雷達生命特征信號的IIR數(shù)字濾波器設計開題報告.doc
《雷達生命特征信號的IIR數(shù)字濾波器設計開題報告.doc》由會員分享,可在線閱讀,更多相關《雷達生命特征信號的IIR數(shù)字濾波器設計開題報告.doc(11頁珍藏版)》請在裝配圖網上搜索。
畢業(yè)設計(論文)開題報告題 目雷達生命特征信號的IIR數(shù)字濾波器設計器設計專 業(yè)光信息科學與技術班 級光信102學 號3100242031學 生指導教師楊秀芳副教授二一四 年一 畢業(yè)設計課題來源、類型本設計在MATLAB軟件開發(fā)環(huán)境下,用IIR濾波器提取淹沒在干擾信號中的生命雷達信號,并對呼吸信號和心跳信號實現(xiàn)分離。課題來源:自選課題。課題類型:信息提取及處理。二 生命探測技術研究的背景和意義 2008年5月12日14時27分59.5秒,北緯31.01,東經 103.42,震源深度為14km,震級8.0級,矩震級7.9級,震中烈度最大11度。四川省阿壩藏族羌族自治州汶川縣發(fā)生里氏8.0級地震,地震造成69227人遇難,374643人受傷,17923人失蹤。是中華人民共和國成立以來破壞力最大的地震,也是唐山大地震后傷亡最慘重的一次。這場地震發(fā)生的毫無征兆,它是我國建國以來,影響最大的一次。直接受災地區(qū)達10萬平方公里。地震幾乎將汶川夷為平地,到處是殘墻斷瓦,大部分人在地震中來不急逃生被壓在廢墟之下。2014年3月8日凌晨2點40分,馬來西亞航空公司稱與一架載有239人的波音777-200飛機與管制中心失去聯(lián)系的,該飛機航班號為MH370,原定由吉隆坡飛往北京。該飛機本應于北京時間2014年3月8日6:30抵達北京,馬來西亞當?shù)貢r間2014年3月8日凌晨2點40分與管制中心失去聯(lián)系。馬航已經啟動救援和聯(lián)絡機制尋找該飛機。 失去聯(lián)絡的客機上載有227名乘客。如何快速的營救救援人員看不到的傷員,成為救災的重點和難點。災難發(fā)生以后,國家采取了積極的措施,營救人員廣泛使用一種高科技救生儀,專用于搜救災難中被困人員的“生命探測儀。通過這種探測儀,可以探測人力無法到達的區(qū)域是否還有人員被困,從而實施援救。在分秒必爭的營救工作中,生命偵測儀可以幫助搜救人員迅速準確安全地發(fā)現(xiàn)仍然存活的遇險者,從而為營救工作爭取到寶貴的時間。雷達波生命探測技術是近些年來隨著軍事、醫(yī)學工程、社會發(fā)展需要而發(fā)展的一項新技術,它突破現(xiàn)行的檢測方法和技術,在不接觸目標生命體的情況下,利用人體生命參數(shù)如呼吸、心跳,對生命體進行探尋。三 本課題在國內外的研究狀況和發(fā)展趨勢目前,雷達式生命探測技術研究主要集中在美、中、俄、德等國家。起步約在80年代中后期;當時,美國以戰(zhàn)場傷員生命探測為應用背景進行了大量的研究,隨后逐步擴展到傷員搜尋、反恐、醫(yī)學診斷和監(jiān)護等應用領域。前期研究主要以線性連續(xù)波(LCW)雷達作為平臺,但由于其缺少目標距離信息,使其應用面受限。隨著技術的發(fā)展,特別是功率脈沖器件的突破,國際上近期的研究主要以超寬譜(UWB)雷達作為平臺,其強的穿透能力和高的距離分辨率,使這種技術更適合于應急搜救。我國針對雷達波生命探測技術的研究起步較晚,1998年,第四軍醫(yī)大學生物醫(yī)學工程系研究小組開始對這一個課題進行研究。于2004年研制出我國首臺LCW “雷達式生命探測儀”,通過了軍隊科技成果鑒定;該儀器在自由空間的探測距離達50米,可穿透2.3米厚度的磚墻探測到人的呼吸。2005年研制出我國首臺警用“隔墻探人雷達”,通過了公安部科技成果鑒定;2006年研制成功用于搜救的UWB“雷達式生命探測儀”,該儀器在2008汶川大地震傷員搜尋中,我國自主研發(fā)的必肯科技SJ3000雷達生命探測儀,由第四軍醫(yī)大學和西安必肯科技合作研制,其性能已達國際領先水平。該探測儀利用超寬帶雷達技術和生物醫(yī)學工程技術研制。目前使用較多的美國產品為萊福雷達生命探測儀。萊福探測儀可幫助消防搶險救援人員30秒發(fā)現(xiàn)目標,2分鐘確認被困人員。整套裝置由雷達信號發(fā)射器和電腦組成。雷達發(fā)射器利用超寬帶傳輸技術發(fā)射雷達波,并將信號處理后以無線方式發(fā)射給電腦。