CN111294014B - 一种信号积分去偏差方法及其系统、电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种信号积分去偏差方法及其系统、电子设备,所述方法包括如下步骤:接收加速度特征信号并对所述加速度特征信号进行滤波去偏差处理得到滤波去偏差后的加速度信号;实时接收一速度特征信号偏差反馈计算量;将所述滤波去偏差后的加速度特征信号与所述速度特征信号偏差反馈计算量叠加得到叠加信号;对所述叠加信号进行积分运算得到第一速度特征信号;对所述第一速度特征信号进行滤波去偏差处理得到第二速度特征信号。所述系统用于执行所述方法,所述电子设备存储有计算机程序以执行所述方法。实施本发明能够提高实时性和系统适应范围、减少运算资源需求。
Description
技术领域
本发明涉及信号处理技术领域,具体涉及一种信号积分去偏差方法及其系统、电子设备。
背景技术
在工程领域,有很多参数不能通过直接获取,需要将直接获取的信号进行积分后得到期望的参数,但积分会导致原信号的直流分量累加放大,因此需要进行信号积分去偏差处理。该领域目前发展了多种积分去偏差方法,但存在实时性不够、运算资源需求较大和系统适应范围不广等缺点。例如图1所示的信号积分去偏差方法,该方法中以实际加速度为0为例,原始信号有系统误差与波动,滤波去偏差后减小波动,但系统误差无法消除,经积分运算后变成一阶偏差,滤波去偏差后偏差增长速度变慢,但仍然有一阶偏差。
因此,现有的信号积分去偏差技术还有待进一步改进。
发明内容
本发明的目的在于提供一种信号积分去偏差方法及其系统、电子设备,以提高实时性和系统适应范围、减少运算资源需求。
为了实现本发明目的,本发明实施例提供一种信号积分去偏差方法,包括如下步骤:
接收加速度特征信号并对所述加速度特征信号进行滤波去偏差处理得到滤波去偏差后的加速度信号;
实时接收一速度特征信号偏差反馈计算量;
将所述滤波去偏差后的加速度特征信号与所述速度特征信号偏差反馈计算量叠加得到叠加信号;
对所述叠加信号进行积分运算得到第一速度特征信号;
对所述第一速度特征信号进行滤波去偏差处理得到第二速度特征信号;
其中,所述速度特征信号偏差反馈计算量为所述第二速度特征信号与所述第一速度特征信号之间的速度特征信号偏差反馈计算量。
进一步地,所述输入加速度特征信号进行滤波去偏差处理得到滤波去偏差后的加速度信号以及所述第一速度特征信号进行滤波去偏差处理得到第二速度特征信号中的滤波去偏差处理均采用中心化方法滤波去偏差。
进一步地,所述中心化方法滤波去偏差具体为滑动平均滤波方法,具体如下:
获取当前数据往前Num个数据之和后取均值作为滤波后输出,公式如下所示:
Sum=current_input+Sum-Num_back_input;
Output=Sum/Num;
其中,Sum表示Num个数据之和,current_input为当前新数据,Num_back_input为Num个周期前的数据,Output为滤波后输出结果。
进一步地,所述Num满足如下条件:
Num<theta×f_sample/f_signal/2/pi;
其中,theta为滤波延迟相位,f_signal为信号变化频率,f_sample为系统采样频率,pi为圆周率。
进一步地,所述实时接收一速度特征信号偏差反馈计算量具体采用P调节、PI调节、PD调节或PID调节方式实时获取滤波去偏差前后的第二速度特征信号和第一速度特征信号之间的偏差反馈计算量。
进一步地,所述将滤波去偏差后的加速度特征信号与所述速度特征信号偏差反馈计算量叠加得到叠加信号包括:
采用以下公式将所述第二速度特征信号与所述第一速度特征信号之间的速度特征信号偏差乘以相应的加权算子后作为反馈量叠加到滤波去偏差后的加速度特征信号中得到叠加信号;
叠加过程公式如下:
Acc_dealed=Acc_direct-P×(Spd_direct-Spd_filtered);
其中,Acc_direct为滤波去偏差后的加速度特征信号,Spd_direct为积分后得到的速度特征信号,Spd_filtered为Spd_direct为滤波去偏差后得到的速度特征信号,Acc_dealed为叠加信号,P为加权算子。
本发明实施例还提供一种信号积分去偏差系统,包括:
第一滤波单元,用于接收加速度特征信号并对所述加速度信号进行滤波去偏差处理得到滤波去偏差后的加速度信号;
信号反馈单元,用于实时接收一速度特征信号偏差反馈计算量;
