CN113938112A - 无相移滤波数据的生成方法和无相移滤波器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种无相移滤波数据的生成方法和无相移滤波器，通过对采集到的时域数据进行延长处理，生成新的时域数据；以及对所述新的时域数据进行滤波处理和翻转处理；消除滤波处理和翻转处理后所述新的时域数据的延长处理，生成无相移滤波数据，实现生成满足标准ISO 15037‑1:2019对信号处理的要求的无相移滤波数据，避免发生数据偏差。

Description

无相移滤波数据的生成方法和无相移滤波器

技术领域

本申请涉及数据处理技术领域，尤其涉及一种无相移滤波数据的生成方法和无相移滤波器。

背景技术

操纵稳定性试验是整车性能试验中重要组成部分，国家标准GB/T 6323、国际标准以及相关企业标准详细规定了多种操纵稳定性试验方法，在试验方法中数据处理是极其重要的一环，是保证试验结果是否有效的重要方面，在国际标准ISO 15037-1-2006《Roadvehicle-vehicle dynamics test methods-Part 1：General conditions for passengercars》和ISO 15037-2-2002《Road vehicle-vehicle dynamics test methods-Part 1：General conditions for heavy vehicles and buses》中规定了轻型汽车和重型汽车操纵稳定性试验数据处理要求，具体如下：

试验条件：

(1)轻型汽车操纵稳定性的测试、评价的频率范围0Hz～5Hz；

(2)传感器和采集系统的带宽应不小于8Hz；

(3)对信号的滤波应采用低通滤波器。通频带宽(从0Hz到-3dB处频率f0)不得小于9Hz。在0Hz～5Hz频率范围内，幅值误差应小于±0.5％；

(4)所有模拟信号应使用具有相同相位特性的滤波器进行处理，以保证由于滤波带来的时间延迟是相同的；

采样及数字化：

(5)应限制模拟输入变化超过0.1％而引起的动态误差，采样或数字化的时间应小于32μs。每一对或一组要比较的样本数据应同时或在足够短的时间内采集；

(6)数字化应采用14位或更高分辨率(±0.05％)，2LSB(±0.1％)精度的系统。数字化前模拟信号的放大应保证，如在数字化过程中，由于有限分辨率和数字化的不准确而导致的综合误差应小于0.25％。

滤波影响因素：

(1)模拟信号处理的准备包括：选择避免混叠误差的采样频率和滤波器幅值衰减特性、滤波器的相位滞后和时间延迟特性。

(2)采样和数字化应考虑的内容：保证数字化误差最小的预采样放大率、每次采样的位数、每个周期的采样数、采样和保持放大器、样本空间。对于其它无相移数字滤波器应考虑通带、阻带、衰减、允许纹波的选择，以及滤波器相位滞后的校正。

滤波器要求：

(1)滤波器应避免无法校正的混叠误差，在采样和数字化之前对模拟信号应正确滤波。滤波器阶次及其通带的选择应根据关注频率范围和对应采样频率下信号平整度的要求来确定。

(2)最低滤波特性和最小采样频率应满足：

在0Hz～fmax＝5Hz的频率范围内，模拟信号的最大衰减量应小于信号数字化的分辨率；

(3)最小采样频率应满足

在二分之一采样频率处(即奈奎斯特频率或折叠频率)，信号和噪声的所有频率成分的大小要减小到小于数字化分辨率。

实例：对于0.05％的分辨率，在5Hz范围内滤波器的幅值衰减应小于0.05％。对于二分之一采样频率以上的所有频率处幅值衰减应大于99.95％。

(4)推荐抗混叠滤波器是四阶或者更高。

(5)应抗混叠滤波，也应避免过度的模拟信号滤波。此外，所有的滤波器应具有相同的相位特性，以确保信号之间的时间延迟差异满足时域测量精度的要求。

注：因为被测变量幅值相乘时，相移及相应的时间延迟会增加，因此当被测变量相乘后形成新的变量时，由于包含不同频率成分的模拟信号滤波处理会发生相移导致数据产生偏差。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种无相移滤波数据的生成方法和无相移滤波器，旨在现有由于包含不同频率成分的模拟信号滤波处理会发生相移导致数据产生偏差的技术问题。