電腦內嵌入數(shù)百種人呼吸時胸部動態(tài)數(shù)據信號,將收到的進行信號雜波處理、波形比對后,直接給出有無生命跡象的標志。該探測儀特點:無探針、無線纜、體積小、重量輕、現(xiàn)場安裝方便、操作簡單、定位精確、堅固耐用、具有防水功能,可在雨天操作。雷達式生命探測儀是一種利用非接觸生命參數(shù)檢測技術的儀器。所謂非接觸檢測技術是相對于接觸式檢測而言的。臨床上常用的檢測方法包括心電、心音、光電式脈搏心率測量法,速度式呼吸測量法、觸診式心率測量法等都是接觸式檢測生命參數(shù)的。這些方法主要依靠依附于人體的接觸式傳感器、電極等來獲取信息,由于其對檢測對象的束縛和各種條件的限制,因而制約了其應用范圍。因此我們現(xiàn)在常使用的是非接觸式生命參數(shù)檢測技術。非接觸生命參數(shù)檢測是近期隨著醫(yī)學、軍事、社會的需要而新興發(fā)展的一項新技術。在國外一些發(fā)達國家,例如美國的一些研究所,已經和軍方合作研究非接觸生命參數(shù)檢測技術。 常用的對信號進行處理的方法有:1. 采用信號抽取的方法,減少采樣率來去掉多余的數(shù)據來實現(xiàn)信號的處理,即將原始信號每隔M個點抽取一個信號,組成新的離散數(shù)列。2. 采用信號插值的方法,增大采樣來增加數(shù)據的過程。3. 通過數(shù)學變換將一個域內的信號變換映射到另一個域內的的方法,例如:傅立葉變換、離散余弦變換、Z變換、Chirp z變換、Hilbert變換。4. 利用數(shù)字濾波器對信號進行處理是信號處理的一種基本而重要的技術,利用濾波器可從復雜的信號中提取所需要的信號,一直不需要的部分。根據不同的需要可設計出低通、帶通、高通濾波器。數(shù)字濾波器常用的分為IIR和FIR濾波器。 目前技術存在的難點:1. 需要檢測的生命信號比較微弱,且信號頻率也較低。2. 生命信號是非平穩(wěn)的、窄帶、準周期的信號。3. 障礙物對生命信號造成的衰減大。4.才多個目標較難識別和分離。 以上幾個方面的問題是非接觸式生命信號檢測中需要解決的問題。對于實際的某個研究,側重點會不同,因此涉及的難點可能會是上面四點中的某幾點。四 本課題主要研究內容1. 學習科學計算軟件MATLAB,熟悉MATLAB環(huán)境,學習在MATLAB環(huán)境編程,為課題的完成儲備必要的知識。2. 首先查閱資料,了解IIR濾波器的各種設計辦法。3. 安裝Matlab開發(fā)工具軟件,熟悉Matlab/Simulink基本使用方法。4. 學習IIR濾波器的原理和設計方法。5. 設計基于Matlab開發(fā)環(huán)境下的兩種IIR濾波器的設計方案。 方案一:用脈沖響應不變法設計IIR數(shù)字濾波器,給出該濾波器的幅頻相應圖和相頻相應圖。方法二:用雙線性變換法設計IIR數(shù)字濾波器,給出該濾波器的幅頻相應圖和相頻相應圖。 6. 用MATLAB函數(shù)直接設計IIR數(shù)字濾波器,給出該濾波器的幅頻相應圖和相頻相應圖。7. 給出雷達生命特征信號經過所設計濾波器后的時域信號和頻域信號,并對處理后的信號進行分析。8. 用MATLAB仿真工具箱SIMULINK對系統(tǒng)進行仿真。9完成文獻綜述,外文資料翻譯。五 完成論文的條件和采用的研究手段 1.雷達測量系統(tǒng)的原理:生命探測儀是利用現(xiàn)代超寬譜雷達技術和生物醫(yī)學工程技術研制的雷達設備,根據電磁波、聲波、光波等物理學原理,通過專用的傳感器將物理信號轉換電信號,再經過過濾放大后,輸出可視或可聽信號,組成的能搜索、探測、尋找生命的儀器設備??梢源┩刚趽踅橘|,如鋼筋混凝土磚混結構廢墟等,探測到壓埋在倒塌建筑物下存活的生命信息,通過檢測人體生命體征,如:呼吸、心跳等信息,從而辯識有無生命體,達到尋找存活者的目的。 雷達測量系統(tǒng)原理圖 微波信號發(fā)生器一般由壓控振蕩器構成,產生微波信號通過定向耦合器將微波信號分為兩路:一路經過微波功率放大器提高微波的發(fā)射功率,用于向外發(fā)射,另一路作為參考信號輸入混頻器;環(huán)形器用于微波的發(fā)射和接收過程中起保護作用;射頻放大器主要用于接收信號的放大,提高其信號功率,滿足信號處理的工作電壓;混頻器的作用是將其探測器接受的高頻信號與參考信號進行混頻,輸出低頻信號。 