CN102866801B - 一种有效滤除电子白板系统中同频信号干扰的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种有效滤除电子白板系统中同频信号干扰的方法，首先暂存器存储将要处理的信号，然后由预处理器对此信号进行波形变换，将变换后的信号传递给波形检测器，波形检测器对信号进行包络提取，并把提取后的结果传递给断点位置搜索器，断点位置搜索器负责提取出断点位置并利用门限比较器对断点位置进行修正，最后波形恢复器从断点开始进行波形恢复，以滤除干扰信号。本发明适用于多种具有不同程度同频干扰的板材，具有成本低、实时性强的优点，可以应用到超声定位电子白板系统中。

Description

一种有效滤除电子白板系统中同频信号干扰的方法

技术领域

本发明涉及一种滤除电子白板定位系统中同频信号干扰的方法，它可以应用到超声定位电子白板系统中，滤除系统中的同频信号干扰，恢复超声信号上升沿波形，从而为后续时延提取排除干扰。

背景技术

交互式电子白板系统主要包括信号笔、超声波感应白板和相应的应用软件三部分，超声波感应白板检测信号笔的位置信息并将该信息传送给计算机，然后计算机结合应用软件处理位置信息并通过投影仪将结果显示在板面上。信号笔由红外发射电路、超声发射电路、控制单元组成。超声波感应白板由白板和超声接受器组成，其中超声接收器包括红外接收电路、超声接收电路和控制单元三部分。当信号笔发射红外和超声信号时，接收器的控制器先控制红外接收电路检测并接收红外信号，作为时间基准信号，当接收电路检测到红外信号后就开启超声接收器，接收超声定位信号，控制器运用一定的算法提取出超声时延后就传递给上位机进行位置坐标计算和显示。

而在实际应用中，由于板面厚度和材质的影响，有些白板系统会产生一种与定位信号频率相近或完全相同的干扰，其产生原因可能有两种：一种是笔在书写时与板面摩擦导致板面震动，从而辐射出干扰信号；另一种原因是由于信号笔发出的信号激励板面形成一种声辐射源而产生干扰，又被称为声辐射干扰。这种干扰改变了超声信号上升沿的波形，从而使系统定位失效，严重影响了系统的工作性能。

对于一般的干扰信号，其滤除方法是先识别出干扰信号，再使用滤波器将其滤除，但是对于同频干扰信号这种方法并不适用。在蜂窝移动通信系统中同频信号干扰是它的典型干扰信号，目前解决方法主要为使应用同一频率的基站间距离足够远。针对基站间的同频干扰，现有技术还提出了一种指配法来滤除同频干扰，需要基站和基站控制器共同参与。此外，还可以利用均衡滤波器消除多基站间的同频干扰。而电子白板系统的同频干扰由板面产生，属于系统内部干扰，由于这种同频干扰的存在，使到达接收器的超声信号与干扰信号完全合并成一体，无论从时域还是频域，均不能将其区别开来。此外，从电子白板产品的成本考虑，现有的复杂同频干扰滤除技术也并不适用。

目前对滤除电子白板定位系统中由板面产生的同频干扰信号的研究成果很少，2009年美国Luidia公司针对未知干扰提出的自适应干扰消除方案对此类干扰有很好的抑制效果，但由于实时性差而不适于应用到嵌入式超声定位系统中。2012年国内发表的《一种消除超声定位中声辐射干扰的方法》专利中提出了对这种干扰的消除方法，此法在解决方法上较简单，但是对干扰的滤除效果不好，实验表明应用此方法的系统书写范围仍然很小。

