用于雷達式生命探測儀的信號處理系統設計

引言
雷達式生命探測儀是以非接觸方式獲取墻壁、廢墟等不透明障礙物后生命體微動信息的探測系統。其基本原理是：首先發射特定形式的電磁波，當電磁波照射到人體后，其回波信號被人體運動(心跳、呼吸、走動)所調制而產生多普勒頻率，而后采用一定的硬件電路和軟件算法，從檢測到的多普勒頻率中提取人體的生命特征參數，最終判別出人體有／無、動／靜、數量等狀態信息。雷達式生命探測儀應用廣泛，特別是近年來由于世界各地大型自然災害的頻發和恐怖犯罪活動的猖獗，更使雷達式生命探測儀日益受到重視。而由于生命探測儀的應用環境復雜多變，因此對它提出了外觀小型化、便攜化和檢測智能化、實時化的要求。信號處理系統是生命探測儀的重要組成部分。本課題的研究采用功能強大的高速浮點數字信號處理器(DSP)TMS320C6711B來完成大量復雜運算，以減小設備體積和功耗。從軟件和硬件兩方面入手，解決實時檢測和操作攜帶方便的問題。

1 系統設計方案
信號處理系統分為模擬信號處理系統和數字信號處理系統兩個子系統。系統的主體是由DSP芯片和A／D轉換芯片組成，如圖1所示。其中A／D主要完成模擬信號到數字信號的轉換，DSP芯片則用于完成數字信號的分析、處理以及控制。系統中的前端預處理部分主要完成對I／Q信號的調制解調、A／D轉換、部分實時數字信號處理、處理后數據的傳輸，以及接收和處理后端發來的命令(包括信號放大倍數、A／D的采樣率、數字信號處理過程中參數的選擇等)。系統的后端則主要用于控制和顯示，完成人機交互功能。DSP外擴的FLASH完成boot loader，上電啟動后DSP自動從FLASH中加載程序到DSP內部RAM中運行，外擴的SDRAM用于DSP進行算法處理時暫存數據。

2 硬件電路設計
2．1 DSP芯片選擇
設計DSP應用系統，選擇DSP是非常重要的一個環節，只有選擇好了DSP才能進一步設計外圍電路。根據本系統設計中所提出的硬件電路集成度高、體積小、功耗低和實時檢測顯示的要求和滿足小波變換、FFT、諧波分解、維格納分布多種復雜算法的需要，選用Tl公司新型C6000系列高性能浮點DSPTMS320C6711B作為系統的信號處理開發平臺。其主要特點有：片內8個并行的處理單元，可分為相同的兩組。它的體系結構采用超長指令字(VLIW)結構，單指令字長為32b，8個指令組成一個指令包，總字長為8×32=256 b。芯片內部設置了專門的指令分配模塊，可以將256 b的指令包同時分配到8個處理單元，并由8個單元同時運行。由于芯片的最高時鐘頻率可以達到150 MHz，當片內的8個處理單元同時運行時，芯片的最大處理能力可以達到2 400 MIPS(每秒百萬條指令)。此外，TMS320C6711B還有32 b的EMIF總線，有4個空間，每個空間均可與SDRAM，SBSRAM和異步外設實現無縫接口。
2．2 DSP外圍電路設計
系統的外圍電路由復位電路、時鐘電路、電源電路、內存擴展電路等幾個部分組成，其外圍電路組成框圖如圖2所示。