导言
雷达式生命探测仪是以非触摸办法获取墙面、废墟等不透明障碍物后生命体微动信息的探测体系。其基本原理是：首要发射特定方式的电磁波，当电磁波照射到人体后，其回波信号被人体运动(心跳、呼吸、走动)所调制而发生多普勒频率，然后选用必定的硬件电路和软件算法，从检测到的多普勒频率中提取人体的生命特征参数，终究判别出人体有／无、动／静、数量等状况信息。雷达式生命探测仪运用广泛，特别是近年来因为世界各地大型自然灾害的频发和恐惧犯罪活动的猖狂，更使雷达式生命探测仪日益受到重视。而因为生命探测仪的运用环境杂乱多变，因而对它提出了外观小型化、便携化和检测智能化、实时化的要求。信号处理体系是生命探测仪的重要组成部分。本课题的研讨选用功用强大的高速浮点数字信号处理器(DSP)TMS320C6711B来完结很多杂乱运算，以减小设备体积和功耗。从软件和硬件两方面下手，处理实时检测和操作携带方便的问题。
1 体系规划计划
信号处理体系分为模仿信号处理体系和数字信号处理体系两个子体系。体系的主体是由DSP芯片和A／D转化芯片组成，如图1所示。其间A／D首要完结模仿信号到数字信号的转化，DSP芯片则用于完结数字信号的剖析、处理以及操控。体系中的前端预处理部分首要完结对I／Q信号的调制解调、A／D转化、部分实时数字信号处理、处理后数据的传输，以及接纳和处理后端发来的指令(包含信号扩大倍数、A／D的采样率、数字信号处理进程中参数的挑选等)。体系的后端则首要用于操控和显现，完结人机交互功用。DSP外扩的FLASH完结boot loader，上电发动后DSP主动从FLASH中加载程序到DSP内部RAM中运转，外扩的SDRAM用于DSP进行算法处理时暂存数据。
2 硬件电路规划
2．1 DSP芯片挑选
规划DSP运用体系，挑选DSP是非常重要的一个环节，只要挑选好了DSP才干进一步规划外围电路。依据本体系规划中所提出的硬件电路集成度高、体积小、功耗低和实时检测显现的要求和满意小波改换、FFT、谐波分化、维格纳散布多种杂乱算法的需求，选用Tl公司新式C6000系列高性能浮点DSPTMS320C6711B作为体系的信号处理开发渠道。其首要特色有：片内8个并行的处理单元，可分为相同的两组。它的体系结构选用超长指令字(VLIW)结构，单指令字长为32b，8个指令组成一个指令包，总字长为8×32=256 b。芯片内部设置了专门的指令分配模块，可以将256 b的指令包一起分配到8个处理单元，并由8个单元一起运转。因为芯片的最高时钟频率可以到达150 MHz，当片内的8个处理单元一起运转时，芯片的最大处理才干可以到达2 400 MIPS(每秒百万条指令)。此外，TMS320C6711B还有32 b的EMIF总线，有4个空间，每个空间均可与SDRAM，SBSRAM和异步外设完结无缝接口。
2．2 DSP外围电路规划
体系的外围电路由复位电路、时钟电路、电源电路、内存扩展电路等几个部分组成，其外围电路组成框图如图2所示。
DSP的复位电路一般由电源芯片供给，TI公司的大多数电源芯片都供给复位信号到DSP。运用电源芯片供给复位信号可以省去专门的复位电路。此外，也可以在电源芯片相应引脚上衔接复位按键，供给手动复位功用。电源芯片复位信号可以主动监测电源的电压状况。本体系规划中选用电源芯片复位电路。
因为TMS820C6711B内核可以运转到150 MHz，而外设最高只能运转在100 MHz，故TMS320C6711B的外部时钟由体系发生从ECLKIN引脚引进，ECLK0UT输出，而不选用本身的150 MHz两分频的ECLKOUT2输出，然后进步外部存储器的存取功率。体系电源由外部变压器供给，变压器输出+5 V，通过电源调整芯片发生体系所需求的两种电压+3．3 V和+1．8 V。电路选用PT6932(Plug-in Power Modules)计划，PT6932供给双电源输出(3．3 V和1．22／1．5 V)，其输出电压可以由输出匹配电阻调整，1．5 v可以升至1．8 V，一起其双电压的上电和掉电次序内部受控，可以满意TMS320C6711B的供电次序要求。
内存扩展选用2片外围数据存储器和1片128K×8 b的FLASH，其间数字存储芯片选用由两片4M×16 b宽度SDRAM组成单CE空间32 b宽SDRAM类型，FLASH芯片则选用MBM29LV800TA。
2．3 A／D转化电路