发明内容

本发明提供一种有效滤除电子白板系统中同频信号干扰的方法，以解决目前对同频信号干扰的滤除效果不好的问题。

本发明包括如下功能模块：

(1)暂存器：用于存储滤除直流和高频噪声干扰之后的超声信号；

(2)预处理器：用于对超声信号进行波形变换；

(3)两个波形检测器：波形检测器I用于提取超声信号直达峰位置；波形检测器

II用于对预处理后的超声信号进行包络提取；

(4)断点位置搜索器：用于搜索超声信号波形中的断点位置；

(5)门限比较器：用于对所搜索到的断点位置进行修正和优化；

(6)波形恢复器：用于滤除干扰信号，得到原始波形；

发明包括如下处理步骤：

(1)利用波形检测器I对存储在暂存器内的信号进行处理，搜索出超声波信号的直达峰位置，然后搜索出0.3倍直达峰位置；

(2)预处理器将步骤(1)所搜索出的0.3倍直达峰位置做为起始地址，对超声波进行波形变换；

(3)在步骤(2)的基础上，利用波形检测器II对超声波上升沿进行包络提取；

(4)利用断点位置搜索器搜索断点位置：首先计算包络的一阶差商，然后计算差商的反正切值，并求反正切值差值，最后利用反正切差值最大值搜索出断点位置；

(5)利用门限比较器将步骤(4)中所获取的断点位置进行修正和优化：在断点位置前后计算相邻包络峰值间的比值，与门限值比较，以修正断点位置；

(6)波形恢复器将步骤（5）确定的断点位置作为起始点，利用直线插值恢复出断点前未受干扰的信号波形。

本发明所述步骤(1)中描述的搜索0.3倍直达峰位置，其具体过程如下：先搜索超声信号的最大值，然后计算出最大值的0.4倍，再搜索出第一个到达0.4倍最大值的点的位置，然后从此位置开始在后面的4个包络内搜索直达峰位置，记为direct_ad，搜索方法为搜索出第一个包络峰值的极大值位置，若没有则搜索最大值位置。确定完直达峰值后，再搜寻第一个到达0.3倍直达峰位置的点，记为direct03_ad。

本发明所述步骤(2)中描述的对超声信号进行波形变换的过程是指利用步骤2所确定的direct03_ad来确定波形变换起始位置，然后进行波形变换，波形变换的起始位置是指从前端同频干扰信号区域中提取出一个极大值位置或极小值位置，其具体推导步骤如下：首先搜索出干扰区内一个任一点的位置，记为wavechang_ad，根据超声波形的特征可以确定wavechang_ad=direct03_ad-T正处于超声信号的干扰区，其中T的取值范围为60~80之间的整数。波形变换指的是从wavechang_ad位置开始搜索到第一个极大值或极小值，记为wavechang_ad0，并从此位置开始提取一个周期的干扰信号，再从wavechang_ad0开始做减法，减去h个周期的干扰信号，h取10到15之间的整数值。

本发明所述步骤(3)中描述的对超声波进行包络提取的是指对波形变换后的信号进行包络提取，且提取范围为超声波的上升沿阶段。提取包络的方法如下：从wavechang_ad开始到direct_ad之间搜索峰值极大值，作为所提取的包络，并将包络峰值和包络地址分别存储到两段已知的存储空间内，其中包络峰值存储在M空间内，包络地址存储在N空间内。假设总共提取了Q个包络峰值和Q个包络地址，分别记为M(1)，M(2)，……，M(Q)，和N(1)，N(2)，……，N(Q)。

本发明所述步骤(4)中描述的搜索断点的过程中利用了求包络一阶差商的反正切值，并根据反正切值的差值最大值来确定断点位置duandian_ad，差商计算公式为slope(n-1)=(M(n)-M(n-1))/(N(n)-N(n-1))，其中n=2，3，……，Q。反正切公式为Φ(n-1)=arctan(slpoe(n-1))，其中n=2，3，……，Q。然后求相邻反正切值间的差值，即为ΔΦ(k)=Φ(k+1)-Φ(k)，其中k=1，2，……，Q-2；搜索出各反正切值间的差值的最大值（记为ΔΦmax）的位置，即可作为断点位置，记为duandian_ad，此法经验证可以获得较为准确的断点位置估计；从反正切曲线θ=arctan(К)可知，其遵循如下规律：当斜率К小于一定值（大约为1）时，角度θ与斜率К之间几乎呈线性关系，当斜率К小于2.5时θ随К增大而变化较快，当К大于5时θ几乎不随К的增加而增加。因此在К较大时，К差值大而θ的差值不一定大。而超声信号具有上升沿陡峭的特点，即上升沿斜率很大（约在30至120之间），此时斜率К的变化对角度θ的变化影响很小。在本发明中，每个包络峰值处的斜率用差商值slope来近似。通过实验表明：对于超声信号，如果应用差商值差值来判定断点位置结果出错较多，而应用反正切差来判断断点位置能取得很好的位置估计效果。