輸出的低頻信號經過信號預處理,A/D模數(shù)轉換后再送入計算機進行信號分析和處理,從中分離出人體的呼吸和心跳信號,即實現(xiàn)對人的生命參數(shù)的檢測。 設該電磁波信號為: 式中為發(fā)射角頻率,A為振幅,該信號經定向偶合器,一路通過環(huán)行器由天線發(fā)射出去,另一路去混頻器。當發(fā)射信號碰到人體等目標,將產生散射,天線接受到散射信號,并通過環(huán)行器送入混頻器。從人體散射的回波信號頻率已被人體表面的微動所頻移,設目標散射的回波信號為:式中K為系數(shù),為多普勒頻移。 根據多普勒效應,為目標的相對徑向運動速度,C為光速,為相對于發(fā)射信號的初相。,二路信號經混頻解調后產生低頻信號: 式中第一項為固定目標的雜波成分(直流分量),第二項為與呼吸、心跳直接相關的多普勒頻移成分,是檢測所需的有用信息,該信號經放大、預處理,通過濾波器在頻域上將呼吸、心跳信號分開,然后經A/D轉換,送到PC機進行處理、顯示。2. IIR濾波器的原理IIR濾波器即為非遞歸濾波器,也就是FIR濾波器沒有引入反饋。這種濾波器的脈沖響應是有限的。相反,遞歸濾波器,也就是IIR濾波器,具有反饋,一般認為具有無限的脈沖響應。3.基于matlab軟件開發(fā)環(huán)境下使用兩種方法設計IIR濾波器提取淹沒在干擾信號中的生命雷達信號,并對呼吸信號和心跳信號實現(xiàn)分離。要設計一個數(shù)字濾波器去仿真一個模擬濾波器有脈沖響應不變法和雙線性變換法。其設計過程都是由給定的模擬濾波器的系統(tǒng)函數(shù)Ha(s)去變換出相應的數(shù)字濾波器的系統(tǒng)函數(shù)H(z)。用脈沖響應不用脈沖響應不變法來設計數(shù)字濾波器,只需將給出的模擬濾波器的系統(tǒng)函數(shù)Ha(s)化為部分分式之和的形式,找出極點和系數(shù) ,帶入數(shù)字濾波器傳函當中即可。 由上述Ha(s) 和H(z)的表達式可看出:是模擬濾波器的一個極點,則相應的就是數(shù)字濾波器里的一個極點。推而廣之,則可得到脈沖響應不變法下的s平面和z平面的映射關系: 令,可得z平面的模、幅角和s平面的實部、虛部之間對應的關系:s平面z平面ImRe 用雙線性變換法來設計數(shù)字濾波器,只需將給出的模擬濾波器的系統(tǒng)函數(shù)Ha(s)當中的s替換為一個關于z成雙線性關系的網絡即可。0s平面Im(z)Re(z)z平面 4.對兩種方案進行調試仿真,得到仿真波形。 5.利用matlab編程軟件進行該系統(tǒng)的仿真,該程序的核心為(1).利用y=filter(a,b,x),計算輸入信號x的濾波輸出,求出濾波器的分子系數(shù)向量b和分母系數(shù)向量a。(2) .利用FFT將時域信號變?yōu)轭l域信號。(3) .利用abs函數(shù)和Angle函數(shù)從幅頻域響應數(shù)據中提取幅值信息和相位信息。濾波器的濾波效果四 本階段進度安排、各階段預期達到的目標第一周到第四周:了解IIR濾波器的基本機構和特點,熟悉MATLAB軟件。第五周:撰寫開題報告,擬定在兩種設計方案。第六周:撰寫文獻綜述。第七周到第八周:用兩種設計方案利用MATLAB對IIR濾波器進行設計,給出該濾波器的幅頻相應圖和相頻相應圖。第九周到第十一周:給出雷達生命特征信號經過所設計濾波器后的時域信號和頻域信號,并對處理后的信號進行分析。第十二周到第十三周:對MATLAB進行時序仿真測試,驗證方案的正確性。 第十四周:外文翻譯。第十五周到第十六周:撰寫畢業(yè)論文。七、指導教師意見對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設計(論文)結果的預測: 指導教師: 八、所 在 專 業(yè) 審 查 意 見 負責人:- 配套講稿:
如PPT文件的首頁顯示word圖標,表示該PPT已包含配套word講稿。雙擊word圖標可打開word文檔。
- 特殊限制:
部分文檔作品中含有的國旗、國徽等圖片,僅作為作品整體效果示例展示,禁止商用。設計者僅對作品中獨創(chuàng)性部分享有著作權。
- 關 鍵 詞:
- 雷達 生命 特征 信號 IIR 數(shù)字濾波器 設計 開題 報告
裝配圖網所有資源均是用戶自行上傳分享,僅供網友學習交流,未經上傳用戶書面授權,請勿作他用。
鏈接地址:http://italysoccerbets.com/p-7859077.html