采用DSP的實(shí)時(shí)震動(dòng)信號(hào)分析處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

震動(dòng)信號(hào)分析作為戰(zhàn)場(chǎng)傳感偵察系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，主要探測(cè)地面運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的震動(dòng)信號(hào)，對(duì)其信號(hào)實(shí)時(shí)分析和處理，并給出相應(yīng)的識(shí)別信號(hào)，以判別震動(dòng)目標(biāo)類(lèi)型、數(shù)量等信息。為了得到良好的震動(dòng)信號(hào)，并能初步分析處理該信號(hào)，給出了一種基于DSP信號(hào)的實(shí)時(shí)震動(dòng)信號(hào)分析處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。

系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　2．1 震動(dòng)傳感器信號(hào)檢測(cè)單元設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)傳感器采用EG GICSENSORS公司的3028型加速度傳感器。由于該傳感器的輸出為差分輸出，所以采用一個(gè)儀表放大器將其差分輸出轉(zhuǎn)換為單輸出；又由于該傳感器具有 16．8 mV的零位輸出電壓，因此第1級(jí)放大倍數(shù)應(yīng)盡可能小，目標(biāo)震動(dòng)信號(hào)疊加在放大的零輸出電壓上可能產(chǎn)生飽和失真，即可能被削頂，因此Rg1應(yīng)取得大一些。在此Rg1=10 MΩ，這樣第1級(jí)放大倍數(shù)G1≈1，于是傳感器的零輸出電壓幾乎未放大，目標(biāo)震動(dòng)信號(hào)不至于由于其零輸出電壓的影響而失真。由于第1級(jí)放大電路的儀表放大器的輸出信號(hào)中仍疊加有傳感器的零位輸出電壓，該電壓為直流或接近于直流的信號(hào)，為避免其在后續(xù)電路中被放大，在第2級(jí)放大電路前需加一個(gè)高通濾波電路隔離該信號(hào)。在此用RC二階高通濾波器消除零輸出電壓對(duì)后續(xù)目標(biāo)信號(hào)放大的影響。這里選取R=36 kΩ，C=1μF，則此高通濾波器的截止頻率為：

　　第2級(jí)REF接1．5 V參考電壓，調(diào)節(jié)Rg2使輸出信號(hào)在滿(mǎn)量程時(shí)的輸出范圍在0～3 V之內(nèi)，以便DSP的A/D轉(zhuǎn)換器采集數(shù)據(jù)，傳感器的調(diào)理電路如圖1所示。

　　2．2 DSP單元設(shè)計(jì)

　　數(shù)字信號(hào)處理器采用TI公司的TMS320F2812，該器件是一款用于控制的高性能、多功能、高性?xún)r(jià)比的32位定點(diǎn)DSP，最高可在150 MHz主頻下工作，可兼顧控制和快速運(yùn)算的雙重功能。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊采用一個(gè)8 MB的串口FlashM25P80。

　　DSP實(shí)時(shí)震動(dòng)信號(hào)分析和處理系統(tǒng)主要由震動(dòng)傳感器、前置放大電路、濾波電路、DSP數(shù)據(jù)采集分析模塊以及存儲(chǔ)模塊組成。圖2為系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖。

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　3．1 信號(hào)采集預(yù)處理

　　信號(hào)采集后為了能夠在DSP中快速處理，需要進(jìn)行去均值與歸一化，這樣可有效限制信號(hào)幅值，并將信號(hào)統(tǒng)一到同一數(shù)量級(jí)。有助于計(jì)算開(kāi)方時(shí)需要利用解一元二次方程的算法；計(jì)算除法時(shí)，為了減少機(jī)器周期的占用，需要將除法轉(zhuǎn)換為乘法。去均值與歸一化處理的計(jì)算方法可參見(jiàn)文獻(xiàn)。