基于提升小波的毫米波信號實(shí)時(shí)去噪*

　　毫米波探測器信號處理的實(shí)時(shí)性要求為：在采樣數據下次更新前要完成信號去噪、特征提取、目標識別等功能?？紤]3層小波變換的5/3小波軟閾值函數法去噪算法，設需處理的數據個(gè)數為N，且N為2的整數次冪。由5/3小波的算法步驟可知，第i(i=1,2,3)層小波變換的加法和移位算次數為：5N/2i-1和2N/2i-1。信號重構時(shí)的運算量同分解時(shí)，閾值函數對小波系數處理時(shí)包括閾值的確定和系數的處理。確定閾值時(shí)首先對小波系數的絕對值排序(和大小順序無(wú)關(guān))，其運算量為∑N/2i(N/2i-1)次判斷和3∑N/2i(N/2i-1)次賦值(即數據在存儲空間的地址交換);因小波系數的個(gè)數皆為偶數，中值取排序后中間兩數的平均值，故計算中值時(shí)的多了3次加法和3次移位;利用前述閾值計算公式計算閾值的運算量為3次乘法和3次移位;小波系數處理的運算量最大為N/2i次判斷和N/2i次加法。那么信號去噪算法的總運算量為2∑(5N/2i-1)+∑N/2i+3次加法、2∑(2N/2i-1)+3次移位、3次乘法、3∑N/2i(N/2i-1)次賦值、∑N/2i(N/2i-1)+∑N/2i次判斷。

　　實(shí)際信號處理系統中，信號采樣間隔為100μs，處理器每次處理64個(gè)采樣點(diǎn)，采用數據流方式，每次處理更新一個(gè)點(diǎn)。通用定點(diǎn)DSP可以在單指令周期完成加法、移位、乘法、乘加、判斷及賦值運算。算法所需總的處理器指令周期數是上述運算次數的總和，即6841個(gè)指令周期。那么系統要求處理器的運算速度最低為6841/1e-4=68.41MIPS。若考慮其它控制指令的執行、信號的特征提取、目標識別及采用C語(yǔ)言編程時(shí)編譯器的編譯效率，則對處理器的運算速度要求更高，經(jīng)實(shí)驗，系統要求處理器最低運算速度為160MIPS。

　　美國TI公司的TMS320VC5509A型32位定點(diǎn)DSP具有運算速度快、精度高、編程靈活、功耗低、外設資源豐富、集成度高、體積小、外圍電路簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，其最高運算速度為200MIPS，可以滿(mǎn)足3mm波段毫米波探測器的信號處理系統實(shí)時(shí)性及小型化的要求。本設計選用此款DSP構建了3mm波段毫米波探測器信號處理的硬件平臺，系統框圖如圖3所示。

　　圖3 信號處理系統框圖

　　結語(yǔ)

　　通過(guò)比較9/7-F小波、CDF9/7小波、5/3小波在3mm波段毫米波探測器回波信號去噪中的效果及算法復雜度，選用運算只涉及整數加法和移位的整數5/3小波，具體分析了算法實(shí)現時(shí)對硬件平臺處理速度的要求，選用TMS320VC5509A型DSP構建了探測器信號處理系統的硬件平臺，并成功實(shí)現了回波信號實(shí)時(shí)去噪。經(jīng)多次實(shí)驗，此成果已應用于實(shí)際工程產(chǎn)品中。

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