信号叠加单元,用于将所述滤波去偏差后的加速度特征信号与所述速度特征信号偏差反馈计算量叠加得到叠加信号;
积分运算单元,用于对所述叠加信号进行积分运算得到第一速度特征信号;
第二滤波单元,用于对所述第一速度特征信号进行滤波去偏差处理得到第二速度特征信号;
其中,所述速度特征信号偏差反馈计算量为所述第二速度特征信号与所述第一速度特征信号之间的速度特征信号偏差反馈计算量。
进一步地,所述信号反馈单元分别与所述积分运算单元的输出端和所述第二滤波单元的输出端连接,所述信号反馈单元的输出端连接所述叠加单元的输入端,且所述信号反馈单元具体采用P调节、PI调节、PD调节或PID调节方式实时获取滤波去偏差前后的第二速度特征信号和第一速度特征信号之间的偏差反馈计算量。
进一步地,所述第一滤波去偏差单元和第二滤波去偏差单元均采用滑动平均滤波方法进行滤波去偏差。
本发明实施例还提供一种电子设备,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的所计算机程序,所述处理器执行所述计算机程序时,以实现本发明实施例述信号积分去偏差方法。
本发明实施例具有以下有益效果:
本发明实施例对初始加速度特征信号及积分运算后的速度特征信号进行滤波去偏差处理,既能减少信号噪音又去除了系统偏差,提高了系统的适用性,并通过将滤波去偏差前后的速度特征信号的偏差做反馈计算再与滤波去偏差后的加速度特征信号叠加后积分,消除了积分累计偏差,提高了实时性和减少了运算资源需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中一种信号积分去偏差方法流程图。
图2为本发明实施例中一种信号积分去偏差方法流程图。
图3为本发明实施例中一种信号积分去偏差系统结构示意图。
附图标记:
第一滤波单元-1,信号反馈单元-2,信号叠加单元-3,积分运算单元-4,第二滤波单元-5。
具体实施方式
以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面,但是除非特别指出,不必按比例绘制附图。
另外,为了更好的说明本发明,在下文的具体实施例中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解,没有某些具体细节,本发明同样可以实施。在一些实例中,对于本领域技术人员熟知的手段、元件和电路未作详细描述,以便于凸显本发明的主旨。
如图1所示为现有技术中的信号积分去偏差方法流程图。
如图2所示为本发明实施例一提供的一种信号积分去偏差方法,所述方法可应用于单片机中进行实时信号处理,也可应用于后处理程序进行数据分析。
本发明实施例一的方法具体包括如下步骤:
S1接收加速度特征信号并对所述加速度特征信号进行滤波去偏差处理得到滤波去偏差后的加速度信号。
S2实时接收一速度特征信号偏差反馈计算量。
S3将所述滤波去偏差后的加速度特征信号与所述速度特征信号偏差反馈计算量叠加得到叠加信号。
S4对所述叠加信号进行积分运算得到第一速度特征信号。
S5对所述第一速度特征信号进行滤波去偏差处理得到第二速度特征信号。
其中,步骤S2中的速度特征信号偏差反馈计算量为所述第二速度特征信号与所述第一速度特征信号之间的速度特征信号偏差反馈计算量。
具体而言,如图1所示现有技术的信号积分去偏差方法未加滤波前后速度偏差处理,以实际加速度为0为例,原始信号有系统误差与波动,滤波去偏差后减小波动,但系统误差无法消除,经积分运算后变成一阶偏差,滤波去偏差后偏差增长速度变慢,但仍然有一阶偏差。相对于现有技术而言,如图2所示,本实施例方法增加了滤波前后速度信号偏差处理,以实际加速度为0为例,滤波去偏差后速度增长与滤波去偏差前存在偏差,将此偏差作为反馈信号补偿到积分前端与滤波去偏差后的加速度信号相加得到叠加信号,则待积分信号变成沿0轴波动的信号,其积分后信号同样为沿0轴波动的信号,再经滤波去偏差处理后,此波动变小。
本实施例方法扩展了积分去偏差算法的使用范围,使其能应用于更多单片机,相应地也扩展了部分单片机的功能,使其能实现积分去偏差功能,并提高了单片机中积分去偏差算法的运算速度和数据分析中积分去偏差处理的速度。
在一些实施例中,本实施例中所述步骤S1中输入加速度特征信号进行滤波去偏差处理得到滤波去偏差后的加速度信号以及所述步骤S5中对第一速度特征信号进行滤波去偏差处理得到第二速度特征信号中的滤波去偏差处理均采用中心化方法滤波去偏差。
