[發(fā)明專利]一種汽車加速度信號(hào)的消噪方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210320989.5
• 申請(qǐng)日: 2012-09-03
• 公開（公告）號(hào): CN103048488A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張輝;曾桓濤;余志;陳銳祥
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中山大學(xué)
• 主分類號(hào): G01P15/00
• 分類號(hào): G01P15/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 林麗明

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及交通領(lǐng)域，特別是涉及到汽車噪聲處理領(lǐng)域。?

背景技術(shù)

在隨著MEMS（Micro-Electro-Mechanical?Systems，微機(jī)電系統(tǒng)）技術(shù)的快速發(fā)展，以加速度計(jì)、微陀螺儀（角速度計(jì)）為主導(dǎo)的產(chǎn)品，開始應(yīng)用于汽車產(chǎn)品。在汽車實(shí)際行駛過程中，由于發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)、路面不平整產(chǎn)生的隨機(jī)激勵(lì)和車體懸架振動(dòng)等，以及電子元件無法避免的測(cè)量噪聲等都會(huì)導(dǎo)致測(cè)量信號(hào)受到強(qiáng)烈的干擾。?

目前常用的汽車加速度信號(hào)消噪方法主要有以下問題：?

1）采用傳統(tǒng)的低通濾波方法，濾波效果不理想，信噪比提高能力有限，并且容易使信號(hào)丟失高頻信息，特別是在汽車劇烈工況下的加速度信號(hào)；

2）采用小波分析的方法，消噪的效果取決于小波分析的高頻閾值，在不同的行駛狀態(tài)下，高頻閾值往往難以統(tǒng)一。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種基于Wigner-Ville瞬時(shí)頻率估計(jì)的汽車加速度信號(hào)的消噪方法，方法優(yōu)點(diǎn)是自適應(yīng)濾波、大幅提高信噪比、運(yùn)算速度快。?

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：提供一種汽車加速度信號(hào)的消噪方法，包括以下步驟：?

步驟一，對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行頻率調(diào)制，得到其對(duì)應(yīng)的解析信號(hào)，首先需要先對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行尺度變換：

?????????????????

其中，根據(jù)系數(shù)、設(shè)置解析信號(hào)合適的頻率區(qū)間，為了保證原始信號(hào)位于頻帶的限定范圍內(nèi)，選擇,；?

歸一化后將信號(hào)編碼調(diào)制成常幅值解析信號(hào)：

???

步驟二，求解析信號(hào)的偽Wigner-Ville分布，用偽Wigner-Ville分布求解析信號(hào)的時(shí)頻分布，以確保窗口內(nèi)信號(hào)的估計(jì)具有無偏性:

步驟三，求時(shí)頻分布的瞬時(shí)頻率，按頻率變量取解析信號(hào)時(shí)頻分布的最大值作為其瞬時(shí)頻率的估計(jì)，同時(shí)也得到有效信號(hào)的估計(jì)：

??????

步驟四，對(duì)信號(hào)進(jìn)行還原，將有效信號(hào)的估計(jì)進(jìn)行反尺度變換：

??????

進(jìn)一步地，所述時(shí)頻分布的瞬時(shí)頻率即為按頻率分量取解析信號(hào)時(shí)頻分布的最大值。

進(jìn)一步地，所述步驟一包括對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行歸一化處理。?

更進(jìn)一步地，將步驟四得到的信號(hào)迭代至步驟一。如濾波后，效果（如信噪比）不理想，可以回到步驟一進(jìn)行迭代濾波。?

在步驟二中，偽Wingner-ville分布的窗口長度根據(jù)下述誤差方程確定：?

其中，為信號(hào)的采樣頻率，為信號(hào)的最大瞬時(shí)頻率，為相對(duì)誤差控制值，為時(shí)間窗口長度。根據(jù)多組的真車采集的加速度信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，計(jì)算加速度信號(hào)的某頻段的頻率成分的能量所占總信號(hào)能量比例，選擇某一個(gè)能量比例閾值相應(yīng)的頻率閾值，來確定信號(hào)的最大瞬時(shí)頻率。例如：

對(duì)于縱向加速度，選擇采集信號(hào)90%的能量，相應(yīng)頻率為10Hz，；

對(duì)于側(cè)向加速度，選擇采集信號(hào)90%的能量，相應(yīng)頻率為5Hz，。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于信號(hào)自適應(yīng)處理，算法效率高，能大幅地提高信噪比，從而大大地減小汽車加速度傳感器受各種噪聲源干擾的影響，滿足汽車加速度信號(hào)應(yīng)用分析前的預(yù)處理要求。?

附圖說明

圖1是本發(fā)明所示方法的流程示意圖；?

圖2-a是縱向加速度實(shí)驗(yàn)仿真數(shù)據(jù)示意圖；

圖2-b是縱向加速度仿真實(shí)驗(yàn)濾波消噪結(jié)果；

圖3-a是側(cè)向加速度實(shí)驗(yàn)仿真數(shù)據(jù)示意圖；?

圖3-b是側(cè)向加速度仿真實(shí)驗(yàn)濾波消噪結(jié)果；

圖4是縱向加速度實(shí)驗(yàn)濾波消噪結(jié)果；

圖5是側(cè)向加速度實(shí)驗(yàn)濾波消噪結(jié)果。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說明。?

將雙軸加速度傳感器集成到ARM嵌入式系統(tǒng)，將系統(tǒng)固定在汽車廂體底部。加速度傳感器的采樣頻率設(shè)置為1000Hz。加速度信號(hào)進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)后，執(zhí)行如圖1所示算法進(jìn)行消噪。其中縱向加速度窗口長度為，側(cè)向加速度窗口長度為。?

（1）??進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)1，汽車10秒內(nèi)加速到100?km/h，然后進(jìn)行剎車減速，直至車速為0。實(shí)驗(yàn)過程包含了急速加速和平緩加速，以及緊急制動(dòng)等縱向加減速操作。對(duì)縱向加速度進(jìn)行采樣，加高斯白噪聲，得到原始信號(hào)及加噪信號(hào)如圖2-a所示，加噪信號(hào)的信噪比為10dB。圖2-b所示為濾波結(jié)果與原始信號(hào)比較，濾波后信噪比增加到15.79dB；?