FIR线性最小二乘滤波器的实现与应用.doc

FIR线性最小二乘滤波器的实现与应用 1.绪论 1.1 课题背景及目的 线性最小二乘滤波方法是现代数字信号处理中的主要方法之一，在通信、雷达、声纳、机械故障诊断、社会统计、语音与图象处理等领域中具有广泛的应用背景。本设计针对生命探测冲激雷达中的窄带通信干扰消除这一特殊应用，通过计算机程序对冲激雷达回波信号以及窄带通信干信号进行仿真，设计FIR线性最小二乘滤波器,利用滤波器对仿真数据进行滤波处理，观察和评价干扰信号抑制效果。 生命探测仪是近年来研制的一种用于探测障碍物后生命迹象的高科技援救设备。5月12日14时28分，四川省汶川县发生8级地震，全国许多省区市均有震感。这场地震强度之大，波及之广，为几十年来所罕见，人民群众生命财产安全受到严重威胁。面对这场突如其来的灾难，中央领导强调，以人为本是救灾的核心，抗震救灾的核心任务是救人。建筑倒塌，余震频频，快速搜寻到幸存者是抢险救灾的首要任务。倒塌建筑物造成的生存空间非常狭小，以至于许多情况下搜索人员和搜索犬都不能进入，使搜索范围限制在倒塌建筑物表面范围，而幸存者则多数被掩埋在废墟之中。国内外历次大地震抢救生命的事实证明：对压埋人员抢救越快速及时，救出救活的可能性越大；实施救助的时间越早，救出的人员越多，因此说“灾情就是命令，时间就是生命”利用新技术的新装备——生命探测仪在此危难之际大显身手。 生命探测仪是近年发展起来的新技术，是一种用于探测生命迹象的高科技援救设备，目前常用的有红外生命探测仪、音频生命探测仪和雷达生命探测仪。生命探测仪是基于穿墙生命探测（Though-the-Wall Surveillance,简称TWS技术的发展应运而生的。TWS是研究障碍物后有无生命现象的一种探测技术，可采用无源探测和有源探测两种方法。无源探测主要是根据人体辐射能量与背景能量的差异，或者人体发出的声波或震动波等进行被动式探测，如红外生命探测仪、音频生命探测仪；有源探测则主动发射电磁波，根据人的呼吸、心跳等生理特点，从反射回来的电磁波中探测是否存在生命，如雷达生命探测仪。红外生命探测仪任何物体只要温度在绝对零度以上都会产生红外辐射，人体也是天然的红外辐射源。但人体的红外辐射特性与周围环境的红外辐射特性不同，红外生命探测仪就是利用它们之间的差别，以成像的方式把要搜索的目标与背景分开。 本毕业设计的目的就是分析和理解冲激雷达中的窄带干扰消除方法并对其进行编程实现。所采用的基本原理是：窄带通信干扰信号相对于冲激雷达信号而言具有大的时间宽度，相关时间长；利用预测长度超过一定值(冲激脉冲的采样长度)的预测滤波器对信号进行滤波，就可以得到窄带干扰信号的估计；而冲激脉冲信号相关时间短，当预测长度超过脉冲宽度后，从理论上讲对应的输出为零。因此，只要将原信号与滤波器的输出信号相减，就可以得到有用的冲激脉冲信号，这就是干扰对消的基本原理。最优预测滤波器可以通过最小二乘方法来实现。 1.2 国内外研究状况 1988年瑞典AGA公司推出的全功能热像仪能将温度的测量、修改、分析及图像采集、储存合于一体，并利用这一技术研制出便携式全功能热像仪，主要用于军事侦查。随着社会的发展，各国都开始重视研制用于减少各种灾害造成的人员伤亡的技术设备，红外探测技术也由军用转变为救援仪器——红外生命探测仪音频生命探测仪应用了声波及震动波的原理，采用先进的微电子处理器和声音/振动传感器，进行全方位的振动信息收集，可探测以空气为载体的各种声波和以其它媒体为载体的振动，并将非目标的噪音波和其它背景干扰波过滤，进而迅速确定被困者的位置。 高灵敏度的音频生命探测仪采用两级放大技术，探头内置频率放大器，接收频率范围为1～4000Hz，主机收到目标信号后再次升级放大。这样，它通过探测地下微弱的诸如被困者呻吟、呼喊、爬动、敲打等产生的音频声波和振动波，就可以判断生命是否存在。音频生命探测仪是一套以人机交互为基础的探测系统，包括信号的检测、监听、选取、储存和处理等几个方面。在研制过程中的关键技术包括：高灵敏度传感器的研制；通过对声波和震动波数理模型的研究确定信号有效性的判据和有效信号源位置的判定。由于音频生命探测仪是一种被动接收音频信号和振动信号的仪器，救援时需要在废墟中寻找空隙伸入探头，容易受到现场噪音的影响，探测速度较慢。 雷达生命探测仪是融合雷达技术、生物医学工程技术于一体的生命探测设备。它主要利用电磁波的反射原理制成，通过检测人体生命活动所引起的各种微动，从这些微动中得到呼吸、心跳的有关信息，从而辨识有无生命。雷达生命探测仪是目前世界上最先进的生命探测仪，它主动探测的方式使其不易受到温度、湿度、噪音、现场地形等因素的影响，电磁信号连续发射机制更增加了其区域性侦测的功能。 超宽谱雷达生命探测仪是该类型中最先进的一种。它的穿透能力