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一种低信噪比信号中快速提高有效信号变化量的方法

阅读：458发布：2021-03-02

IPRDB可以提供一种低信噪比信号中快速提高有效信号变化量的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种低信噪比信号中快速提高有效信号变化量的方法，其特征在于该方法包括：AD模块处于高转换速率；设定采样窗口N1，获得序列数据成为D1；对D1中的数据进行滤波预处理，得到滤波数据D2；对D2中的数据进行累加求和，得到单帧数据A1；对不同时刻A1数据进行数据滤波处理；得到低噪音信号。本发明可以在不改动硬件电路的情况下提高有效信号的变化量，同时通过合理设定软件参数可以达到减少处理的信号迟滞，适用于原始信号噪声较大、且有效信号仅用于判断有无激励的应用系统。，下面是一种低信噪比信号中快速提高有效信号变化量的方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种低信噪比信号中快速提高有效信号变化量的方法，其特征在于该方法通过软件处理的方式提高有效信号的变化量，包括：步骤1：设置AD采样模块配置，使AD模块处于高转换速率；

步骤2：设定采样窗口N1，连续采集N1帧采样数据并保存在存储器中，该N1帧采样数据成为D1；

步骤3：对D1中的数据进行滤波预处理，得到并保存预处理后的滤波数据D2；对D1数据进行滤波预处理的方法为:设定阈值TH1，求取D1序列数据中的平均值，求取D1序列数据中各个数据与平均值之差的绝对值，如果检测到的绝对值其中有大于阈值TH1，则对应的D1数据修正为与其前一次数据相同；

步骤4：对D2中的数据进行累加求和，得到单帧数据A1；

步骤5：对不同时刻A1数据进行数据滤波处理；得到低噪音信号；对于不同时刻A1数据进行数据滤波的方法为，A1[0]、A1[1]、A1[2]为最新获取的三个A1数据，其获取时刻分别为T0、T1、T2，且T0>T1>T2，当前需要滤波处理的数据为A1[1]；

(1)判断A1[1]同时大于A1[0]与A1[2]，如果成立则A1[1]数据修正为A1[0]与A1[2]的平均值；

(2)判断A1[1]同时小于A1[0]与A1[2]，如果成立则A1[1]数据修正为A1[0]与A1[2]的平均值；

(3)其他情况下，A1[1]数据不需改变。

2.如权利要求1所述的低信噪比信号中快速提高有效信号变化量的方法，其特征在于步骤1中，提高AD转换率方法为，通过设置AD模块的时钟系统和相应寄存器配置，使得AD模块处于高速转换速率。

3.如权利要求2所述的低信噪比信号中快速提高有效信号变化量的方法，其特征在于设定正常应用中AD转换速率为正常转换速率，则当前AD转换速率>正常转换速率时，该AD转换速率成为高转换速率。

4.如权利要求1所述的低信噪比信号中快速提高有效信号变化量的方法，其特征在于所述滤波预处理，处理方法流程为：(1)计算D1数据中所有数据的总和并求出平均值；

(2)依次将D1数据与平均值相减并求出结果的绝对值；

(3)当该绝对值大于设置的阈值TH1时，对应的D1数据修正为其序列中的前一次数据，如果该需要修正的D1数据为首个数据，则修正为平均值；完成滤波预处理后得到修正序列数据D2。

说明书全文

一种低信噪比信号中快速提高有效信号变化量的方法

技术领域

[0001] 本发明属于信号处理技术领域，特别涉及一种低信噪比信号的处理方法。

背景技术

[0002] 生活离不开信号的处理，在数字计算机飞速发展的时代，几乎所有的事物都可以作为信号，信号只有经过处理才能变成有用的信息被采用，于是信号的处理尤为重要。信号处理的主要目的就是削弱信号中的多余内容，滤除混杂的噪声和干扰，或者将信号变换成容易处理、传输、分析与识别的形式，以便后续的其他处理。对于信号处理，在我们面前出现了不受物理制约的纯数学的加工，即算法，并确立了信号处理的领域。