第一方面，本申请提供一种无相移滤波数据的生成方法，所述方法包括以下步骤：

对采集到的时域数据进行延长处理，生成新的时域数据；

以及对所述新的时域数据进行滤波处理和翻转处理；

消除滤波处理和翻转处理后所述新的时域数据的延长处理，生成无相移滤波数据。

优选的，所述对采集到的时域数据进行延长处理，生成新的时域数据，包括：对采集到的时域数据的头尾进行数据补充，生成新的时域数据。

优选的，对所述新的时域数据进行滤波处理和翻转处理，包括：所述滤波处理包括第一滤波处理和第二滤波处理，所述翻转处理包括第一翻转处理和第二翻转处理。

优选的，对所述新的时域数据进行滤波处理和翻转处理，包括：

确定第一延迟初始位置的长度；

根据所述第一延迟初始位置的长度对所述新的时域数据进行第一滤波处理，得到第一滤波处理后的所述新的时域数据当前的第二延时初始位置以及所述第二延时初始位置的长度；

以及对第一滤波处理后的所述新的时域数据进行第一翻转处理，得到第一翻转处理后的新的时域数据；

根据所述第二延迟初始位置的长度对第一翻转处理后的所述新的时域数据进行第二滤波处理，得到所述第二次滤波处理后的新的时域数据；

对第二次滤波处理后的所述新的时域数据进行第二翻转处理，得到第二翻转处理后的所述新的时域数据。

优选的，所述消除滤波处理和翻转处理后所述新的时域数据的延长处理，生成无相移滤波数据，包括：

确定滤波处理和翻转处理后当前所述新的时域数据的头尾补充的数据；

消除当前所述新的时域数据的头尾补充的数据，生成无相移滤波数据。

优选的，对所述时域数据的头尾进行数据补充，生成新的时域数据，包括：

获取第一预置系数和第二预置系数，并确定所述第一预置系数对应的第一长度和所述第二预置系数对应的第二长度；

基于所述第一长度和所述第二长度，确定对所述时域数据的头尾补充数据的长度；

通过对所述时域数据的头尾补充数据的长度进行数据补充，生成新的时域数据。

优选的，所述根据所述第一延迟初始位置的长度对所述新的时域数据进行第一次滤波处理，得到第一次滤波处理后的所述新的时域数据当前的第二延时初始位置以及所述第二延时初始位置的长度，包括：

通过所述第一延迟初始位置的长度对所述新的时域数据进行第一次滤波处理，确定当前所述新的时域数据的位置；

将当前所述新的时域数据的位置作为第二延时初始位置，并获取第二延时初始位置的长度，其中，所述第一延迟初始位置的长度与所述第二延时初始位置的长度相同。

优选的，所述根据所述第二延迟初始位置的长度对第一翻转处理后的所述新的时域数据进行第二次滤波处理，得到第二次滤波处理后的新的时域数据，包括：

根据所述第二延迟初始位置的长度对第一翻转处理后的所述新的时域数据进行第二次滤波处理，以使第一翻转处理后的所述新的时域数据发生相移，得到第二次滤波处理后发生相移的所述新的时域数据。

优选的，所述时域数据为操作稳定性试验对整车测试的试验数据中的。

第二方面，本申请还提供一种无相移滤波器，所述无相移滤波器包括：

第一生成模块，用于对采集到的时域数据进行延长处理，生成新的时域数据；

滤波及翻转模块，用于以及对所述新的时域数据进行滤波处理和翻转处理；

第二生成模块，用于消除滤波处理和翻转处理后所述新的时域数据的延长处理，生成无相移滤波数据。

本申请提供一种无相移滤波数据的生成方法和无相移滤波器，通过对采集到的时域数据进行延长处理，生成新的时域数据；以及对所述新的时域数据进行滤波处理和翻转处理；消除滤波处理和翻转处理后所述新的时域数据的延长处理，生成无相移滤波数据，实现生成满足标准ISO 15037-1:2019对信号处理的要求的无相移滤波数据，避免产生偏差。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，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为本申请实施例提供的一种无相移滤波数据的生成方法的流程示意图；

图2为申请实施例提供新的时域数据的滤波和翻转示意图；

图3为本申请实施例提供方向盘转角时域波形示意图；

图4为本申请实施例提供波形指标验证示意图；

图5为本申请实施例提供的一种无相移滤波器的示意性框图。

本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

附图中所示的流程图仅是示例说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解、组合或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。

本申请实施例提供一种无相移滤波数据的生成方法和无相移滤波器。其中，该无相移滤波数据的生成方法可应用于无相移滤波器中。

下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

请参照图1，图1为本申请的实施例提供的一种无相移滤波数据的生成方法的流程示意图。

如图1所示，该方法包括步骤S101至步骤S103。

步骤S101、对采集到的时域数据进行延长处理，生成新的时域数据。

示范性的，对采集到的时域数据进行延长处理，该延长处理包括在时域数据的头部和/或尾部添加数据元素，以达到延长时域数据长度，将进行延长处理后的时域数据，生成新的时域数据。

