CN109951174B - 一种快速傅里叶变换滤波方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种快速傅里叶变换滤波方法，目的为了解决滤波后的信号出现偏差的问题，其包括如下步骤：复制待过滤时域信号得到N个待分块时域信号；获得每个待分块时域信号的数据块时域信号；对每个数据块时域信号分别进行傅里叶变换、滤波以及傅里叶反变换得到反变换数据块时域信号并依据时间序列合成反变换数据块时域信号，得到合成时域信号。本发明采用先将待过滤时域信号按照错时分块技术得到多个数据块时域信号，接着将数据块时域信号分别进行傅里叶变换、滤波以及傅里叶反变换得到反变换数据块时域信号，最后依据待过滤时域信号的时间序列组合反变换数据块时域信号得到合成时域信号的方式，克服了滤波后的信号出现偏差的问题。

Description

一种快速傅里叶变换滤波方法
技术领域
本发明涉及数字信号处理领域，具体而言，本发明涉及一种快速傅里叶变换滤波方法。
背景技术
滤波器的应用非常广泛，其常见类型有无限冲击响应(IIR)滤波器、无限冲击响应(IIR)滤波器、傅里叶变换滤波器等。有无限冲击响应(IIR)滤波器和无限冲击响应(IIR)滤波器的设计过程较为复杂，且没有理想的滤波器特性，只能通过提高滤波器的阶数去逼近理想滤波器的特性。傅里叶变换滤波器具有理想的滤波器特性，但由于傅里叶变换过程中由于不能保证整周期采样而出现所谓的“能量泄漏”，使得滤波后的信号出现一些偏差。
发明内容
为了解决滤波后的信号出现偏差的问题，本发明提供了一种滤波后的信号不出现偏差的快速傅里叶变换滤波方法。
为实现上述目的，本发明一种快速傅里叶变换滤波方法，其包括如下步骤：
复制待过滤时域信号得到N个待分块时域信号，其中N为大于2的自然数；
按照预设错时分块规则确定所述每个待分块时域信号的分块起点时刻，并基于所述分块起点时刻和预置数据块值对所述每个待分块时域信号进行分块，得到每个待分块时域信号的数据块时域信号；
对所述每个数据块时域信号分别进行傅里叶变换、滤波以及傅里叶反变换得到反变换数据块时域信号并依据所述待过滤时域信号的时间序列合成所述反变换数据块时域信号，得到合成时域信号。
优选地，所述N的取值为2。
优选地，所述预设错时分块规则为相邻待分块时域信号的分块起点时刻的间隔时间相同。
优选地，所述依据所述待过滤时域信号的时间序列合成所述反变换数据块时域信号，得到合成时域信号包括如下步骤：
获取待过滤时域信号的时间序列；
判断所述时间序列是否位于所述反变换数据块时域信号的中部预设阈值内，若是，则提取并合并位于所述反变换数据块时域信号的中部预设阈值内的反变换数据块时域信号，以得到所述时间序列的合并时域信号。
优选地，所述预置数据块的大小为4，所述提取并合并位于所述反变换数据块时域信号的中部预设阈值内的反变换数据块时域信号包括如下步骤：
提取并合并所述反变换数据块时域信号的中部两个反变换数据块时域信号。
与现有技术相比，本发明一种快速傅里叶变换滤波方法具有如下有益效果：
本发明一种快速傅里叶变换滤波方法采用先将整个待过滤时域信号按照错时分块技术得到多个数据块时域信号，接着将数据块时域信号分别进行傅里叶变换、滤波以及傅里叶反变换得到反变换数据块时域信号，最后依据待过滤时域信号的时间序列组合反变换数据块时域信号，得到合成时域信号的方式，在一定程度上克服了滤波后的信号出现偏差的问题，方便了人们使用。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明实施例一种快速傅里叶变换滤波方法的应用场景示意图；
图2为本发明实施例一种快速傅里叶变换滤波方法的流程示意图；
图3为本发明实施例一种快速傅里叶变换滤波方法中合并反变换数据块时域信号的状态示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
请参阅图1，本发明实施例一种快速傅里叶变换滤波方法应用于如图1所示的滤波器中，该滤波器包括两个结构相同的FFT滤波单元以及时域信号选择/合成模块，其中，待滤波时域信号输入FFT滤波单元，已滤波时域信号从时域信号选择/合成模块输出；两个结构相同的FFT滤波单元分别为FFT滤波1和FFT滤波2，FFT滤波1包括时域信号分块1、FFT得到频谱、滤波频率的幅值置零、IFFT得到时域信号；FFT滤波2包括时域信号分块2、FFT得到频谱、滤波频率的幅值置零、IFFT得到时域信号。
请参阅图2，图2为本发明实施例一种快速傅里叶变换滤波方法的流程示意图，为了便于理解本发明实施例一种快速傅里叶变换滤波方法，下面结合图1的滤波器说明解释，如图2所示，本发明实施例一种快速傅里叶变换滤波方法，其包括如下步骤：