[0003] 而实际应用过程中，有效信号往往受限于应用环境、硬件电路等待诸多因素的影响，并不能很好的反应在应用系统所采集的信号数据当中，此时采集的信号数据通常带有较大的噪声干扰，很难分辨出其中有效信号的变化情况。

[0004] 这种带有较大噪声干扰的信号称之为低信噪比信号。

[0005] 对于低信噪比信号，通常的处理做法是：

[0006] 1、改变硬件，通过加入滤波电路、选用高性能AD芯片等做法；

[0007] 2、软件算法，在程序处理中加入数据滤波、数据平滑等算法；

[0008] 对于硬件处理，不可避免的增加了系统成本，不适用于一些低成本的方案[0009] 应用；而对于软件处理，通过大量的软件处理，虽然能够一定程度上提高信号信噪比，但有会引入有效信号数据变化迟滞的影响，在一些对于系统响应要求较高的应用场合并不适用。

[0010] 如专利申请201510049964.X公开了一种基于经验模态分解与小波分析的信号联合去噪方法，该方法根据信号的自相关性，对信号求自相关，所述信号的自相关函数在零点处取得最大值，幅度随着时间差的变化而变化，并不会很快的衰减到很小的值。对混有高斯白噪声的信号进行EMD分解，由于EMD分解的性质，高斯白噪声已不再是真正的白噪声，但白噪声的统计特性近似存在，即所述混有高斯白噪声的信号的自相关函数在零点取得最大值，幅值随着时间差的变化而变化，但其随着时间的衰减很快。利用这种差异可以选取出噪声起主导作用的IMF分量有效降低噪声对信号的影响。该方法虽然能够一定程度上提高信号信噪比，降低噪声，但会有信号数据变化迟滞的影响。

发明内容

[0011] 基于此，因此本发明的首要目地是提供一种低信噪比信号中快速提高有效信号变化量的方法，该方法能够提高有效信号的变化量，同时通过合理设定软件参数达到减少信号处理迟滞的效果。

[0012] 本发明的另一个目地在于提供一种低信噪比信号中快速提高有效信号变化量的方法，该方法不需要硬件上的改动，可以达到较少的信号迟滞并能识别到有效信号的变化情况，适用于原始信号噪声较大、且有效信号仅用于判断有无激励的应用系统。

[0013] 为实现上述目的，本发明的技术方案为：

[0014] 一种低信噪比信号中快速提高有效信号变化量的方法，其特征在于该方法包括：

[0015] 步骤1：设置AD采样模块配置，使AD模块处于高转换速率；

[0016] 步骤2：设定采样窗口N1，连续采集N1帧采样数据并保存的存储器中，该序列数据成为D1；

[0017] 步骤3：对D1中的数据进行滤波预处理，得到并保存预处理后的滤波数据D2；

[0018] 步骤4：对D2中的数据进行累加求和，得到单帧数据A1；

[0019] 步骤5：对不同时刻A1数据进行数据滤波处理；得到低噪音信号。

[0020] 其中，步骤1中提高AD转换率方法为，通过设置AD模块的时钟系统和相应寄存器配置，使得AD模块处于高速转换速率。

[0021] 进一步，设定正常应用中AD转换速率为正常转换速率，则当前AD转化速率>正常转换速率时，该AD转换速率成为高转换速率。

[0022] 其中，步骤3中对D1数据进行滤波预处理的方法为:设定阈值TH1，求取D1序列数据中的平均值，求取D1序列数据中各个数据与平均值之差的绝对值，如果检测到的绝对值其中有大于阈值TH1，则对应的D1数据则修正为与其前一次数据相同。

[0023] 进一步，所述滤波预处理，处理方法流程为：

[0024] (1)计算D1数据中所有数据的总和并求出平均值；

[0025] (2)依次将D1数据与平均值相减并求出结果的绝对值；

[0026] (3)当该绝对值大于设置的阈值TH1时，对应的D1数据修正为其序列中的前一次数据，如果该需要修正的D1数据为首个数据，则修正为平均值；完成滤波预处理后得到修正序列数据D2。

[0027] 其中，步骤5中对于不同时刻A1数据进行数据滤波的方法为，假定A1[0]、A1[1]、A1[2]为最新获取的三个A1数据，其获取时刻分别为T0、T1、T2，且T0>T1>T2，当前需要滤波处理的数据为A1[1]；