在一些实施例中,本实施例中所述步骤S1的中心化方法滤波去偏差具体为滑动平均滤波方法,具体如下:
获取当前数据往前Num个数据之和后取均值作为滤波后输出,公式如下所示:
Sum=current_input+Sum-Num_back_input;
Output=Sum/Num;
其中,Sum表示Num个数据之和,current_input为当前新数据,Num_back_input为Num个周期前的数据,Output为滤波后输出结果。
具体而言,本实施例中当有新数据来时,Sum加上新数据current_input并减去Num个周期前的数据Num_back_input得到当前Sum,再将当前Sum除以累加数据个数Num,得到当前滤波输出。
在一些实施例中,所选样本数量Num取决于可接受的滤波延迟相位theta、信号变化频率f_signal和系统采样频率f_sample。
具体而言,本实施例中所述Num满足如下条件:
Num<theta×f_sample/f_signal/2/pi;
其中,theta为滤波延迟相位(为弧度制),f_signal为信号变化频率,f_sample为系统采样频率,pi为圆周率。
在一些实施例中,本实施例中所述步骤S2中实时接收一速度特征信号偏差反馈计算量具体采用P调节(比例调节)、PI调节(比例积分调节)、PD调节(比例微分调节)或PID调节方式(由比例、积分、微分三种调节方式组成)实时获取滤波去偏差前后的第二速度特征信号和第一速度特征信号之间的偏差反馈计算量。
在一些实施例中,本实施例中所述步骤S3中将滤波去偏差后的加速度特征信号与所述速度特征信号偏差反馈计算量叠加得到叠加信号包括:
采用以下公式将所述第二速度特征信号与所述第一速度特征信号之间的速度特征信号偏差乘以相应的加权算子后作为反馈量叠加到滤波去偏差后的加速度特征信号中得到叠加信号,其量纲在加权计算后可认为与加速度特征信号一致;
叠加过程公式如下:
Acc_dealed=Acc_direct-P×(Spd_direct-Spd_filtered);
Spd_direct=∫Acc_dealed;
其中,Acc_direct为滤波去偏差后的加速度特征信号,Spd_direct为积分后得到的速度特征信号,Spd_filtered为Spd_direct为滤波去偏差后得到的速度特征信号,Acc_dealed为叠加信号,也就是Acc_direct加上滤波去偏差前后的速度特征信号偏差反馈计算量得到的加速度特征信号,该信号积分得到Spd_direct,P为加权算子。
如图3所示,本发明实施例二提供一种信号积分去偏差系统,其用于执行本发明实施例一所述信号积分去偏差方法,所述系统具体包括:
第一滤波单元1,用于接收加速度特征信号并对所述加速度信号进行滤波去偏差处理得到滤波去偏差后的加速度信号,对应于实施例一所述方法的步骤S1。
信号反馈单元2,用于实时接收一速度特征信号偏差反馈计算量,对应于实施例一所述方法的步骤S2。
信号叠加单元3,用于将所述滤波去偏差后的加速度特征信号与所述速度特征信号偏差反馈计算量叠加得到叠加信号,对应于实施例一所述方法的步骤S3。
积分运算单元4,用于对所述叠加信号进行积分运算得到第一速度特征信号,对应于实施例一所述方法的步骤S4。
第二滤波单元5,用于对所述第一速度特征信号进行滤波去偏差处理得到第二速度特征信号,对应于实施例一所述方法的步骤S5。
其中,所述速度特征信号偏差反馈计算量为所述第二速度特征信号与所述第一速度特征信号之间的速度特征信号偏差反馈计算量。
在一些实施例中,所述信号反馈单元2的输入端分别与所述积分运算单元4的输出端和所述第二滤波单元5的输出端连接,所述信号反馈单元2的输出端连接所述叠加单元3的输入端,且所述信号反馈单元2具体采用P调节、PI调节、PD调节或PID调节方式实时获取滤波去偏差前后的第二速度特征信号和第一速度特征信号之间的偏差反馈计算量。
在一些实施例中,所述第一滤波去偏差单元1和第二滤波去偏差单元5均采用滑动平均滤波方法进行滤波去偏差。
其中,所述信号叠加单元3具体用于将所述第二速度特征信号与所述第一速度特征信号之间的速度特征信号偏差乘以相应的加权算子后作为反馈量叠加到滤波去偏差后的加速度特征信号中得到所述叠加信号。
对于实施例二公开的系统而言,由于其与实施例一公开的方法相对应,相关之处参见方法部分说明即可,此处不再赘述。
本发明实施例三提供一种电子设备,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述程序时,以实现如实施例一任一所述的信号积分去偏差方法。