本发明所述步骤(5)中描述的断点位置修正过程中所需的比较门限值来自于对大于等于2000组超声数据的统计平均值，门限值的统计结果如下：第一区间门限值为第二区间的门限值为第三区间的门限值为第四区间的门限值为 “包络1/包络2”指的是超声波信号上升沿阶段第一个包络与第二个包络间的峰值比，依此类推，“包络4/包络5”指的是超声波信号上升沿阶段第四个包络与第五个包络间的峰值比，G指所统计的超声数据总和，G应大于等于2000。利用统计值来修正断点位置的方法如下：首先计算duandian_ad峰值与后面波峰峰值比，与各级门限值比较，看属于哪一区间，确定其区间后，再计算duandian_ad处前一个点的峰值与duandian_ad处峰值的比值，确定其区间，看先后确定的两个区间是否相邻，是的话对断点位置进行修正，令duandian_ad=duandian_ad-1，如果不是则保持原来duandian_ad的值不变。

本发明所述步骤(6)中描述的波形恢复过程中利用了直线插值恢复来恢复未受干扰的波形，直线斜率为duandian_ad处的斜率（记为slope0），计算方式slope0={M(duandian_ad+1)-M(duandian_ad)}/{N(duandian_ad+1)-N(duandian_ad)}，其中M(duandian_ad+1)为断点处后一点的峰值，M(duandian_ad)为断点处峰值，N(duandian_ad+1)为断点处后一点在原波形中的地址，N(duandian_ad)为断点处在原波形中的地址。

