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

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

系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　2．1 震動(dòng)傳感器信號檢測單元設(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級放大倍數(shù)應(yīng)盡可能小，目標(biāo)震動(dòng)信號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)信號不至于由于其零輸出電壓的影響而失真。由于第1級放大電路的儀表放大器的輸出信號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，為避免其在后續(xù)電路中被放大，在第2級放大電路前需加一個(gè)高通濾波電路隔離該信號。在此用RC二階高通濾波器消除零輸出電壓對后續(xù)目標(biāo)信號放大的影響。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REF接1．5 V參考電壓，調(diào)節(jié)Rg2使輸出信號在滿量程時(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、高性價(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 信號采集預(yù)處理

　　信號采集后為了能夠在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幅值，并將信號統(tǒng)一到同一數(shù)量級。有助于計(jì)算開方時(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)算方法可參見文獻(xiàn)。