具体的，所述对采集到的时域数据进行延长处理，生成新的时域数据，包括：对采集到的时域数据的头尾进行数据补充，生成新的时域数据。

示范性的，对采集到的时域数据的头尾进行延长处理，例如，在采集到的时域数据的头部和尾部添加N个元素，且头部和尾部添加的元素数量相同。通过对时域数据的头尾处添加N个元素，生成对应新的时域数据。

具体的，对所述时域数据的头尾进行数据补充，生成新的时域数据，包括：获取第一预置系数和第二预置系数，并确定所述第一预置系数对应的第一长度和所述第二预置系数对应的第二长度；基于所述第一长度和所述第二长度，确定对所述时域数据的头尾补充数据的长度；通过对所述时域数据的头尾补充数据的长度进行数据补充，生成新的时域数据。

示范性的，获取第一预置系数a和第二预置系数b，通过第一预置系数a确定对应的第一长度1a，通过第二预置系数b确定对应的第二长度1b。基于预置延长公式、第一长度1a和第二长度1b，确定对时域数据的头尾补充数据的长度。例如，获取预置延长公式nfact＝3*[max(1a,1b)-1]，得到对时域数据的头尾补充数据的长度，其中，nfact为对时域数据的头尾补充数据的长度。在时域数据的头部和尾部分别添加N个数据元素，以使在头部或尾部添加后的数据元素的长度为nfact。

获取操作稳定性试验对整车测试的试验数据，采集该试验数据中的时域数据。

步骤S102、以及对所述新的时域数据进行滤波处理和翻转处理。

示范性的，在获取到生成新的时域数据，对新的时域数据进行滤波处理和翻转处理，其中，滤波处理的次数为两次，翻转处理的次数为两次，例如，对新的时域数据进行第一滤波处理后、进行第一翻转处理、进行第二滤波处理、再进行第二翻转处理。

具体的，对所述新的时域数据进行滤波处理和翻转处理，包括：确定第一延迟初始位置的长度；根据所述第一延迟初始位置的长度对所述新的时域数据进行第次滤波处理，得到第一滤波处理后的所述新的时域数据当前的第二延时初始位置以及所述第二延时初始位置的长度；以及对第一滤波处理后的所述新的时域数据进行第一翻转处理，得到第一翻转处理后的新的时域数据；根据所述第二延迟初始位置的长度对第一翻转处理后的所述新的时域数据进行第二滤波处理，得到所述第二次滤波处理后的新的时域数据；对第二次滤波处理后的所述新的时域数据进行第二翻转处理，得到第二翻转处理后的所述新的时域数据。

示范性的，获取第一预置系数a和第二预置系数b，通过第一预置系数a确定对应的第一长度1a，通过第二预置系数b确定对应的第二长度1b。基于第一长度1a和第二长度1b，确定第一延迟初始位置zi的长度。其中，第一延迟初始位置zi为检测到新的时域数据时，构造零系列zi。例如，通过第一延迟初始位置的长度公式、第一长度1a和第二长度1b，确定第一延迟初始位置的长度，如，长度公式为长度＝max(1a,1b)-1，得到第一延迟初始位置的长度。

如图2所示，通过第一延迟初始位置的长度对新的时域数据进行第一滤波处理，其中，原信号为新的时域数据。对新的时域数据进行第一滤波处理后，新的时域数据向右相移了一个长度，该长度为第一延迟初始位置的长度，将向右相移了一个第一延迟初始位置的长度的位置作为第二延长初始位置zf，并将第一延长初始位置的长度作为第二延长初始位置的长度。第一延长初始位置zi保证原了新的时域数据经过头部和尾部拼接，第一滤波处理后与没有延长头部尾部时一致。对第一滤波处理后的新的时域数据进行第一翻转处理，例如，对新的时域数据的中心做前后翻转，得到第一翻转处理后尾部在前、头部在后的新的时域数据，此时新的时域数据的位置与第一滤波处理前的位置相同。通过第一次翻转抵消第一滤波处理时对新的时域数据造成的数据延迟，保护了中间数据。

通过第二延迟初始位置的长度对第一翻转处理后的新的时域数据进行第二滤波处理，对新的时域数据进行第二滤波处理后，新的时域数据向右相移了一个长度，该长度为第二延迟初始位置的长度。第二延长初始位置zf保证了新的时域数据经过头部和尾部拼接，第二滤波处理后与没有延长头部尾部时一致。

