CN112019190B - 一种平稳信号的组合滤波方法及*** - Google Patents
一种平稳信号的组合滤波方法及*** Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于信号滤波处理技术领域,提供了一种平稳信号的组合滤波方法及***,包括步骤:获取平稳信号的采样点数据作为输入数据;获取预设组合滤波器中的滤波器个数、预设输入窗口长度作为滤波器滤波窗口和预设输出窗口长度;将所述输入数据中的部分采样点数据求和后取平均值得到所述滤波数据;将所述滤波数据通过组合滤波器中的各个滤波器在预设输出窗口长度内进行依次轮流输出,得到滤波输出数据。本发明的优点在于采用了组合滤波器的方式,滤波器的组合个数可根据平稳信号的数据长度需求进行设置,无需缓存历史数据点;将原有需要很大的数据缓存空间大大降低,从而减少了所需的运算内存,加快了对于数据的处理和运算过程。
Description
技术领域
本发明涉及信号滤波处理技术领域,尤其涉及一种平稳信号的组合滤波方法及***。
背景技术
滑动加权平均滤波是数据信号处理中常见的滤波方法,其原理是设置一个固定长度时间窗,对时间窗内的数据进行平均或取不同权值进行平均,然后移动窗口,继续进行平均运算。
在一些处理平稳信号的场合,为了提高信噪比,往往采用“过采样+滑动平均滤波”的方式剔除干扰和噪声等,但通常过采样的情况下,时间窗内的数据点数非常多,需要较大的缓存空间,不满足低成本的硬件方案。
根据上述滑窗加权平均滤波的原理,算法所需的缓存空间与点数以及数据位数有关,如1000点4 bytes大小的数据需要4000 bytes的缓存空间。
发明内容
本发明要解决的技术问题目的在于提供一种平稳信号的组合滤波方法,用以解决数据缓存空间过大的问题;
为了实现上述目的,本发明采用的技术方案为:
一种平稳信号的组合滤波方法,包括步骤:
S1、获取平稳信号的采样点数据作为输入数据;
S2、获取预设滤波器个数作为组合滤波器中的滤波器的数量;
S3、获取预设输入窗口长度,作为组合滤波器中的各个滤波器的输入窗口长度;
S4、获取预设输出窗口长度,作为组合滤波器中的各个滤波器的输出窗口长度;
S5、将所述输入数据中的部分采样点数据分别通过每个滤波器的累加求和后取平均得到滤波数据;
S6、将所述滤波数据通过组合滤波器中的各个滤波器在预设输出窗口长度内进行依次轮流输出,得到滤波输出数据。
进一步的,得到所述滤波数据的公式为:
其中,m为组合滤波器中某个滤波器的序号,a为输入数据的起始计数点,n为滤波器步数,x(i)为输入数据,N为预设输入窗口长度。
进一步的,得到所述滤波数据的公式还可以是:
进一步的,从所述滤波数据得到所述滤波输出数据公式为:
,或
一种平稳信号的组合滤波***,包括:
第一获取模块,用于获取平稳信号的采样点数据;
第二获取模块,用于获取预设输入窗口长度和预设输出窗口长度;
滤波模块,用于将平稳信号的采样点数据进行滤波得到滤波输出数据。
进一步的,所述滤波模块包括:
平均滤波单元,用于将所述输入数据中的部分采样点数据分别通过每个滤波器的累加求和后取平均得到滤波数据;
组合滤波单元,用于将所述滤波数据通过组合滤波器中的各个滤波器在预设输出窗口长度内进行依次轮流输出,得到滤波输出数据。
进一步的,通过所述平均滤波单元得到所述滤波数据的公式为:
其中,m为组合滤波器中某个滤波器的序号,a为输入数据的起始计数点,n为滤波器步数,x(i)为输入数据,N为预设输入窗口长度。
进一步的,通过所述平均滤波单元得到所述滤波数据的公式还可以是
进一步的,通过所述组合滤波单元得到所述滤波输出数据的公式为:
,或
本发明与现有技术相比,至少包含以下有益效果:
采用了组合滤波器的方式,滤波器的组合个数可根据平稳信号的数据长度需求进行设置;
采用了窗口长度可变的平均滤波方式,与传统的滑窗平均滤波方式相比,滤波后的数据结果基本一致;
将原有需要很大的数据缓存空间大大降低,从而减少了所需的运算内存,加快了对于数据的处理和运算过程。
附图说明
图1是本发明一种平稳信号的组合滤波方法的流程图。
图2是本发明一种平稳信号的组合滤波方法中组合滤波的示意图。
图3是本发明一种平稳信号的组合滤波***的示意图。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例,并结合附图对本发明的技术方案作进一步的描述,但本发明并不限于这些实施例。
实施例一
如图1所示,本发明一种平稳信号的组合滤波方法,包括步骤:
S1、获取平稳信号的采样点数据作为输入数据;
S2、获取预设滤波器个数作为组合滤波器中的滤波器数量;
S3、获取预设输入窗口长度,作为组合滤波器中的各个滤波器的输入窗口长度;
S4、获取预设输出窗口长度,作为组合滤波器中的各个滤波器的输出窗口长度;
S5、将所述输入数据中的部分采样点数据分别通过每个滤波器的累加求和后取平均得到滤波数据;
S6、将所述滤波数据通过组合滤波器中的各个滤波器在预设输出窗口长度内进行依次轮流输出,得到滤波输出数据。
其中,得到所述滤波数据的公式为:
其中,m为组合滤波器中某个滤波器的序号,a为输入数据的起始计数点,n为滤波器步数,x(i)为输入数据,N为预设输入窗口长度。
对于每一个滤波器,n个采样点的数据平均值只与n-1个采样点的数据平均值和最新数据x(n)有关,该平均滤波方法不需要对前n-1个输入数据进行缓存,只需记录上一次滤波结果和当前点数n,所以得到所述滤波数据的公式还可以是:
其中,m为组合滤波器中某个滤波器的序号,n为滤波器步数,为上一个采样点输入数据的滤波数据,x(n)为该采样点的输入数据,N为预设输入窗口长度。
S5、将所述滤波数据通过组合滤波器中的各个滤波器在预设输出窗口长度内进行依次轮流输出,得到滤波输出数据。
其中,从所述滤波数据得到所述滤波输出数据公式为:
,或
根据用户需要滤波的数据长度选择m+1个滤波器,每个滤波器、、、、...、的起点a分别为1、1L、2L、3L、...、mL;根据公式(3)将各个滤波器组成组合滤波器,其中包含滤波器、、、、...、,组合滤波器y的输出将根据当前输入数据的序号在哪个滤波器的输出窗口内,就切换到对应滤波器进行输出。
结合图2说明组合滤波器的具体输出过程为:
当输入数据到N点时,即滤波器的步数n=N时,进入滤波器的输出窗口,组合滤波器使用滤波器完成输出后,y切换到滤波器的输出,此时滤波器的步数n1=N-L,滤波器进行重置,n0=0。当输入数据到N+L点时,即滤波器的步数n1=N-L时,进入滤波器的输出窗口,组合滤波器使用滤波器完成输出后,y切换到滤波器的输出,此时滤波器的步数n2=N-L,滤波器进行重置,n1=0;
当输入数据到N+mL点时,组合滤波器使用滤波器完成输出后,完成一次所有滤波器的切换,y重新切换到滤波器的输出,此时滤波器的步数n=N-L,滤波器进行重置,nm=0;并继续依次按照过程,随着数据的输入,推动组合滤波器的依次轮回切换输出。
通过不断的循环滤波输出,滤波输出结果剔除了大量的噪声干扰,使得平稳信号能够更好的进行传输。
与以往传统的采用“过采样+滑动平均滤波”方式剔除干扰和噪声等相比,用于缓存数据的空间大大减少,也使得数据在剔除干扰和噪声的过程中运算速度会大大加快。
实施例二
一种平稳信号的组合滤波***,包括:
第一获取模块,用于获取平稳信号的采样点数据;
第二获取模块,用于获取预设输入窗口长度和预设输出窗口长度;
滤波模块,用于将平稳信号的采样点数据进行滤波得到滤波输出数据。
其中,滤波模块包括:
平均滤波单元,用于将所述输入数据中的部分采样点数据求和后取平均值得到所述滤波数据;
通过所述平均滤波单元得到所述滤波数据的公式为:
其中,m为组合滤波器中某个滤波器的序号,a为输入数据的起始计数点,n为滤波器步数,x(i)为输入数据,N为预设输入窗口长度。
对于每一个滤波器,n个采样点的数据平均值只与n-1个采样点的数据平均值和最新数据x(n)有关,该平均滤波方法不需要对前n-1个输入数据进行缓存,只需记录上一次滤波结果和当前点数n,所以通过所述平均滤波单元得到所述滤波数据的公式还可以是:
组合滤波单元,用于将所述滤波数据通过组合滤波器中的各个滤波器在预设输出窗口长度内进行依次轮流输出,得到滤波输出数据。
通过所述组合滤波单元得到所述滤波输出数据的公式为:
,或
本发明一种平稳信号的组合滤波***采用了组合滤波器的方式,滤波器的组合个数可根据平稳信号的数据长度需求进行设置,采用了窗口长度可变的平均滤波方式,与传统的滑窗平均滤波方式相比,滤波后的数据结果基本一致,并将原有需要很大的数据缓存空间大大降低,从而减少了所需的运算内存,加快了对于数据的处理和运算过程。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代,但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (8)
1.一种平稳信号的组合滤波方法,其特征在于,包括步骤:
S1、获取平稳信号的采样点数据作为输入数据;
S2、获取预设滤波器个数作为组合滤波器中的滤波器数量;
S3、获取预设输入窗口长度,作为组合滤波器中的各个滤波器的输入窗口长度;
S4、获取预设输出窗口长度,作为组合滤波器中的各个滤波器的输出窗口长度;
S5、将所述输入数据中的部分采样点数据分别通过每个滤波器的累加求和后取平均得到滤波数据;
S6、将所述滤波数据通过组合滤波器中的各个滤波器在预设输出窗口长度内进行依次轮流输出,得到滤波输出数据。
5.一种用于实现平稳信号的组合滤波方法的***,其特征在于,包括:
第一获取模块,用于获取平稳信号的采样点数据作为输入数据;
第二获取模块,用于获取预设输入窗口长度和预设输出窗口长度;
滤波模块,用于将平稳信号的采样点数据进行滤波得到滤波输出数据;
所述滤波模块包括:
平均滤波单元,用于将所述输入数据中的部分采样点数据分别通过每个滤波器的累加求和后取平均得到滤波数据;
组合滤波单元,用于将所述滤波数据通过组合滤波器中的各个滤波器在预设输出窗口长度内进行依次轮流输出,得到滤波输出数据。
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