CN103197161A - 一种微弱直流信号中的脉冲干扰检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种针对噪声幅度大、持续时间短、间隔时间长的脉冲进行检测的一种微弱直流信号中的脉冲干扰检测方法，包括如下步骤：(1)设计观察窗口；(2)计算并存储观察窗口的窗口幅度；(3)设计观察窗口幅度序列；(4)计算窗口幅度差值并比较存储；(5)检测脉冲干扰并对受到干扰的观察窗口进行过滤。本发明所述的一种微弱直流信号中的脉冲干扰检测方法，针对微弱直流信号中的脉冲噪声幅度大，脉冲持续时间短，脉冲间的间隔时间长的特点，从时域分析的角度出发，通过评估多个观察窗口的窗口幅度，无需高采样率和大量运算，即可从微弱直流信号中检测到脉冲噪声并进行抑制。

Description

一种微弱直流信号中的脉冲干扰检测方法

技术领域

本发明涉及一种脉冲干扰检测方法，尤其是一种微弱直流信号中的脉冲干扰检测方法。

背景技术

在轨道交通直流牵引保护系统中，电流相关保护所需要的信号主要通过分流器获取。当直流电流通过分流器时，分流器将输出幅值很小的直流电压信号，其幅值一般在150mV以内。但是，在直流电压信号传输过程中，来自各种电气干扰的脉冲噪声往往会对信号造成较大的影响，最终导致电流相关保护误动作，严重影响了直流牵引保护系统的可靠性。

从时域角度看，脉冲噪声的特点是其幅度远大于分流器输出的直流电压信号，且脉冲之间的间隔时间远大于脉冲持续时间；从频域角度看，脉冲噪声的频谱范围远大于直流牵引系统电流信号的频谱范围。现有技术主要从频域的角度出发，通过低通滤波的方式对噪声进行过滤，这种方法只能滤除幅度小、频谱范围窄的噪声，无法对幅度大、频谱范围宽的脉冲噪声进行有效检测和抑制。

发明内容

本发明提供了一种针对噪声幅度大、持续时间短、间隔时间长的脉冲进行检测的一种微弱直流信号中的脉冲干扰检测方法。

实现本发明目的的一种微弱直流信号中的脉冲干扰检测方法，包括如下步骤：

(1)设计观察窗口

选择合适的采样率f，通过AD转换器对信号进行采样，并将转换结果读取到相应的存储器中，将连续M个采样点定义为一个观察窗口W，相邻的观察窗口之间无数据重叠；观察窗口的时间宽度T_m＝M/f，对于脉冲噪声的脉冲时间宽度T_n，满足T_m≥T_n，M≥2；

(2)计算并存储观察窗口的窗口幅度

根据观察窗口的设置，每完成M个采样点后，计算出相应观察窗口的窗口幅度其中a_i(i＝1，2...M)为观察窗口内的连续M个采样点AD转换值，并对观察窗口的幅度进行存储；

(3)设计观察窗口幅度序列

连续存储最新的Q＝2p+1个观察窗口的窗口幅度：A_-p，A_-p+1...A₀，A₁...A_p。其中，A_p为最近一个观察窗口W_p的窗口幅度，A₀为待过滤的观察窗口W₀的窗口幅度，A_-p为观察窗口W₀之前的第p个观察窗口W_-p的窗口幅度；根据时间推移，每产生一个最新的观察窗口，即需要将原有的Q个观察窗口序列进行一次滑动，以保证观察窗口W_p总是最新的观察窗口，对于最小脉冲间隔时间T_s，必须满足Q个观察窗口的总时间长度(2p+1)T_m小于T_s，p≥2；

(4)计算窗口幅度差值并比较存储

每当产生一个最新的观察窗口W_p，可以对W_p之前的第p个观察窗口W₀进行滤波；计算D_i＝|A_i-A₀|，其中i＝-p，...-1，1，...p，共2p个窗口幅度差值；根据脉冲噪声的幅度以及上升时间情况可设定比较阈值D_th，将2p个窗口幅度差值和D_th分别进行比较，将窗口幅度差值超过D_th的数量记为B，并进行存储；

(5)检测脉冲干扰并对受到干扰的观察窗口进行过滤

如果B＜p+1，则认为不存在干扰脉冲，可以将A₀直接作为滤波结果A_r输出；

如果B≥p+1，则认为观察窗口W₀可能存在脉冲干扰，计算C＝|A_-p-A_p|，根据有效信号的上升时间和幅度情况可设定比较阈值C_th，如果C＜C_th则认为不存在干扰脉冲，可以将A₀直接作为滤波结果A_r输出；如果C≥C_th则认为存在干扰脉冲，此时计算A′₀＝(A_-p+A_p)/2作为滤波结果A_r输出。

本发明所述的一种微弱直流信号中的脉冲干扰检测方法的有益效果如下：

本发明所述的一种微弱直流信号中的脉冲干扰检测方法，针对微弱直流信号中的脉冲噪声幅度大，脉冲持续时间短，脉冲间的间隔时间长的特点，从时域分析的角度出发，通过评估多个观察窗口的窗口幅度，无需高采样率和大量运算，即可从微弱直流信号中检测到脉冲噪声并进行抑制。