本发明具有如下优点：

1．利用预处理器进行了波形变换，可以使受干扰的超声信号上升沿波形变陡峭，便于进一步去噪声处理；

2.本发明利用差商的反正切差值最大值来判断断点位置，经试验表明具有较高的准确性；

3．本发明利用大量数据进行统计，确定出门限值，与理论相结合，对所搜索的断点位置进行了修正和优化，使理论上得出的断点位置可靠度更高；

4．本发明针对超声波形特征，利用直线插值来恢复波形，较泰勒展开法等方法更简单，节约了运算量，缩短了处理时间，可以提高实时性。

实验证明此方法适用于多种具有不同程度同频干扰的板材，例如它可以使一种有干扰板材的有效书写范围从原来的0.5m扩大到1.8m。

附图说明

图1是电子白板系统的结构和工作方式；

图2A是本发明的系统功能模块；

图2B是本发明中滤除电子白板系统中同频信号干扰方法的总体流程图；

图3A1是搜索直达峰位置和0.3倍直达峰位置流程图；

图3A2举例示出了一个反射波峰值大于直达波峰值的超声信号波形；

图3B是波形变换流程图；

图3C1是搜索断点位置的流程图；

图3C2是了反正切曲线图；

图3D是调整断点位置并回恢复原始波形的流程图；

图4A是本发明中带同频干扰的信号波形；

图4B是做波形变换之后的波形图；

图4C是包络提取之后的波形图；

图4D是搜索到的断点1位置；

图4E是搜索到的断点2位置和用于直线插值的直线；

图4F是利用直线插值恢复的波形；

图5A是没有将本发明嵌入到电子白板系统的书写效果演示结果图；

图5B是将本发明嵌入到电子白板系统后的书写效果演示结果图。

具体实施方式

本发明包括如下功能模块：

（1）暂存器：用于存储滤除直流和高频噪声干扰之后的超声信号；

（2）预处理器：用于对超声信号进行波形变换；

（3）两个波形检测器：波形检测器I用于提取超声信号直达峰位置；波形检测器II用于对预处理后的超声信号进行包络提取；

（4）断点位置搜索器：用于搜索超声信号波形中的断点位置；

（5）门限比较器：用于对所搜索到的断点位置进行修正和优化；

（6）波形恢复器：用于滤除干扰信号，得到原始波形；

发明包括如下处理步骤：

(1)利用波形检测器I对存储在暂存器内的信号进行处理，搜索出超声波信号的直达峰位置，然后搜索出0.3倍直达峰位置；

(2)预处理器将步骤(1)所搜索出的0.3倍直达峰位置做为起始地址，对超声波进行波形变换；

(3)在步骤(2)的基础上，利用波形检测器II对超声波上升沿进行包络提取；

(4)利用断点位置搜索器搜索断点位置：首先计算包络的一阶差商，然后计算差商的反正切值，并求反正切值差值，最后利用反正切差值最大值搜索出断点位置；

(5)利用门限比较器将步骤(4)中所获取的断点位置进行修正和优化：在断点位置前后计算相邻包络峰值间的比值，与门限值比较，以修正断点位置；

(6)波形恢复器将步骤（5）确定的断点位置作为起始点，利用直线插值恢复出断点前未受干扰的信号波形。

本发明所述步骤(1)中描述的搜索0.3倍直达峰位置，其具体过程如下：先搜索超声信号的最大值，然后计算出最大值的0.4倍，再搜索出第一个到达0.4倍最大值的点的位置，然后从此位置开始在后面的4个包络内搜索直达峰位置，记为direct_ad，搜索方法为搜索出第一个包络峰值的极大值位置，若没有则搜索最大值位置。确定完直达峰值后，再搜寻第一个到达0.3倍直达峰位置的点，记为direct03_ad。

本发明所述步骤(2)中描述的对超声信号进行波形变换的过程是指利用步骤2所确定的direct03_ad来确定波形变换起始位置，然后进行波形变换，波形变换的起始位置是指从前端同频干扰信号区域中提取出一个极大值位置或极小值位置，其具体推导步骤如下：首先搜索出干扰区内一个任一点的位置，记为wavechang_ad，根据超声波形的特征可以确定wavechang_ad=direct03_ad-T正处于超声信号的干扰区，其中T的取值范围为60~80之间的整数。波形变换指的是从wavechang_ad位置开始搜索到第一个极大值或极小值，记为wavechang_ad0，并从此位置开始提取一个周期的干扰信号，再从wavechang_ad0开始做减法，减去h个周期的干扰信号，h取10到15之间的整数值。

本发明所述步骤(3)中描述的对超声波进行包络提取的是指对波形变换后的信号进行包络提取，且提取范围为超声波的上升沿阶段。提取包络的方法如下：从wavechang_ad开始到direct_ad之间搜索峰值极大值，作为所提取的包络，并将包络峰值和包络地址分别存储到两段已知的存储空间内，其中包络峰值存储在M空间内，包络地址存储在N空间内。假设总共提取了Q个包络峰值和Q个包络地址，分别记为M(1)，M(2)，……，M(Q)，和N(1)，N(2)，……，N(Q)。

本发明所述步骤(4)中描述的搜索断点的过程中利用了求包络一阶差商的反正切值，并根据反正切值的差值最大值来确定断点位置duandian_ad，差商计算公式为slope(n-1)=(M(n)-M(n-1))/(N(n)-N(n-1))，其中n=2，3，……，Q。反正切公式为Φ(n-1)=arctan(slpoe(n-1))，其中n=2，3，……，Q。然后求相邻反正切值间的差值，即为ΔΦ(k)=Φ(k+1)-Φ(k)，其中k=1，2，……，Q-2；搜索出各反正切值间的差值的最大值（记为ΔΦmax）的位置，即可作为断点位置，记为duandian_ad，此法经验证可以获得较为准确的断点位置估计；从反正切曲线θ=arctan(К)可知，其遵循如下规律：当斜率К小于一定值（大约为1）时，角度θ与斜率К之间几乎呈线性关系，当斜率К小于2.5时θ随К增大而变化较快，当К大于5时θ几乎不随К的增加而增加。因此在К较大时，К差值大而θ的差值不一定大。而超声信号具有上升沿陡峭的特点，即上升沿斜率很大（约在30至120之间），此时斜率К的变化对角度θ的变化影响很小。在本发明中，每个包络峰值处的斜率用差商值slope来近似。通过实验表明：对于超声信号，如果应用差商值差值来判定断点位置结果出错较多，而应用反正切差来判断断点位置能取得很好的位置估计效果。

