CN112073035A - 一种psd信号的自适应滤波方法 - Google Patents

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Abstract

一种PSD信号的自适应滤波方法，涉及数字信号处理领域，解决PSD信号中的噪声干扰问题。本发明包括：PSD传感器单元、信号处理单元、A/D转换单元、单片机处理器单元、上位机单元。两只型号大小相同的PSD置于相同环境下组成PSD传感器单元，一只用来测量目标位置信息，另一只作为对照，输出的两路PSD信号，经过信号处理单元进行I/V转换和放大后输出，A/D转换单元把采集到的两路PSD信号转换成数字信号发送到单片机处理器单元，单片机处理器单元运行编写好的自适应滤波算法程序对两路PSD信号进行计算处理，滤波后的结果发送到上位机单元显示。本发明一种PSD信号的自适应滤波方法，可减小消除噪声引起的PSD传感器测量误差，方法简单准确易于实现。

Description

一种PSD信号的自适应滤波方法
技术领域
本发明解决PSD传感器输出信号的噪声干扰问题，涉及数字信号处理领域。
背景技术
PSD器件是一种先进的光电位置传感器,由于其很好的时间响应性及较高的位置分辨率而得到广泛的应用，在精密测量中，噪声干扰对PSD信号的最终测量结果有很大的影响，是一个必须解决的实际问题；在自适应滤波方法中，不需要关于输入信号的先验知识，能利用前一时刻已获得的滤波器参数的结果，自动的调节现时刻的滤波器参数，以适应信号和噪声未知的或随时间变化的统计特性，从而实现最优滤波。
本发明通过选择合适的自适应滤波算法和结构，在单片机中编写滤波程序对采集到的PSD信号进行处理，达到滤除噪声干扰的目的；这种方法可以减小甚至消除噪声带来的误差，大大提高了测量结果的精确度。
发明内容
本发明目的是为了解决测量环境中噪声干扰导致的PSD测量结果误差问题，从而提供了一种PSD信号的自适应滤波方法。
本发明所述的一种PSD信号的自适应滤波方法，其组成部分包括：PSD传感器单元、信号处理单元、A/D转换单元、单片机处理器单元、上位机单元；PSD传感器单元由两只型号大小相同的PSD组成，其中一只PSD用来测量目标位置信息，另一只PSD置于相同环境不做测量仅作为对照，共输出两路PSD信号，PSD传感器单元输出的模拟电流信号经由信号处理单元进行I/V转换和放大后输出，输出的模拟电压信号由A/D转换单元采集转换成数字信号发送给单片机处理器单元，通过单片机处理器中编好的自适应滤波算法程序对含目标位置信息的PSD信号进行滤波处理，再把滤波后的结果发送给上位机显示，从而减小甚至消除噪声干扰，使最终的测量结果更加精确。
本发明所述的一种PSD信号的自适应滤波方法，它包括以下步骤：
(1)PSD传感器单元、信号处理单元组成传感器系统，输出经过I/V转换和放大后的PSD信号；
(2)A/D转换单元采集输出的PSD信号，并转换成数字信号，接着发送给单片机处理器单元；
(3)单片机处理器单元把接收到的PSD信号通过C语言编写的自适应滤波算法程序进行滤波处理和计算，并把处理后的结果发送给上位机；
(4)上位机把接收到的结果显示出来，得到最终测量结果。
其中，步骤(1)中各单元作用为：PSD传感器单元输出两路PSD信号，一路含有目标位置信息，一路作为对照，用于自适应滤波算法计算过程，信号处理单元把PSD输出微弱电流信号进行I/V转换和适当放大处理，使输出的PSD信号便于直接检测处理；
步骤(2)中A/D转换单元与单片机处理器之间的通信方式为SPI；
步骤(3)中单片机处理器单元通过自适应滤波算法对PSD信号进行处理的过程为：
①将对照路PSD信号作为自适应滤波算法的输入信号x(n),得到滤波器的输出信号y(n):
y(n)＝wT(n)x(n)
其中，n是离散时间变量，w(n)是N个滤波器系数，初始值一般为0；
②将含有噪声干扰和有用信号的一路PSD信号作为自适应滤波算法的期望信号d(n)，则误差信号e(n)为：
e(n)＝d(n)-y(n)
③更新下一时刻的滤波器系数：
w(n+1)＝w(n)+2μe(n)x(n)
其中，μ为算法迭代步长，由自己选取一般较小；
④循环计算上面三步，迭代一定次数使滤波算法逐渐收敛，得到滤波后的结果s(n):
s(n)＝d(n)-e(n)
本发明通过研究一种PSD信号的自适应滤波方法，利用两只型号大小相同的PSD置于相同环境下进行测量，一路测量目标位置，另一路用来对照，用单片机里的自适应滤波算法程序对两路PSD信号计算处理，来达到滤除噪声干扰的目的；这种方法可以减小甚至消除噪声干扰带来的误差，大大提高了测量精度。
附图说明
图1是PSD信号自适应滤波方法的工作框图。
具体实施方式
下面结合附图对一种PSD信号的自适应滤波方法进行详细说明：
结合图1，本发明一种PSD信号的自适应滤波方法为：
如图1所示，一种PSD信号的自适应滤波方法，它的组成部分包括：PSD传感器单元(1)、信号处理单元(2)、A/D转换单元(3)、单片机处理器单元(4)、上位机单元(5)；PSD传感器单元(1)中的两只PSD产生模拟电流信号，经过信号处理单元(2)的初步处理输出可直接检测的模拟电压信号，再由A/D转换单元(3)采集转换成数字信号，发送给单片机处理器单元(4)，单片机处理器单元(4)运行编写好的自适应滤波算法程序对接收到的两路PSD信号进行计算处理，最后把得到的滤波结果发送给上位机单元(5)显示出来。
本发明具有以下优点：本方法所用元件简单易于实现，利用C语言编写的自适应滤波算法计算简单高效，且能够自动调节滤波器系数达到最优滤波，能有效减小甚至消除噪声干扰具有较高的精度。

Claims (3)

1.一种PSD信号的自适应滤波方法，其特征在于：所述一种PSD信号的自适应滤波方法包括PSD传感器单元、信号处理单元、A/D转换单元、单片机处理器单元、上位机单元；所述PSD传感器单元产生两路PSD信号，经过所述信号处理单元进行I/V转换和放大后，由所述A/D转换单元转换成数字信号发送到所述单片机处理器单元，所述单片机处理器单元通过编好的自适应滤波算法程序进行计算处理，再把滤波后的结果发送给所述上位机单元显示。
2.根据权利要求1所述的一种PSD信号的自适应滤波方法，其特征在于：所述PSD传感器单元由两只型号大小相同的PSD传感器组成，产生两路PSD信号，一路含被测目标位置信息，一路作为对照不含有用信息。
3.根据权利要求1所述的一种PSD信号的自适应滤波方法，其特征在于：所述单片机处理器单元自适应滤波算法处理PSD信号的过程为，把对照路PSD信号作为输入信号，输入信号乘以当前滤波器系数得到输出信号，把含有被测目标位置信息PSD信号作为期望信号，误差信号为期望信号减去输出信号，更新下一时刻滤波器的系数，重复以上所述过程直到滤波算法收敛，最终滤波结果为期望信号与误差信号的差值。
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