基于FPGA的微弱生命信号检测研究
中国幅员辽阔,同时也是自然灾害多发的国家之一。地震、泥石流等一直威胁着人们的生命财产安全。灾后搜救结合了多种方式,并与现代科技相结合,可以迅速准确的对遇难者进行定位和营救。非接触式雷达波生命探测技术运用多普勒频移等原理,在不接触人体的情况下,通过雷达波探测未知区域的生命体。然而生命信号具有信号弱、噪声强、频率范围低和随机性强的特点,微弱生命信号的提取在生命探测技术中显得尤为重要。 本文为解决生命探测系统中信号处理部分的问题,设计了基于FPGA的生命信号处理模块。讨论了小波变换在信号处理中的应用,重点研究小波变换多分辨率分析。在生命信号特征的分析中,运用虚拟仪器实验平台,完成了不同频段下生命信号的提取实验。实验数据表明,生命信号存在0.2-2Hz的呼吸、心跳谐波分量,以及2-15Hz的体动信号谐波分量。经过不同层数的小波分解,能有效将不同频段的生命信号提取出来。本文采用第二代小波提升方法,在FPGA上设计整数的小波分解、小波重构等模块,并用流水线技术对结构进行优化。设计了独立的数据寄存器模块,将小波变换中数据的输入输出与分解步骤隔离,提高各模块独立性;添加额外寄存器组隔离预测与更新步骤,实现流水线结构优化,提高其数据处理能力。基于FPGA的小波变换模块完成了生命探测系统中的实时信号处理。从探测数据上可以看出,体动信号由其幅度大、频率高,更容易检测出来,能够快速准确分辨出有人无人。呼吸、心跳信号微弱,容易淹没在背景噪声中。经过进一步小波分解,提取2Hz以内信号,在频域上有峰值存在,为心跳信号与呼吸信号的叠加。 实验结果表明,本文设计的小波变换信号处理模块,能够实时有效的从雷达回波信号中将微弱的生命信号提取出来。满足生命探测系统中,对信号处理模块的要求。最后,为进一步提高系统性能,对自适应的分解层数和阈值设置的研究可以进一步展开。
雷达波生命探测系统;微弱生命信号;小波变换;信息提取
华中科技大学
硕士
微电子学与固体电子学
江建军
2012
中文
TN951
61
2012-12-25（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）