本发明所述步骤(5)中描述的断点位置修正过程中所需的比较门限值来自于对大于等于2000组超声数据的统计平均值，门限值的统计结果如下：第一区间门限值为第二区间的门限值为第三区间的门限值为第四区间的门限值为“包络1/包络2”指的是超声波信号上升沿阶段第一个包络与第二个包络间的峰值比，依此类推，“包络4/包络5”指的是超声波信号上升沿阶段第四个包络与第五个包络间的峰值比，G指所统计的超声数据总和，G应大于等于2000。利用统计值来修正断点位置的方法如下：首先计算duandian_ad峰值与后面波峰峰值比，与各级门限值比较，看属于哪一区间，确定其区间后，再计算duandian_ad处前一个点的峰值与duandian_ad处峰值的比值，确定其区间，看先后确定的两个区间是否相邻，是的话对断点位置进行修正，令duandian_ad=duandian_ad-1，如果不是则保持原来duandian_ad的值不变。

本发明所述步骤(6)中描述的波形恢复过程中利用了直线插值恢复来恢复未受干扰的波形，直线斜率为duandian_ad处的斜率（记为slope0），计算方式slope0={M(duandian_ad+1)-M(duandian_ad)}/{N(duandian_ad+1)-N(duandian_ad)}，其中M(duandian_ad+1)为断点处后一点的峰值，M(duandian_ad)为断点处峰值，N(duandian_ad+1)为断点处后一点在原波形中的地址，N(duandian_ad)为断点处在原波形中的地址。

下面结合图和表对发明做进一步描述。

图1是电子白板系统100的结构和工作原理示意图，电子白板系统100工作过程如下：

(1)信号笔101在书写时发送超声波信号102；

(2)电子白板上的信号接收器103感应超声信号102并提取其时延信息；

(3)然后103将这种时延信息通过有线线路104传送给计算机；

(4)经计算机处理后再结合投影仪将最后的处理结果显示在板面106上。

信号笔101在板面106上书写时，会由板面产生一种干扰信号，此信号频率与定位信号相近，位置一直处于定位信号前端，且与定位信号相位一致，其基本波形如图4A或图3A2所示。

图2A示出了本发明的系统功能模块图，其工作方式如下：将采集到的待处理的超声信号存于暂存器200中，超声信号波形参见图4A，经波形检测器I201处理后可得直达峰401的位置（记为direct_ad）和0.3倍直达峰402的位置（记为direct03_ad）。将direct03_ad传送给波形变换器202，波形变换器202就会开始进行波形变换，处理结果如图4B所示。然后利用波形检测器II203对波形变换后的超声信号进行保包络提取，提取到的包络波形如图4C所示。断点提取器204利用包络值提取出断点位置407，门限比较器205起到了修正断点位置的作用（优化后的位置为408）。最后利用波形恢复器对超声信号进行波形恢复，见图4E和4F。

图2B是本发明的整体流程图，其各部分具体实施过程由图3A-3D给出。

图3A1示出利用波形检测器201搜索直达峰位置direct_ad和0.3倍直达峰位置direct03_ad的过程。超声信号300指滤除直流和高频交流信号后的超声信号，其波形如图3A2或图4A所示。当接收到信号300时，首先搜索其最大峰值301，然后须计算0.4倍最大峰值，并搜出0.4倍最大峰位置302。然后从此位置开始在后面的4个包络内搜索直达峰位置303，最后搜索出0.3倍直达峰位置direct03_ad—304。

图3B示出波形变换器201的工作过程。首先搜索出干扰区内任一点的位置，根据超声波形的特征可以确定direct03_ad-T正处于超声信号的干扰区，记为wavechang_ad=direct03_ad-T，其中T的取值范围为（60，80）之间的整数。波形变换指的是从wavechang_ad位置开始搜索到第一个极大值或极小值，记为wavechang_ad0，并从此位置开始提取一个周期的干扰信号，再从wavechang_ad0开始做减法，减去h个周期的干扰信号（h取10到15之间的整数值）。这一过程的处理结果可以见图4A和图4B。