附图说明

图1为本发明所述的一种微弱直流信号中的脉冲干扰检测方法的示意图。

图2为本发明所述的一种微弱直流信号中的脉冲干扰检测方法的流程图。

具体实施方式

如图1、2所示，本发明所述的一种微弱直流信号中的脉冲干扰检测方法，包括如下步骤：

步骤1，以200k的频率通过AD转换器对信号进行采样，对于脉冲宽度为10us以内的脉冲噪声，将连续4个采样点作为一个观察窗口，保证观察窗口的时间宽度20us大于脉冲噪声的脉冲宽度10us。

步骤2，将观察窗口的4个采样点累加，可得到观察窗口的窗口幅度，并将窗口幅度进行存储。

步骤3，对于7个最新观察窗口序列W_-3，W_-2，W_-1，W₀，W₁，W₂，W₃，存储其对应的窗口幅度A_-3，A_-2，A_-1，A₀，A₁，A₂，A₃，其中，W₃为最近一个观察窗口，而观察窗口W₀为待过滤的观察窗口。每产生一个新的观察窗口后，就将原有的观察窗口幅度序列滑动一次，以保证所存储的7个窗口幅度为最新。对于脉冲间隔在200us以上的脉冲噪声，7个观察窗口的时间长度为140us，小于200us。

步骤4，计算6个窗口幅度差值D_-3，D_-2，D_-1，D₁，D₂，D₃，选择合适的D_th和这6个窗口幅度差值进行比较，将超过D_th的窗口幅度差值个数记为B，并进行存储。

步骤5，如果B＜4，则认为观察窗口W₀没有受到脉冲干扰，直接将A₀作为滤波结果A_r输出；如果B≥4，则认为观察窗口W₀可能受到脉冲干扰，此时计算C＝|A_-3-A₃|，选择合适的C_th和C进行比较，如果C≥C_th则认为观察窗口W₀没有受到脉冲干扰，直接将A₀作为滤波结果A_r输出。如果C＜C_th，则认为观察窗口W₀受到脉冲干扰，此时计算A′₀＝(A_-3+A₃)/2作为A_r输出。

上面所述的实施例仅仅是对本发明所述的优选实施方式进行描述，并非对本发明所述的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神前提下，本领域普通工程技术人员对本发明技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明所述的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (1)

1.一种微弱直流信号中的脉冲干扰检测方法，包括如下步骤：

(1)设计观察窗口

选择合适的采样率f，通过AD转换器对信号进行采样，并将转换结果读取到相应的存储器中，将连续M个采样点定义为一个观察窗口W，相邻的观察窗口之间无数据重叠；观察窗口的时间宽度T_m＝M/f，对于脉冲噪声的脉冲时间宽度T_n，满足T_m≥T_n，M≥2；

(2)计算并存储观察窗口的窗口幅度

根据观察窗口的设置，每完成M个采样点后，计算出相应观察窗口的窗口幅度

其中a_i(i＝1，2...M)为观察窗口内的连续M个采样点AD转换值，并对观察窗口的幅度进行存储；

(3)设计观察窗口幅度序列

连续存储最新的Q＝2p+1个观察窗口的窗口幅度：A_-p，A_-p+1...A₀，A₁...A_p。其中，A_p为最近一个观察窗口W_p的窗口幅度，A₀为待过滤的观察窗口W₀的窗口幅度，A_-p为观察窗口W₀之前的第p个观察窗口W_-p的窗口幅度；根据时间推移，每产生一个最新的观察窗口，即需要将原有的Q个观察窗口序列进行一次滑动，以保证观察窗口W_p总是最新的观察窗口，对于最小脉冲间隔时间T_s，必须满足Q个观察窗口的总时间长度(2p+1)T_m小于T_s，p≥2；

(4)计算窗口幅度差值并比较存储

每当产生一个最新的观察窗口W_p，可以对W_p之前的第p个观察窗口W₀进行滤波；计算D_i＝|A_i-A₀|，其中i＝-p，...-1，1，...p，共2p个窗口幅度差值；根据脉冲噪声的幅度以及上升时间情况可设定比较阈值D_th，将2p个窗口幅度差值和D_th分别进行比较，将窗口幅度差值超过D_th的数量记为B，并进行存储；

(5)检测脉冲干扰并对受到干扰的观察窗口进行过滤

如果B＜p+1，则认为不存在干扰脉冲，可以将A₀直接作为滤波结果A_r输出；

如果B≥p+1，则认为观察窗口W₀可能存在脉冲干扰，计算C＝|A_-p-A_p|，根据有效信号的上升时间和幅度情况可设定比较阈值C_th，如果C＜C_th则认为不存在干扰脉冲，可以将A₀直接作为滤波结果A_r输出；如果C≥C_th则认为存在干扰脉冲，此时计算A′₀＝(A_-p+A_p)/2作为滤波结果A_r输出。

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