对第二滤波处理后的新的时域数据进行第二翻转处理，例如，对新的时域数据的中心做前后翻转，得到第二翻转处理后头部在前、尾部在后的新的时域数据，此时新的时域数据的位置与第一滤波处理前的位置相同。通过第二次翻转抵消第一滤波处理时对新的时域数据造成的数据延迟，保护了中间数据。

步骤S103、消除滤波处理和翻转处理后所述新的时域数据的延长处理，生成无相移滤波数据。

示范性的，消除滤波处理和翻转处理后新的时域数据的延长处理，例如，消除滤波处理和翻转处理后新的时域数据添加的数据元素，生成无相移滤波数据。

具体的，所述消除滤波处理和翻转处理后所述新的时域数据的延长处理，生成无相移滤波数据，包括：确定滤波处理和翻转处理后当前所述新的时域数据的头尾补充的数据；消除当前所述新的时域数据的头尾补充的数据，生成无相移滤波数据。

示范性的，在新的时域数据进行滤波处理和翻转处理后，确定进行滤波处理和翻转处理后新的时域数据头尾补充的数据元素，去掉该新的时域数据头尾补充的数据元素，生成无相移滤波数据。

在本发明实施例中，通过对采集到的时域数据进行延长处理后，再进行滤波处理和翻转处理，保证了原时域经过头部和尾部拼接，滤波结果与没有头部尾部时一致。前后翻转提前了滤波后的相位，从而起到抵消滤波延迟、保护中间数据的作用。

常规的滤波器是都有相移的，例如，如下图3所示，试验车脉冲信号方向盘转角滤波的结果。所加滤波器均为8阶7Hz的低通Butterworth滤波器，8阶3Hz经过了无相移和常规两种方式，输出波形与未滤波的波形对比。可见本无相移滤波方法实现：滤波后的数据没有相位移动。

如图4所示，截止频率7Hz的8阶低通滤波器，在通带0～15Hz范围内，增益为±0.003，不超过±0.005；在阻带10Hz～15Hz之间，增益为±0.007；不超过±0.01。可见本无相移滤波数据的生成方法满足标准ISO 15037-1:2019对信号处理的要求。

请参照图5，图5为本申请实施例提供的一种无相移滤波器的示意性框图。

如图5所示，该装置400，包括：第一生成模块401、滤波及翻转模块402、第二生成模块403。

第一生成模块401，用于对采集到的时域数据进行延长处理，生成新的时域数据；

滤波及翻转模块402，用于以及对所述新的时域数据进行滤波处理和翻转处理；

第二生成模块403，用于消除滤波处理和翻转处理后所述新的时域数据的延长处理，生成无相移滤波数据。

其中，第一生成模块401具体还用于：

对采集到的时域数据的头尾进行数据补充，生成新的时域数据。

其中，滤波及翻转模块402具体还用于：

所述滤波处理包括第一滤波处理和第二滤波处理，所述翻转处理包括第一翻转处理和第二翻转处理。

其中，滤波及翻转模块402具体还用于：

确定第一延迟初始位置的长度；

根据所述第一延迟初始位置的长度对所述新的时域数据进行第一滤波处理，得到第一滤波处理后的所述新的时域数据当前的第二延时初始位置以及所述第二延时初始位置的长度；

以及对第一滤波处理后的所述新的时域数据进行第一翻转处理，得到第一翻转处理后的新的时域数据；

根据所述第二延迟初始位置的长度对第一翻转处理后的所述新的时域数据进行第二滤波处理，得到所述第二次滤波处理后的新的时域数据；

对第二次滤波处理后的所述新的时域数据进行第二翻转处理，得到第二翻转处理后的所述新的时域数据。

其中，第二生成模块403具体还用于：

确定滤波处理和翻转处理后当前所述新的时域数据的头尾补充的数据；

消除当前所述新的时域数据的头尾补充的数据，生成无相移滤波数据。

其中，第一生成模块401具体还用于：

获取第一预置系数和第二预置系数，并确定所述第一预置系数对应的第一长度和所述第二预置系数对应的第二长度；

基于所述第一长度和所述第二长度，确定对所述时域数据的头尾补充数据的长度；

通过对所述时域数据的头尾补充数据的长度进行数据补充，生成新的时域数据。

其中，滤波及翻转模块402具体还用于：

通过所述第一延迟初始位置的长度对所述新的时域数据进行第一次滤波处理，确定当前所述新的时域数据的位置；

将当前所述新的时域数据的位置作为第二延时初始位置，并获取第二延时初始位置的长度，其中，所述第一延迟初始位置的长度与所述第二延时初始位置的长度相同。

其中，滤波及翻转模块402具体还用于：

根据所述第二延迟初始位置的长度对第一翻转处理后的所述新的时域数据进行第二次滤波处理，以使第一翻转处理后的所述新的时域数据发生相移，得到第二次滤波处理后发生相移的所述新的时域数据。

