漂移噪声抑制方法及系统

技术领域

本发明涉及传感器应用技术领域，具体地，涉及漂移噪声抑制方法及系统。

背景技术

由于温度、电源等的波动，器件以及传感/测量系统的1/f噪声，传感/测量系统输出信号的漂移噪声不可避免，抑制漂移噪声，才能保证传感和测量的稳定性、可靠性和重复性。漂移噪声显现出明显的低频特性，但是它的频谱特性，尤其是带宽并不是确定的，漂移趋势是时变且往往不可预测的。

现有技术中，采用各种低通滤波的方法来抑制漂移噪声往往并不能保证始终得到较好的效果，而且可能使得有用的信号成分也被滤除，使得有用信号发生畸变，造成测量误差。现有技术中，也有通过对漂移趋势的预测，建立起漂移噪声模型，从输出信号中减去模型信号的方法来去除漂移噪声。但是为了实现漂移趋势的预测，必须能够采集到足够时间长度的传感/测量输入无变化时的输出信号，这就需要保证在漂移预测时间段里，传感/测量输入无变化。由于造成漂移的因素较多，漂移趋势往往是时变的，为了保证漂移预测的合理性和可靠性，预测在测量过程中，必须要不断进行。那么在测量中就很难保证有足够的输入量本身不变化的时间段。也就是说，在实际的传感/测量过程中，往往不具备预测漂移趋势，建立漂移模型的条件。即使建立起漂移模型，由于不能够及时的再次预测修正，在一定时间后漂移模型并不能正确反映真实的漂移，这样通过从输出信号中减去漂移模型信号并不能达到去除漂移的效果，甚至会造成信号畸变，进一步增加输出信号的噪声，引起更大的误差。

专利文献CN110031652A(申请号：CN201910327397.8)公开了一种加速度计漂移和噪声的抑制方法。针对安装在惯性稳定平台的加速度计，其低频性能受漂移和噪声的影响这一问题，本发明对惯性稳定平台的加速度响应特性进行系统辨识，然后将平台的驱动输入和系统加速度模型整体视为一个虚拟加速度计，将其和实际加速度计的进行频域融合。具体方法为，首先通过物理原理对系统的加速度模型进行建模；然后利用加速度计在中高频较准确的信号拟合得到具体参数；最后取虚拟加速度计的低频信息和实际加速度计中高频信息融合。但该发明是依据模型，来判断漂移，所以必须针对每一种传感器/测量系统建模，而且该方法的实际效果完全依赖于模型的可靠性。本技术是根据传感/测量系统固有指标-分辨率来判断漂移，不需要针对专门传感器/测量系统的模型，适用于所有的传感器和测量系统。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种漂移噪声抑制方法及系统。

根据本发明提供的一种漂移噪声抑制方法，包括：

步骤S1：采集测量信号，进行低通滤波，对低通滤波信号进行一阶差分；

步骤S2：根据测量系统的分辨率和差分量确定漂移噪声的当前值；

步骤S3：输出去除漂移噪声的测量值。

优选地，在所述步骤S1中：

测量系统的分辨率为r，采集测量输入量不变化时的输出信号x

σ

k是小于1的常数。

采集测量输出信号x[n]，x[n]通过低通滤波器h[n]，滤波输出为：

x

求一阶差分

Δ＝x

优选地，在所述步骤S2中：

根据测量系统的分辨率r，判断差分量Δ是由输入量变化产生，还是由于漂移产生，根据对差分量的判断，确定漂移噪声的当前值，当差分量的绝对值|Δ|＜r，输出的变化由漂移产生，漂移信号：

d[n]＝d[n-1]+Δ

当差分量的绝对值|Δ|≥r，输出的变化由输入量变化产生，漂移信号：

d[n]＝d[n-1]。

优选地，在所述步骤S3中：

输出信号的当前值减去漂移噪声的当前值为去除漂移噪声的测量值x

x

根据本发明提供的一种漂移噪声抑制系统，包括：

模块M1：采集测量信号，进行低通滤波，对低通滤波信号进行一阶差分；

模块M2：根据测量系统的分辨率和差分量确定漂移噪声的当前值；

模块M3：输出去除漂移噪声的测量值。

优选地，在所述模块M1中：

测量系统的分辨率为r，采集测量输入量不变化时的输出信号x

σ

k是小于1的常数。

采集测量输出信号x[n]，x[n]通过低通滤波器h[n]，滤波输出为：

x

求一阶差分

Δ＝x

优选地，在所述模块M2中：

根据测量系统的分辨率r，判断差分量Δ是由输入量变化产生，还是由于漂移产生，根据对差分量的判断，确定漂移噪声的当前值，当差分量的绝对值|Δ|＜r，输出的变化由漂移产生，漂移信号：

d[n]＝d[n-1]+Δ

当差分量的绝对值|Δ|≥r，输出的变化由输入量变化产生，漂移信号：

d[n]＝d[n-1]。

优选地，在所述模块M3中：

输出信号的当前值减去漂移噪声的当前值为去除漂移噪声的测量值x

x

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明不依赖于传感/测量系统的输入，无论输入量(被测量有无变化)，都可以估计漂移噪声；