步骤S101：复制待过滤时域信号得到N个待分块时域信号，其中N为大于2的自然数。
在一些实施方式中，N的取值为2。当然如果想进一步提高精度，可采用更多的FFT滤波器单元，此时的N也会相应的调整。本发明实施例对此不做限制。
步骤S103：按照预设错时分块规则确定所述每个待分块时域信号的分块起点时刻，并基于所述分块起点时刻和预置数据块值对所述每个待分块时域信号进行分块，得到每个待分块时域信号的数据块时域信号。
优选地，预设错时分块规则为相邻待分块时域信号的分块起点时刻的间隔时间相同。
示例地，假设N的取值为2，待过滤时域信号的采样频率为12Hz，以12个数据为预置数据块值，并假设采了10秒钟，共有120个数据，一种待分块时域信号的分块起点时刻为0，其数据块时域信号对应的时间分别为：0～1秒、1～2秒、2～3秒、……；另一种待分块时域信号的分块起点时刻为0.5，其数据块时域信号对应的时间为：0.5～1.5秒、1.5～2.5秒、2.5～3.5秒、……；这两种分法就是错时分块。
值得注意的是，预置数据块值没有常用的大小，通常可根据实际情况设定，考虑的因素包括被测设备的转速、关注频率的范围、要求的频域分辨率、数据的采样频率等。
步骤S105：对所述每个数据块时域信号分别进行傅里叶变换、滤波以及傅里叶反变换得到反变换数据块时域信号并依据所述待过滤时域信号的时间序列合成所述反变换数据块时域信号，得到合成时域信号。其中，滤波为不需要的频率对应的信号置零。
具体地，依据待过滤时域信号的时间序列合成反变换数据块时域信号，得到合成时域信号包括如下步骤：
获取待过滤时域信号的时间序列；
判断时间序列是否位于反变换数据块时域信号的中部预设阈值内，若是，则提取并合并位于反变换数据块时域信号的中部预设阈值内的反变换数据块时域信号，以得到时间序列的合并时域信号。
在一些实施方式中，预置数据块的大小为4，则提取并合并位于反变换数据块时域信号的中部预设阈值内的反变换数据块时域信号包括如下步骤：提取并合并反变换数据块时域信号的中部两个反变换数据块时域信号。
请参阅图3，图3示出了本发明实施例一种快速傅里叶变换滤波方法中合并反变换数据块时域信号的状态示意图，从图3中可以看出：
对于FFT滤波单元1输出结果，网格线0～4内的数据为一个反变换数据块时域信号，4～8内的为一个反变换数据块时域信号，依次划分下去；
对于FFT滤波单元2输出结果，网格线2～6内的数据为一个反变换数据块时域信号，6～10内的为一个反变换数据块时域信号，依次划分下去；
分别取第1个FFT滤波单元、第2个FFT滤波单元滤波后的反变换数据块时域信号的中部数据，组合在一起，作为合并时域信号，也即滤波器最终的输出时域信号。
与现有技术相比，本发明实施例一种快速傅里叶变换滤波方法具有如下有益效果：
本发明实施例一种快速傅里叶变换滤波方法采用先将整个待过滤时域信号按照错时分块技术得到多个数据块时域信号，接着将数据块时域信号分别进行傅里叶变换、滤波以及傅里叶反变换得到反变换数据块时域信号，最后依据待过滤时域信号的时间序列组合反变换数据块时域信号，得到合成时域信号的方式，在一定程度上克服了滤波后的信号出现偏差的问题，方便了人们使用。
以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种快速傅里叶变换滤波方法，其特征在于，所述快速傅里叶变换滤波方法包括如下步骤：
复制待过滤时域信号得到N个待分块时域信号，其中N为大于等于2的自然数；
按照预设错时分块规则确定每个所述待分块时域信号的分块起点时刻，并基于所述分块起点时刻和预置数据块值对所述每个待分块时域信号进行分块，得到每个待分块时域信号的数据块时域信号；
对所述每个数据块时域信号分别进行傅里叶变换、滤波以及傅里叶反变换得到反变换数据块时域信号并依据所述待过滤时域信号的时间序列合成所述反变换数据块时域信号，得到合成时域信号；
所述依据所述待过滤时域信号的时间序列合成所述反变换数据块时域信号，得到合成时域信号包括如下步骤：
获取待过滤时域信号的时间序列；
判断所述时间序列是否位于所述反变换数据块时域信号的中部预设阈值内，若是，则提取并合并位于所述反变换数据块时域信号的中部预设阈值内的反变换数据块时域信号，以得到所述时间序列的合并时域信号。
2.如权利要求1所述的快速傅里叶变换滤波方法，其特征在于，所述预设错时分块规则为相邻待分块时域信号的分块起点时刻的间隔时间相同。
3.如权利要求1所述的快速傅里叶变换滤波方法，其特征在于，所述预置数据块的大小为4，所述提取并合并位于所述反变换数据块时域信号的中部预设阈值内的反变换数据块时域信号包括如下步骤：
提取并合并所述反变换数据块时域信号的中部两个反变换数据块时域信号。
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