穿墙生命探测雷达信号处理硬件设计

论文摘要

穿墙生命探测技术是近年来一个新的研究热点，主要利用电磁波穿透墙壁或者废墟，探测是否有生命体的存在。因其具有受环境条件影响小、穿透能力强、灵敏度高等特点，广泛应用于灾难搜救、打击罪犯、战场救护等领域。本文首先介绍了生命探测雷达系统的组成结构，重点围绕生命探测雷达的核心——信号处理开展了深入研究。设计了信号处理的硬件，包括信号调理电路、FPGA外围电路、整机电源电路等8个模块。然后，设计了FPGA数字信号处理系统，包括FIR滤波器、电池电压检测、异步串行通信等7个模块。并提出了上位机与信号处理板之间的传输协议，实现了不同数据和命令在两者间的传输。最后，根据穿墙雷达实际采集数据，对FIR滤波与小波变换应用于生命信号检测的结果进行了仿真分析。实验结果显示，与FIR滤波相比，小波变换对信号检测的群延迟要小的多，并且具有更好的滤波效果。本文设计的穿墙生命探测系统具有体积小、集成度高和低功耗的特点。调试和试验结果表明，信号处理硬件的设计达到了预期设计要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 论文主要内容和工作
• 第二章 穿墙雷达系统简介
• 2.1 工作原理
• 2.2 系统构成
• 2.2.1 天线
• 2.2.2 接收机发射机
• 2.2.3 信号处理板
• 2.2.4 显控平台
• 2.3 本章小结
• 第三章 信号处理系统设计
• 3.1 前端接口电路
• 3.2 电压跟随电路
• 3.3 高通滤直流电路
• 3.4 程控增益电路
• 3.5 A/D 转换电路
• 3.6 FPGA 外围电路
• 3.6.1 FPGA 电源电路
• 3.6.2 时钟电路设计
• 3.6.3 FPGA 配置电路
• 3.7 串行通信电路
• 3.8 电池电压采集电路
• 3.8.1 DS2438 内部的存储器
• 3.8.2 状态/标志寄存器
• 3.8.3 电压寄存器
• 3.9 整机电源电路
• 3.10 本章小结
• 第四章 FPGA 模块设计
• 4.1 时钟管理模块
• 4.2 FIR 滤波器模块
• 4.2.1 滤波器技术指标
• 4.2.2 逼近技术指标
• 4.2.3 硬件实现
• 4.3 异步FIFO 缓存模块
• 4.4 异步串行通信模块
• 4.4.1 波特率发生器
• 4.4.2 串行发送模块
• 4.4.3 串行接收模块
• 4.5 电池电压检测模块
• 4.5.1 DS2438 的工作时序
• 4.5.2 DS2438 控制命令
• 4.6 程控增益控制模块
• 4.7 通信模块
• 4.8 本章小结
• 第五章 生命信号处理算法研究及调试结果
• 5.1 FIR 滤波器的信号检测
• 5.1.1 FIR 滤波器
• 5.1.2 FIR 滤波器实验仿真结果
• 5.2 小波变换生命信号处理
• 5.3 小波变换
• 5.3.1 多分辨率频域通道分割
• 5.3.2 小波滤波实验仿真结果
• 5.4 调试结果
• 5.5 本章小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 在读期间研究成果
• 附录A 信号处理板实物图
• 附录B 穿墙生命探测雷达系统整体实物图