波形变换后即利用波形检测器II203提取包络，提取包络的其起始位置为wavechang_ad，提取范围是从wavechang_ad到direct_ad之间。提取方法为从wavechang_ad开始到direct_ad之间搜索峰值极大值，作为所提取的包络，并将包络值和包络地址分别存储到两段已知的存储空间内，包络值存储在M区，记对应的地址存储在N区。

假设总共提取了Q个包络峰值和Q个包络地址，分别记为M(1)，M(2)，……，M(Q)，和N(1)，N(2)，……，N(Q)。

图3C1示出利用断点位置搜索器确定断点位置的流程图，其过程如下：

(1)求一阶差商：即求包络的一阶差商，差商计算公式如下；

slope(n-1)=(M(n)-M(n-1))/(N(n)-N(n-1))，其中n=2，3，……，Q；

(2)求差商的反正切值，公式为：Φ(n-1)=arctan(slpoe(n-1))。然后求相邻反正切值的差值，即为ΔΦ(k)=Φ(k+1)-Φ(k)，其中k=1，2，……，Q-2；

(3)搜索出各反正切值间的差值的最大值（记为ΔΦmax）的位置，即可作为断点位置，记为duandian_ad。

图3C2示出反正切公式θ=arctan(К)的曲线。从反正切曲线可知，其遵循如下规律：当斜率К小于一定值（大约为1）时，角度θ与斜率К之间几乎呈线性关系，当斜率小于2.5时θ随К增大而变化较快，当К大于5时θ几乎不随К的增加而增加。因此在К较大时，К差值大而θ的差值不一定大。而超声信号具有上升沿陡峭的特点，即上升沿斜率很大（约在30至120之间），此时斜率К的变化对角度θ的变化影响很小。在本发明中，每个包络峰值处的斜率用一阶差商slope来近似。通过实验可以证明：对于超声信号，如果应用一阶差商的差值来判定断点位置结果出错较多，而应用角度差来判断断点位置能取得很好的位置估计效果。

图3D示出修正断点位置和波形恢复的过程。断点位置修正过程中所需的比较门限值来自于对大于等于2000组超声数据的统计平均值，门限的统计结果由表1所示，其中区间1-4的门限A、B、C、D计算方式如下： “包络1/包络2”指的是超声波信号上升沿阶段第一个包络与第二个包络间的峰值比，依此类推，“包络4/包络5”指的是超声波信号上升沿阶段第四个包络与第五个包络间的峰值比，G指所统计的超声数据总和，G应大于等于2000。利用统计值来修正断点位置的方法如下：首先计算duandian_ad峰值与后面波峰峰值比，与各级门限值比较，看属于哪一区间，确定其区间后，再计算duandian_ad处前一个点的峰值与duandian_ad处峰值的比值，确定其区间，看先后确定的两个区间是否相邻，是的话对断点位置进行修正，令duandian_ad=duandian_ad-1，如果不是则保持原来duandian_ad的值不变。利用比较结果对断点位置进行修正，获得修正后断点位置。

最后进行波形恢复，恢复过程利用了直线插值，直线斜率记为slope0，slope0={M(duandian-ad+1)-M(duandian-ad)}/{N(duandian-ad+1)-N(duandian-ad)}，其中M(duandian_ad+1)为断点处后一点的峰值，M(duandian_ad)为断点处峰值，N(duandian_ad+1)为断点处后一点在原波形中的地址，N(duandian_ad)为断点处在原波形中的地址。