在一种可选的实现形式中,该电子设备还可以包括:存储器及处理器,连接不同组件(包括存储器和处理器)的总线,存储器存储有计算机程序,当处理器执行所述计算机程序时实现本申请实施例一所述的信号积分去偏差方法。
总线表示几类总线结构中的一种或多种,包括存储器总线或者存储器控制器,外围总线,图形加速端口,处理器或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。举例来说,这些体系结构包括但不限于工业标准体系结构(ISA)总线,微通道体系结构(MAC)总线,增强型ISA总线、视频电子标准协会(VESA)局域总线以及外围组件互连(PCI)总线。
电子设备典型地包括多种计算机设备可读介质。这些介质可以是任何能够被电子设备访问的可用介质,包括易失性和非易失性介质,可移动的和不可移动的介质。
存储器还可以包括易失性存储器形式的计算机系统可读介质,例如随机存取存储器(RAM)和/或高速缓存存储器。电子设备可以进一步包括其他可移动/不可移动的、易失性/非易失性计算机系统存储介质。仅作为举例,存储系统可以用于读写不可移动的、非易失性磁介质(图未显示,通常称为“硬盘驱动器”)。尽管图中未示出,可以提供用于对可移动非易失性磁盘(例如“软盘”)读写的磁盘驱动器,以及对可移动非易失性光盘(例如CD-ROM,DVD-ROM或者其他光介质)读写的光盘驱动器。在这些情况下,每个驱动器可以通过一个或者多个数据介质接口与总线相连。存储器可以包括至少一个程序产品,该程序产品具有一组(例如至少一个)程序模块,这些程序模块被配置以执行本申请各实施例的功能。
具有一组(至少一个)程序模块的程序/实用工具,可以存储在例如存储器中,这样的程序模块包括——但不限于——操作系统、一个或者多个应用程序、其他程序模块以及程序数据,这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。程序模块通常执行本申请所描述的实施例中的功能和/或方法。
电子设备也可以与一个或多个外部设备(例如键盘、指向设备、显示器等)通信,还可与一个或者多个使得用户能与该电子设备交互的设备通信,和/或与使得该电子设备能与一个或多个其他计算设备进行通信的任何设备(例如网卡,调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(I/O)接口进行。并且,电子设备还可以通过网络适配器与一个或者多个网络(例如局域网(LAN),广域网(WAN)和/或公共网络,例如因特网)通信。如图所示,网络适配器通过总线与电子设备的其他模块通信。应当明白,尽管图中未示出,可以结合电子设备使用其他硬件和/或软件模块,包括但不限于:微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、RAID系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。
需要说明的是,前述对实施例一方法的解释说明也适用于实施例三的电子设备,其实现原理类似,此处不再赘述。
通过以上实施例的描述可知,本发明实施例方法及系统、电子设备对初始加速度特征信号及积分运算后的速度特征信号进行滤波去偏差处理,既能减少信号噪音又去除了系统偏差,提高了系统的适用性,并通过将滤波去偏差前后的速度特征信号的偏差做反馈计算再与滤波去偏差后的加速度特征信号叠加后积分,消除了积分累计偏差,提高了实时性和减少了运算资源需求。
在本说明书的描述中,参考术语“一些实施例”等的描述意指结合所述实施例或示例描述的具体特征包含于本发明的至少一个实施例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例。而且,描述的具体特征可以在任何的一个或多个实施例中以合适的方式结合。
以上已经描述了本发明的各实施例,上述说明是示例性的,并非穷尽性的,并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下,对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择,旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进,或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。
