|
|
|
|
|
|
访问总数：18827 人次 |
 |
|
| |
|
|
 本刊论文 |
| 非接触式声带振动感测技术探索 |
| 作者：王亚楠 时间：2016/09/17 点击：387 |
摘要：随着科技的不断发展，非接触式声带震动感测技术在医疗、通信、军事等领域都取得了十分良好的应用。该项技术是利用雷达对人体发声器官的生理微振动进行感测，并通过回波信号对数据进行分析处理，从而获取相关的参数资料，还原声音信息。本文结合非接触式声带震动感测技术的应用原理，对其设计技术进行了探讨。
关键词：非接触式；声带震动；感测技术
前言
在传统的语音信号处理领域当中，主要是以空气压力波作为媒介，然后利用麦克风进行收音，将其转换为电性信号，再通过对这些信号进行处理来获得相应的参数。但是这种方法容易受到周围环境噪声的影响，使得信号的质量大大降低。而非接触式声带震动感测技术具有良好的抗干扰能力，能够有效的对信号进行处理，清晰的还原声音信息，在多个领域当中都有着十分广泛的应用。
一、非接触式声带震动感测技术的原理
人体在发声的时候，声门肌肉会进行周期性的收缩和扩张，从而产生声带震动。与心肺运动相同，人体的声带震动也是一个周期性的震动过程。非接触式声带震动感测技术是以多普勒雷达为基础，依据多普勒定理，在电磁波与一个位置进行周期性变化且净速度为零的物体发生碰撞时，所产生的回波信号是按照其周期运动对原是发射信号进行相位调制后的信号。因此，只需要对回波信号进行解调，就能够获得相关的数据信息。
非接触式声带震动感测技术能够对人体发声器官的生理微振动进行感测。当人体处于静止状态时，雷达向人体发射连续波电磁信号。当电磁波碰到人体发声器官的时候，所产生的回波信号就会被声带的周期震动进行相位调制[1]。通过对回波信号的解调、积分、放大、滤波得等处理，然后将处理后的信号输入计算机进行数据分析处理，从而就能够获得与人体声带震动相关的参数，复原声音信息。
二、非接触式声带震动感测系统的技术设计
（一）系统性能的要求
基于美国联邦通信委员会的规定，从2.1GHz到10.6GHz、-41dBm/MHz可以应用在医疗系统，最小的宽带要求为500MHz。因此，该系统采用的频率可选定为2.4GHz。模拟通道混频后，送入到ADC当中的中频信号应为75MHz。由于人们在正常说话的时候，声带的振动频率通常在60-350Hz，因此最终需要进行处理的数据率大约为50KHz。另外，被测目标距离雷达天线的距离应为2m，雷达的发射功率应为0.1mW。
（二）系统工作体制的选择
按照不同的雷达信号形式，可将雷达分为连续波了雷达和脉冲雷达两种。在实际应用中，应当根据具体情况的不同，选择相应的雷达。
1.连续波雷达
连续波雷达通过发射器发射一个固定频率的连续波，经过环形器传送至天线，然后由天线向被测目标进行发射。当天线发射出的电波与被测目标发生碰撞之后，目标会将大部分的电磁波返回到天线。天线再将接收到的回波通过环行器加载到混频器，然后对其进行后续的处理。
2.脉冲雷达的发射机能够通过本振产生发射波形，然后将其传输至双工器。然后双工器切换到发射模式，将电波通过天线进行发射。电波在与被测目标发生碰撞之后被反射回来，天线接收到反射回波之后，将其传输到双工器[2]。双工器此时切换到接收模式，将接收到的回波传送至接收机，进行信号处理。
通过以上两种雷达的工作模式，我们可以看出，连续波雷达相对来说较为简单。连续波雷达对电磁波的发射和接收是同时进行的，不需要经过双工器的处理。同时，连续波雷达的宽带要小于脉冲雷达，因此可以对滤波器进行简化。如果被测目标是在速率或位移移动当中，采用连续波雷达还能够简化后期计算的过程。连续波雷达的优点是能够对固定距离下按照固定速率进行移动的目标速率进行精确测量，而脉冲雷达在测距和测速等方面都没有连续波雷达精确。
（三）雷达接收机的选择
1.零中频接收机
在零中频接收机的工作过程中，天线接收到的信号首先通过低噪放大器，对信号进行放大处理，以此来降低噪声系数。然后通过射频带通滤波器将噪声滤除并传送到混频器，由混频器将所需的频带直接交换到基带进行处理。零中频接收机当中不含有中频级，因此它能够克服镜像问题，不需要再经过镜像滤波器，使系统结构得到了简化。同时，由于零中频接收机的电路较为简单，因此滤波器等电路能够通过单片轻易实现。
但是，零中频接收机也存在着一些弊端。直流偏移就是其中一个十分重要的问题。能够导致直流偏移的原因有很多，但最为主要的原因就是本振信号泄露到了发射端。然后经过发射端输入与本振信号进行混频，从而造成了直流偏移。如果直流偏移过大，将会淹无用信号，从而对系统的正常运行造成影响。同时，还会使中频接受的过程中受到奇次互调和偶次互调的影响[3]。由于直接变频需要采用正交形式，因此，从本振输出的两路信号必须能够严格的保持相位正交和幅度平衡。
2.超外差式接收机
超外差式接收机信号由天线接收并接入接收机，在射频阶段，要先进性滤波和放大，然后经过混频器和本振进行混频，从而得到一个中频信号。随后再对信号进行依次滤波和放大处理，并输送到A/D模数转换。由于其中引入了中频处理的步骤，因此也可称作中频数字接收机。该接收机的优点为接收动态范围大、接收灵敏度高、收I/Q信号不平衡问题的影响较小。不过，该接收机也存在一些缺点，例如电路较为复杂，存在镜像干扰等。但是相比于零中频接收机，超外差接收机的整体性能和效率要远远高于零中频接收机。
结论
目前，非接触式声带振动感测技术在社会多个领域当中，都得到了十分广泛的应用，它主要是利用雷达技术对人体声带的生理微振动进行感测，经过一系列信号处理，最终还原声音信息。而在非接触式声带振动感测系统的技术设计中，针对不同的实际情况和设计用途，可选取最为恰当的技术，使该系统能够最大限度的发挥作用。虽然目前该项技术还存在这一定的缺陷和局限性，但是随着科技水平的不断提高，该技术必将得到不断的完善，进而得到更为广泛的应用。
|
|
|
|
|
