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1、第24卷第2期探测与控制学报Vol.24.No.22002年6月JournalofDetection&ControlJun.2002X一种基于单片机的声目标识别系统设计1211栗苹,张旭东,高国杰,徐德华(1.北京理工大学机电工程学院,北京100081;2.总参谋部第四部,北京100083)摘要:在现有声探测技术的基础上,设计了基于PIC单片机的声目标识别系统。结合对直升机、坦克的目标识别,确定了系统的参数。最后对系统进行实验验证,证明了系统的实用性。关键词:声;目标识别;单片机中图分类号:TJ434.5文献标识码:A文章编号:1008-1194(2002)02-0025-030引言
2、在战场传感侦察系统及反直升机、反坦克声引信中,声目标识别系统是其核心内容,国内外对此进[1,2,4,5]行了深入的研究。本文根据声探测技术及微电子技术的发展状况,设计了一种基于单片机的声目标识别系统。1声目标识别系统的硬件设计声目标识别系统一般工作流程如图1所示。目标信息获取一般由传声器完成。图1声目标识别系统工作流程信息预处理主要是消除或降低信号中噪声的干扰,调整信号动态范围,提高后续信号处理的效率。特征提取获得目标信号的特征向量,最后由分类器对特征向量进行分类识别计算,给出识别结果。声目标识别系统中,信息预处理、特征提取、分类的方法不同,系统实现的难易程度不同,系统的性能、成本、
3、体积不同。针对战场传感侦察或声引信中目标识别算法的特点,尤其考虑声引信对信号处理时间、系统体积等方面的要求,设计了一种基于单片机的声目标识图2基于单片机的声目标识别系统框图别系统,如图2所示。由于声引信常被用于值更引信,要求系统有小的功耗,所以设计此系统时,首先由一个启动电路对信号进行简单的判断,决定是否需要进行后续的信号处理。启动后续电路后,首先进行放大和低通滤波,滤除高频噪声干扰,调整信号幅值以适合进行AöD转换,然后由微处理芯片完成对信号的AöD转换和信息预处理、特征提取和分类识别,最后以适当的形式给出识别结果,并保持至下次识别结果更新或系统断电关闭。在这一方案中,微处理芯片完
4、成数字滤波、特征提取和分类识别的运算,并控制整个系统的运行。不同的识别算法对微处理器的运算速度和存储容量提出了不同的要求。目前主要的单片机市场流行的生产厂商有Intel、Motorolor、Microchip等公司。Microchip公司的PIC系列单片机是具有RISC结X收稿日期:2001210212作者简介:栗苹(1966—),女,河北三河人,博士,副教授,主要从事声探测及近炸引信干扰、抗干扰方面研究。©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.
5、net26探测与控制学报[2]构的微处理器。该系列的单片机最突出的优点是它的指令集非常精简,简单易学。低档系列单片机只有33条指令,高档单片机也只有58条,除了程序分支指令是单字节双周期指令外,其它指令都是单周期单字节指令,使系统具有最高的处理效率和突出的性能。它采用了流水线技术,最大限度地提高了每个内部时钟周期的效率;存储结构是基于哈佛双总线概念,避免出现普通CISC结构单片机中经常出现的处理瓶颈问题;所有的寄存器,包括IöO口、定时器和程序计数器等都采用RAM结构形式,而且都只需要一个周期就可以完成访问和操作。我们选用型号为PIC16C74的单片机。它的指令周期为200ns(时钟
6、频率20MHz),内部集成了8通道8位的AöD,有4K×16的片内ROM,192×8的片内RAM,最大可寻址空间为8K。它采用了CMOSEPROMöROM技术,全静态设计,工作电压为3～6V,具有低功耗和工作温度范围宽等特点。采用PIC系列单片机设计系统时,信号可直接输入单片机,从而减小了系统设计的复杂性,同时也给程序设计带来了方便。本系统可以给出直升机、坦克、非直升机坦克三种识别结果。为了使输入到单片机的信号尽可能保持在较为合适的动态范围,我们结合数控模拟多路器设计了一套可以自适应调整增益的放大电路。该电路有三个增益通道,根据识别前的简单采样计算决定选用哪一路增益通道。另外,从目标
7、的声学特性来看,其声学特征所处的频率范围有所区别:直升机声信号的能量主要集中在400Hz以内,而坦克声信号的能量主要集中在2kHz以内。针对这一情况,我们设计了两路低通滤波分别对信号进行处理。在这里我们同样结合一个数控模拟多路器设计了可自适应选择滤波通道的滤波电路,以利于提高单片机的信号处理效率,提高系统识别的正确率。经过外围电路的放大滤波处理后的信号直接输入到单片机中进行AöD转换和处理。我们在电路中扩展了一片8K的RAM用于暂存采集的数据和处理计算中数