2、本发明是对漂移噪声的实时估计，保证了漂移噪声估计可以实时跟踪实际的漂移趋势和漂移量；

3、本发明技术对漂移噪声的估计，不需要假设漂移的模型，这样也就不存在模型误差。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明流程示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1：

本发明提出一种实时估计漂移噪声，从传感/测量输出信号中减去漂移噪声以抑制漂移的通用算法。这种方法不依赖于传感/测量系统的输入，无论输入量(被测量有无变化)，都可以估计漂移噪声。所以本发明技术是对漂移噪声的实时估计。这样就保证了漂移噪声估计可以实时跟踪实际的漂移趋势和漂移量。本发明技术对漂移噪声的估计，不需要假设漂移的模型，这样也就不存在模型误差。

根据本发明提供的一种漂移噪声抑制方法，包括：

步骤S1：采集测量信号，进行低通滤波，对低通滤波信号进行一阶差分；

具体地，在所述步骤S1中：

测量系统的分辨率为r，采集测量输入量不变化时的输出信号x

σ

k是小于1的常数。

采集测量输出信号x[n]，x[n]通过低通滤波器h[n]，滤波输出为：

x

求一阶差分

Δ＝x

步骤S2：根据测量系统的分辨率和差分量确定漂移噪声的当前值；

具体地，在所述步骤S2中：

根据测量系统的分辨率r，判断差分量Δ是由输入量变化产生，还是由于漂移产生，根据对差分量的判断，确定漂移噪声的当前值，当差分量的绝对值|Δ|＜r，输出的变化由漂移产生，漂移信号：

d[n]＝d[n-1]+Δ

当差分量的绝对值|Δ|≥r，输出的变化由输入量变化产生，漂移信号：

d[n]＝d[n-1]。

步骤S3：输出去除漂移噪声的测量值。

具体地，在所述步骤S3中：

输出信号的当前值减去漂移噪声的当前值为去除漂移噪声的测量值x

x

实施例2：

实施例2为实施例1的优选例，以更为具体地对本发明进行说明。

本发明还提供一种漂移噪声抑制系统，所述漂移噪声抑制系统可以通过执行所述漂移噪声抑制方法的流程步骤予以实现，即本领域技术人员可以将所述漂移噪声抑制方法理解为所述漂移噪声抑制系统的优选实施方式。

根据本发明提供的一种漂移噪声抑制系统，包括：

模块M1：采集测量信号，进行低通滤波，对低通滤波信号进行一阶差分；

具体地，在所述模块M1中：

测量系统的分辨率为r，采集测量输入量不变化时的输出信号x

σ

k是小于1的常数。

采集测量输出信号x[n]，x[n]通过低通滤波器h[n]，滤波输出为：

x

求一阶差分

Δ＝x

模块M2：根据测量系统的分辨率和差分量确定漂移噪声的当前值；

具体地，在所述模块M2中：

根据测量系统的分辨率r，判断差分量Δ是由输入量变化产生，还是由于漂移产生，根据对差分量的判断，确定漂移噪声的当前值，当差分量的绝对值|Δ|＜r，输出的变化由漂移产生，漂移信号：

d[n]＝d[n-1]+Δ

当差分量的绝对值|Δ|≥r，输出的变化由输入量变化产生，漂移信号：

d[n]＝d[n-1]。

模块M3：输出去除漂移噪声的测量值。

具体地，在所述模块M3中：

输出信号的当前值减去漂移噪声的当前值为去除漂移噪声的测量值x

x

实施例3：

实施例3为实施例1的优选例，以更为具体地对本发明进行说明。

本发明的技术思路是这样的：

1)由于漂移噪声具有低频特性，为了估计漂移噪声，采集传感/测量输出信号x[n]，用低通滤波器h[n]对x[n]进行低通滤波，滤波后信号为x

2)对低通滤波信号x

3)根据传感/测量系统的分辨率r，就是系统可以检测的输入最小变化量这一特性，判断差分量Δ是由输入量变化产生，还是漂移产生。如果差分量的绝对值小于分辨率，输出的变化是由于漂移产生，反之则是由于输入的变化引起。

4)根据对差分量的判断，确定漂移噪声的当前值。

5)输出信号的当前值减去漂移噪声的当前值就是去除了漂移的传感/测量输出值。

用于漂移噪声估计的低通滤波器h[n]参数可以这样确定：1)滤波器的各阶权系数之和为1；2)系统的直流输出，也就是输入量不变化时的输出，通过此滤波器的输出的标准差为kr，k小于1。

根据此技术思路的算法流程如1。

设传感/测量系统的对输入量的分辨率为r，起始时间为0，起始时漂移d[n]为零，即d[0]＝0。采集传感/测量输出信号x[n]，让x[n]通过低通滤波器h[n]，h[n]为N阶等权值的有限冲激响应滤波器，N≥1，滤波输出为：

求一阶差分

Δ＝x

如果|Δ|

d[n]＝d[n-1]+Δ                    (3)

否则

d[n]＝d[n-1]                        (4)

抑制漂移的输出

x

本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。