Claims (10)
1.一种信号积分去偏差方法,其特征在于,包括如下步骤:
接收加速度特征信号并对所述加速度特征信号进行滤波去偏差处理得到滤波去偏差后的加速度特征信号;
实时接收一速度特征信号偏差反馈计算量;
将所述滤波去偏差后的加速度特征信号与所述速度特征信号偏差反馈计算量叠加得到叠加信号;
对所述叠加信号进行积分运算得到第一速度特征信号;
对所述第一速度特征信号进行滤波去偏差处理得到第二速度特征信号;
其中,所述速度特征信号偏差反馈计算量为所述第二速度特征信号与所述第一速度特征信号之间的速度特征信号偏差反馈计算量。
2.根据权利要求1所述的信号积分去偏差方法,其特征在于,对所述加速度特征信号进行滤波去偏差处理得到滤波去偏差后的加速度特征信号以及对所述第一速度特征信号进行滤波去偏差处理得到第二速度特征信号中的滤波去偏差处理均采用中心化方法滤波去偏差。
3.根据权利要求2所述的信号积分去偏差方法,其特征在于,所述中心化方法滤波去偏差具体为滑动平均滤波方法,具体如下:
获取当前数据往前Num个数据之和后取均值作为滤波后输出,公式如下所示:
Sum= current_input + Sum - Num_back_input;
Output= Sum/Num;
其中,Sum表示Num个数据之和,current_input为当前新数据,Num_back_input为Num个周期前的数据,Output为滤波后输出结果。
4.根据权利要求3所述的积分去偏差方法,其特征在于,所述Num满足如下条件:
Num< theta×f_sample/f_signal/2/pi;
其中,theta为滤波延迟相位,f_signal为信号变化频率,f_sample为系统采样频率,pi为圆周率。
5.根据权利要求1所述的积分去偏差方法,其特征在于,所述实时接收一速度特征信号偏差反馈计算量具体采用P调节、PI调节、PD调节或PID调节方式实时获取滤波去偏差前后的第二速度特征信号和第一速度特征信号之间的偏差反馈计算量。
6.根据权利要求1所述的信号积分去偏差方法,其特征在于,将所述滤波去偏差后的加速度特征信号与所述速度特征信号偏差反馈计算量叠加得到叠加信号包括:
采用以下公式将所述第二速度特征信号与所述第一速度特征信号之间的速度特征信号偏差乘以相应的加权算子后作为反馈量叠加到滤波去偏差后的加速度特征信号中得到所述叠加信号;
叠加过程公式如下:
Acc_dealed = Acc_direct -P×(Spd_direct-Spd_filtered);
其中,Acc_direct为滤波去偏差后的加速度特征信号,Spd_direct为积分后得到的速度特征信号,Spd_filtered为Spd_direct为滤波去偏差后得到的速度特征信号,Acc_dealed为叠加信号,P为加权算子。
7.一种信号积分去偏差系统,其特征在于,包括:
第一滤波单元,用于接收加速度特征信号并对所述加速度特征信号进行滤波去偏差处理得到滤波去偏差后的加速度特征信号;
信号反馈单元,用于实时接收一速度特征信号偏差反馈计算量;
信号叠加单元,用于将所述滤波去偏差后的加速度特征信号与所述速度特征信号偏差反馈计算量叠加得到叠加信号;
积分运算单元,用于对所述叠加信号进行积分运算得到第一速度特征信号;
第二滤波单元,用于对所述第一速度特征信号进行滤波去偏差处理得到第二速度特征信号;
其中,所述速度特征信号偏差反馈计算量为所述第二速度特征信号与所述第一速度特征信号之间的速度特征信号偏差反馈计算量。
8.根据权利要求7所述的信号积分去偏差系统,其特征在于,所述信号反馈单元分别与所述积分运算单元的输出端和所述第二滤波单元的输出端连接,所述信号反馈单元的输出端连接所述叠加单元的输入端,且所述信号反馈单元具体采用P调节、PI调节、PD调节或PID调节方式实时获取滤波去偏差前后的第二速度特征信号和第一速度特征信号之间的偏差反馈计算量。
9.根据权利要求8所述的信号积分去偏差系统,其特征在于,所述第一滤波单元和第二滤波单元均采用滑动平均滤波方法进行滤波去偏差。
10.一种电子设备,其特征在于,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述计算机程序时,以实现如权利要求1-6任一所述的信号积分去偏差方法。
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