图4A给出了带有声辐射干扰的超声信号波形，下面是对标号400-405的解释说明：

400——指超声信号中的声反射干扰。

401——指超声信号的直达峰，401峰值可能小于400峰值（如图3A2所示），而图3A1所示的流程图可以避免反射干扰的影响。

402——0.3倍直达峰位置direct03_ad。

403、404——为所提取的一个周期干扰信号的两个极值位置，其中403也是做波形变换的起始位置，见图3B的说明。

405——提取到的一个周期的干扰信号的放大波形。

图4B是波形变换后的信号波形图，406指出了做波形变换的一段信号。

图4C是提取到的包络波形图，其中提取包络的起始位置是直达峰位置direct_ad，提取长度为14个超声周期。

图4D中的407是所搜索到的断点1位置（做调整前的断点位置）。

图4E中的408是经调整后获得的断点2位置，409是由断点2和其后面的包络峰值所确定的直线，用于直线插值恢复包络。

图4F中的409是最终恢复出的超声信号包络。

图5A示出嵌入本发明前有干扰板的书写效果。501是电子白板系统的应用软件界面。可以看出书写线条无法连贯，且有较多严重的错误定位结果，502圈出了定位偏差较大的点。

图5B示出嵌入本发明之后的书写效果，可以看出书写连贯，几乎没有断点和离散点。

表1列出超声波上升沿包络峰值比的统计结果。

	第一区间	第二区间	第三区间	第四区间
					门限值	A	B	C	D

其中A、B、C、D计算方式如下：

Claims (7)

1.一种有效滤除电子白板系统中同频信号干扰的方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)利用波形检测器I对存储在暂存器内的信号进行处理，搜索出超声波信号的直达峰位置，然后搜索出0.3倍直达峰位置，所述暂存器用于存储滤除直流和高频噪声干扰之后的超声信号，所述波形检测器I用于提取超声信号直达峰位置；

(2)预处理器将步骤(1)所搜索出的0.3倍直达峰位置做为起始地址，对超声波进行波形变换，方法为将超声信号与所提取的干扰信号做减法，所述预处理器用于对超声信号进行波形变换；

(3)在步骤(2)的基础上，利用波形检测器II对超声波上升沿进行包络提取，所述波形检测器II用于对预处理后的超声信号进行包络提取；

(4)利用断点位置搜索器搜索断点位置：首先计算包络的一阶差商，然后计算差商的反正切值，并求反正切值差值，最后搜索出反正切差值最大值位置作为断点位置，所述断点位置搜索器用于搜索超声信号波形中的断点位置；

(5)利用门限比较器将步骤(4)中所获取的断点位置进行修正和优化：在断点位置前后计算相邻包络峰值间的比值，与门限值比较，以修正断点位置，所述门限比较器用于对所搜索到的断点位置进行修正；

(6)在波形恢复器中将步骤(5)确定的断点位置作为起始点，利用直线插值恢复出断点前未受干扰的信号波形，所述波形恢复器用于滤除干扰信号，得到原始波形。

2.根据权利要求1所述的有效滤除电子白板系统中同频信号干扰的方法，其特征在于其中所述步骤(1)中描述的搜索0.3倍直达峰位置，其具体过程如下：先搜索超声信号的最大值，然后计算出最大值的0.4倍，再搜索出第一个到达0.4倍最大值的点的位置，然后从此位置开始在后面的4个包络内搜索直达峰位置，记为direct_ad，搜索方法为搜索出第一个包络峰值的极大值位置或者最大值位置，确定完直达峰值后，再搜寻第一个到达0.3倍直达峰位置的点，记为direct03_ad。

3.根据权利要求1所述的一种有效滤除电子白板系统中同频信号干扰的方法，其特征在于其中所述步骤(2)中描述的对超声信号进行波形变换的过程是指利用步骤(1)所确定的direct03_ad来确定波形变换的起始位置，然后进行波形变换，波形变换的起始位置是指从前端同频干扰信号区域中提取出一个极大值位置或极小值位置，所述direct03_ad的含义是0.3倍直达峰位置的点；其具体推导步骤如下：首先搜索出干扰区内一个任一点的位置，记为wavechang_ad，根据超声波形的特征可以确定wavechang_ad＝direct03_ad-T正处于超声信号的干扰区，记为wavechang_ad＝direct03_ad-T，其中T的取值范围为(60，80)之间的整数，波形变换指的是从wavechang_ad位置开始搜索到第一个极大值或极小值，记为wavechang_ad0，并从此位置开始提取一个周期的干扰信号，再从wavechang_ad0开始做减法，减去h个周期所提取的干扰信号，h取10到15之间的整数值。

