基于FPGA的生命探测仪算法研究与系统设计
回波信号除了生命信号外，还包含有杂波和噪声等客观存在的信号，主要包括地表物体、云雨和人为施放的干扰等。墙壁等固定物体的回波和干扰信号可以建模成高斯色噪声，人体的呼吸、心跳信号可以建模成谐波过程，因此可假设接收的回波信号模型为：
本文所述的生命探测雷达系统采用1．5 GHz的工作频率。根据正常人的生命体征参数可以进行多普勒频率的估计。平静状态下人的心跳频率大约是60次／分钟，即1次／秒，心脏跳动一次有扩和张各一次，每次扩张的位移大约D=5 mm，则多普勒频率fd=2vd／λ=2(2D／t)／λ= 0．11Hz；呼吸频率是20次／分钟即0．33次／秒，呼吸一次有呼和吸各一次，每次呼吸的位移D=5mm，则多普勒频率fd=2vd／λ=2(2D／t)／λ=0．04 Hz；步行的速度约为fd=2vd／λ=5 Hz。根据以上推断，人体心跳和呼吸微动的多普勒频移分别为0．11 Hz和0．04 Hz；体动的多普勒频率约为5～50 Hz，生命信号归属于微弱的低速目标多普勒信号。
本文即采用数字滤波器在FPGA中进行生命信号的处理，针对人体呼吸、心跳和体动等不同频率多普勒频移，设计了两路FIR滤波器完成干扰及杂波的滤除。
2 基于FPGA的系统硬件设计方案
本生命探测仪采用连续波雷达体制，由天线、发射机和接收机、信号处理机、显示控制平台等组成，其中信号处理机是生命探测仪算法实现的主要部分。信号处理机由一块电路板组成，分别进行模拟信号和数字信号处理。本设计中FPGA芯片主要完成超低速微弱信号的去噪以及低频滤波的工作，选用Altera公司的CycloneⅢ系列的EP3C80F484C7芯片。FPGA器件能够以高速、实时、低成本、高灵活性的优点应用于数字信号处理领域，利用它来进行数字滤波器的设计技术已经非常成熟。本文引用地址：//m.amcfsurvey.com/article/190438.htm
图1所示为本文的信号处理机系统功能框图。图中，输入信号是低频微弱信号，为了降低信号处理板与微波前端的相互影响，在信号调理电路中采用一级电压跟随电路，起到缓冲隔离的作用，然后对信号进行放大、数模转换，再送入数字信号处理单元。
3 FPGA软件设计
FPGA是本系统的核心模块，承载了全部的数字元电路设计。FPGA完成的功能如下：
(1)为整个系统提供时序信号，包括A／D采样时钟、运放以及A／D等器件控制信号；
(2)完成两路FIR滤波器硬件实现，FPGA内部模块主要包括两个滤波器、FIFO、串口、控制模块，图2所示是FPGA内部软件设计原理图。
电容式触摸屏相关文章:电容式触摸屏原理
评论