需要说明的是，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的装置和各模块及单元的具体工作过程，可以参考前述实施例中的对应过程，在此不再赘述。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。

上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种无相移滤波数据的生成方法，其特征在于，包括：

对采集到的时域数据进行延长处理，生成新的时域数据；

以及对所述新的时域数据进行滤波处理和翻转处理；

消除滤波处理和翻转处理后所述新的时域数据的延长处理，生成无相移滤波数据。

2.如权利要求1所述的无相移滤波数据的生成方法，其特征在于，所述对采集到的时域数据进行延长处理，生成新的时域数据，包括：

对采集到的时域数据的头尾进行数据补充，生成新的时域数据。

3.如权利要求1所述的无相移滤波数据的生成方法，其特征在于，对所述新的时域数据进行滤波处理和翻转处理，包括：所述滤波处理包括第一滤波处理和第二滤波处理，所述翻转处理包括第一翻转处理和第二翻转处理。

4.如权利要求3所述的无相移滤波数据的生成方法，其特征在于，对所述新的时域数据进行滤波处理和翻转处理，包括：

确定第一延迟初始位置的长度；

根据所述第一延迟初始位置的长度对所述新的时域数据进行第一滤波处理，得到第一滤波处理后的所述新的时域数据当前的第二延时初始位置以及所述第二延时初始位置的长度；

以及对第一滤波处理后的所述新的时域数据进行第一翻转处理，得到第一翻转处理后的新的时域数据；

根据所述第二延迟初始位置的长度对第一翻转处理后的所述新的时域数据进行第二滤波处理，得到所述第二次滤波处理后的新的时域数据；

对第二次滤波处理后的所述新的时域数据进行第二翻转处理，得到第二翻转处理后的所述新的时域数据。

5.如权利要求1所述的无相移滤波数据的生成方法，其特征在于，所述消除滤波处理和翻转处理后所述新的时域数据的延长处理，生成无相移滤波数据，包括：

确定滤波处理和翻转处理后当前所述新的时域数据的头尾补充的数据；

消除当前所述新的时域数据的头尾补充的数据，生成无相移滤波数据。

6.如权利要求2所述的无相移滤波数据的生成方法，其特征在于，对所述时域数据的头尾进行数据补充，生成新的时域数据，包括：

获取第一预置系数和第二预置系数，并确定所述第一预置系数对应的第一长度和所述第二预置系数对应的第二长度；

基于所述第一长度和所述第二长度，确定对所述时域数据的头尾补充数据的长度；

通过对所述时域数据的头尾补充数据的长度进行数据补充，生成新的时域数据。

7.如权利要求4所述的无相移滤波数据的生成方法，其特征在于，所述根据所述第一延迟初始位置的长度对所述新的时域数据进行第一次滤波处理，得到第一次滤波处理后的所述新的时域数据当前的第二延时初始位置以及所述第二延时初始位置的长度，包括：

通过所述第一延迟初始位置的长度对所述新的时域数据进行第一次滤波处理，确定当前所述新的时域数据的位置；

将当前所述新的时域数据的位置作为第二延时初始位置，并获取第二延时初始位置的长度，其中，所述第一延迟初始位置的长度与所述第二延时初始位置的长度相同。

8.如权利要求4所述的无相移滤波数据的生成方法，其特征在于，所述根据所述第二延迟初始位置的长度对第一翻转处理后的所述新的时域数据进行第二次滤波处理，得到第二次滤波处理后的新的时域数据，包括：

根据所述第二延迟初始位置的长度对第一翻转处理后的所述新的时域数据进行第二次滤波处理，以使第一翻转处理后的所述新的时域数据发生相移，得到第二次滤波处理后发生相移的所述新的时域数据。

9.如权利要求1所述的无相移滤波数据的生成方法，其特征在于，所述时域数据为操作稳定性试验对整车测试的试验数据中的。

10.一种无相移滤波器，其特征在于，所述无相移滤波器包括：

第一生成模块，用于对采集到的时域数据进行延长处理，生成新的时域数据；

滤波及翻转模块，用于以及对所述新的时域数据进行滤波处理和翻转处理；

第二生成模块，用于消除滤波处理和翻转处理后所述新的时域数据的延长处理，生成无相移滤波数据。

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