[0028] (1)判断A1[1]同时大于A1[0]与A1[2]，如果成立则A1[1]数据则修正为A1[0]与A1[2]的平均值；

[0029] (2)判断A1[1]同时小于A1[0]与A1[2]，如果成立则A1[1]数据则修正为A1[0]与A1[2]的平均值；

[0030] (3)其他情况下，A1[1]数据不需改变。

[0031] 本发明所实现的低信噪比信号中快速提高有效信号变化量的方法，可以在不改动硬件电路的情况下，通过软件处理的方式提高有效信号的变化量，同时通过合理设定软件参数可以达到减少软件处理的信号迟滞，适用于原始信号噪声较大、且有效信号仅用于判断有无激励的应用系统。

附图说明

[0032] 图1是本发明所实施的控制流程图。

[0033] 图2是本发明所实施滤波预处理的流程图。

[0034] 图3是本发明所实施滤波处理的控制流程图。

具体实施方式

[0035] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

[0036] 如图1所示，为本发明所实现方法的流程图，图中所示，控制流程如下：

[0037] 101、设置好AD模块为高速转换速率(如正常采样时为500Hz，现设置为4KHz)。

[0038] 102、设置采样窗口N1＝16，即连续采样16个原始数据得到序列数据D1，并保存的存储器当中。

[0039] 103、对D1数据进行软件滤波预处理，处理方法流程如图2所示：

[0040] (1)计算D1数据中所有数据的总和并求出平均值。

[0041] (2)依次将D1数据与平均值相减并求出结果的绝对值。

[0042] (3)当该绝对值大于设置的阈值TH1时，对应的D1数据修正为其序列中的前一次数据，如果该需要修正的D1数据为首个数据，则修正为平均值；完成滤波预处理后得到修正序列数据D2。

[0043] 104、将D2中数据进行累加，得到和值A1。

[0044] 105、A1作为当前帧需要处理的信号数据，针对A1数据设置3级备份存储空间，分别存放A1[0]、A1[1]、A1[2]，A1[0]～A1[2]分别为按时间顺序获取的A1数据，其中A1[0]为最新获取的数据。当有新A1数据产生时，依次将A1[0]～A1[2]数据向右移动，将A1[2]数据剔除，并将新A1数据存入A1[0]中。

[0045] 106、当获取新A1数据后进行最终的数据滤波处理，滤波方法流程如图3所示：

[0046] (1)判断A1[1]同时大于A1[0]与A1[2]，如果成立则A1[1]数据则修正为A1[0]与A1[2]的平均值。

[0047] (2)判断A1[1]同时小于A1[0]与A1[2]，如果成立则A1[1]数据则修正为A1[0]与A1[2]的平均值。

[0048] (3)其他情况下，A1[1]数据不需改变。

[0049] 上述方法中，在低信噪比信号中很难识别出有效信号的变化情况，而通过多次积分累加的方式可以将单次的有效信号变化进行放大，从而提升有效信号的识别度。而其中，在对信号累加前后需要对信号在进行必要的软件降噪处理，以避免信号累加后同时放大噪声。在多次累加信号的过程中，不可避免的增加了信号采样周期，对信号变化处理产生迟滞，由此，在第1步骤中提高AD的转换速率，通过损失精度提高采样次数，缩短了信号采样周期，而通过后期在进行软件降噪处理。这种方法在对于仅需识别信号有无变化的系统当中较为适用。

[0050] 该方法中，AD转换速度、窗口N1值和阈值TH1需要根据实际使用情况设定，如当窗口N1设置较大时，虽然得到的信号量变大，但同时由于多次采样可能占用较长的采样时间使得信号变得迟滞，而N1设置较小时又不足以区分有效信号的变化情况。

[0051] 因此，本发明所实现的低信噪比信号中快速提高有效信号变化量的方法，可以在不改动硬件电路的情况下，通过软件处理的方式提高有效信号的变化量，同时通过合理设定软件参数可以达到减少软件处理的信号迟滞，适用于原始信号噪声较大、且有效信号仅用于判断有无激励的应用系统。

[0052] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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