整個處理系統(tǒng)集成度高、體積小，達到了系統(tǒng)便攜化、小型化的設計目的。由于近年來雷達波生命探測系統(tǒng)應用環(huán)境的拓展和軍民領域需求的增加，本探測系統(tǒng)具有很好的應用前景。