4.根据权利要求1所述的一种有效滤除电子白板系统中同频信号干扰的方法，其特征在于其中所述步骤(3)中描述的对超声波进行包络提取的过程是指对波形变换后的信号进行包络提取，且提取范围仅为超声波的上升沿阶段；提取包络的方法如下：从wavechang_ad开始到direct_ad之间搜索峰值极大值，作为所提取的包络，并将包络峰值和包络地址分别存储到两段已知的存储空间内，记包络峰值存储于M空间内，包络地址存储在N空间内；假设总共提取了Q个包络峰值和Q个包络地址，分别记为M(1)，M(2)，……，M(Q)，和N(1)，N(2)，……，N(Q)；所述wavechang_ad的含义是：干扰区内一个任一点的位置，所述direct_ad的含义是：直达峰位置。

5.根据权利要求1所述的一种有效滤除电子白板系统中同频信号干扰的方法，其特征在于其中所述步骤(4)中描述的搜索断点的过程中利用了求包络一阶差商的反正切值，并根据反正切值的差值最大值来确定断点位置duandian_ad，差商计算公式为slope(n-1)＝(M(n)-M(n-1))/(N(n)-N(n-1))，其中n＝2，3，……，Q；反正切公式为Φ(n-1)＝arctan(slpoe(n-1))，其中n＝2，3，……，Q；然后求相邻反正切值间的差值，即为ΔΦ(k)＝Φ(k+1)-Φ(k)，其中k＝1，2，……，Q-2；搜索出各反正切值间的差值的最大值的位置，记为ΔΦmax，即作为断点位置，记为duandian_ad；

所述M(n)、M(n-1)含义分别是：从wavechang_ad开始到direct_ad之间搜索峰值极大值，作为所提取的包络，并将包络峰值存储到一段已知的存储空间M内，提取的第n个、第n-1个包络峰值，其中n＝2，3，……，Q；

所述N(n)、N(n-1)含义分别是：从wavechang_ad开始到direct_ad之间搜索峰值极大值，作为所提取的包络，并将包络地址存储到一段已知的存储空间N内，提取的第n个、第n-1个包络地址，其中n＝2，3，……，Q。

6.根据权利要求1所述的一种有效滤除电子白板系统中同频信号干扰的方法，其特征在于步骤(5)中描述的断点位置修正过程中所需的比较门限值来自于对大于等于2000组超声数据的统计平均值，门限值的统计结果如下：第一区间门限值为第二区间的门限值为第三区间的门限值为第四区间的门限值为“包络1/包络2”指的是超声波信号上升沿阶段第一个包络与第二个包络间的峰值比，依此类推，“包络4/包络5”指的是超声波信号上升沿阶段第四个包络与第五个包络间的峰值比，G指所统计的超声数据总和，G应大于等于2000；利用统计值来修正断点位置的方法如下：首先计算duandian_ad峰值与后面波峰峰值比，与各级门限值比较，看属于哪一区间，确定其区间后，再计算duandian_ad处前一个点的峰值与duandian_ad处峰值的比值，确定其区间，看先后确定的两个区间是否相邻，是的话对断点位置进行修正，令duandian_ad＝duandian_ad-1，如果不是则保持原来duandian_ad的值不变；

duandian_ad的含义是：搜索出各反正切值间的差值的最大值的位置，即作为断点位置。

7.根据权利要求1所述的一种有效滤除电子白板系统中同频信号干扰的方法，其特征在于步骤(6)中利用了直线插值法来最终恢复超声信号，直线斜率为duandian_ad处的斜率，记为slope0，计算方式为：

slope0＝{M(duandian_ad+1)-M(duandian_ad)}/{N(duandian_ad+1)-N(duandian_ad)}，其中M(duandian_ad+1)为断点处后一点的峰值，M(duandian_ad)为断点处峰值，N(duandian_ad+1)为断点处后一点的在原波形中的地址，N(duandian_ad)为断点处在原波形中的地址，duandian_ad的含义是：搜索出各反正切值间的差值的最大值的位置，即作为断点位置。