A／D转化选用高分辨率的模数转化芯片AD7707，因为其外部模仿输入信号的电压规模为±5 V，所以挑选高电压模仿输入通道AIN3作为模仿信号输入端。AD7707的时钟信号由外围有源时钟芯片供给，数字信号输入端DIN直接与DSP串行数据输出端DX相连。其数字信号输出端DOUT直接与DSP的串行数据输入端BDR相连。串行时钟信号SCLK直接与DSP的串行口发送时钟信号、串行口接纳时钟信号CLKX相连，如图3所示。
3 体系软件规划
3．1 体系软件流程图
该体系软件的规划参阅雷达波生命参数检测体系软件规划要求，运用TI的归纳开发调试软件CCS完结软件的编写调试。软件首要完结非触摸生命信号的收集、剖析和处理，最终传送至液晶显现器进行显现。软件的流程如图4所示，软件一开始首要屏蔽一切可屏蔽中止，然后对DSP进行初始化，包含状况寄存器、矢量表以及MeBSP串行口的初始化，并对AD7707进行初始化。然后翻开中止，等候外部中止。在中止服务程序中读取通过数模转化后的数据，并对数据进行处理、发送HPI中止，让外部MCU通过HPI接口读取数据，显现输出。
3．2 初始化
初始化是设定体系作业状况的重要进程，只要正确进行初始化，才干确保芯片的正确运转。体系初始化包含DSP的McBSP初始化和AD7707的初始化两个部分。
DSP上电复位今后各寄存器都处于一个预先确认的数值状况。上电时间，体系上电复位，寄存器复位到初试值。McBSP通过3个16位寄存器SPCRl(串行口接纳操控寄存器1)、SPCR2(串行口接纳操控寄存器2)、PCR(引脚操控寄存器)来装备。接纳和发送操作的各种参数通过接纳和发送操控寄存器RCRl(接纳操控寄存器1)、RCR2(接纳操控寄存器2)、XCRl(发送操控寄存器1)、XCR2(发送操控寄存器2)。
AD7707的初始化首要是完结各寄存器的初始化。包含设定输入信号通道、信号采样频率、采样增益、输入时钟源等。
3．3 数字信号处理流程
数字信号处理分为两个大的模块，一路经小波改换后对信号做时域处理；另一路依据回波信号的特征，规划各种数字信号处理算法，并在软件程序设置适宜的门限值，依据门限软件来完结人体有／无、动／静、数量等状况信息的辨认，并做频域处理。
关于数字信号处理部分，先规划一低通滤波器去除高频搅扰信号(截止频率要高于人体运动的频率，一般设置为50 Hz)，通过小波改换的小波分化提取出低频通道的有用信号(呼吸、心跳信号)，而高频通道分化出来的信号一般是体系噪声，选用直接置零的办法将其去除，然后再进行小波重构，康复低频通道分化的呼吸、心跳信号，并将其在界面上进行实时的时域波形显现，其时域处理流程如图5所示。关于人体运动的信号因为其频率大约在15～35 Hz之间，信号通过低通滤波器之后，直接对其进行傅里叶改换，取模；关于人体的呼吸信号，它的频率一般小于2 Hz，因而对信号运用小波改换处理后，选用较低的采样频率，然后进行堆集抽样、FFT、取模；依据试验，假如人体处于停止状况，其呼吸路与体动路的信号能量比在1．5～20之间，假如处于运动状况，呼吸路与体动路的信号能量比则在O．1～0．6之间，所以挑选γ=1作为判别人体动态状况的门限阈值，假如两路信号的能量比值γ>1为停止或无人状况，γ1为运动状况，并实时显现频域；假如γ>1，则对信号进行谐波频率的估量。在X波段，人体呼吸和心跳的多普勒频率大约在O．2～1 Hz规模内，假如谐波频率估量值f在O．2～1之间，为有人停止状况，反之为无人状况，并实时显现频域；在判定为有人之后，进一步用维格纳散布和计算模式辨认的办法对人体的数量进行确认，实时显现频域和维格纳散布。整个进程如图6所示。
判别处理后的成果直接被界面显现软件来调用，进行单路数据的频域或时域的实时显现，并可以保存、打印数据。
4 结语
该体系选用TI公司最新推出的TMS320C6711B高性能的浮点DSP芯片和AD公司推出的AD770716位A／D转化器规划得到的生命信号剖析处理单元，构建集信号收集、信号处理、信号显现输出等功用的信号处理体系，完结了体系原理规划、外围电路规划、信号处理算法规划、软件体系规划等作业。成果证明规划原理切实可行，电路功用合理，软件体系运转安稳，可以完结很多杂乱的算法，满意生命信号探测体系智能化、实时化的要求，并且整个处理体系集成度高、体积小，到达了体系便携化、小型化的规划意图。因为近年来雷达波生命探测体系运用环境的拓宽和军民范畴需求的添加，本探测体系具有很好的运用远景。
