[发明专利]一种滤波方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种滤波器方法，是一种适用于采用脉冲波信号检测时，回波信号中噪声 的去除方法。

背景技术：

利用脉冲回波信号可以进行参量检测与材料特性检测，这类检测多用于军事、工业、 农业、医学等领域，其回波信号的滤波问题是一个传统而典型的研究课题。根据资料(Raja Kumar.R.V.，Palr.N.，Tracking of bandpass signals using center-frequency adaptive filters， IEEE transactions on acoustics，speech，and signal processing， 1990，vol.38，no10，pp.1710-1721)这类回波信号的滤波方法很多。目前比较具有代表性的 有，基于经典滤波技术的低通、高通、带通及带阻技术，这些技术相对成熟，应用方便， 其最大的特点是适合于信号与噪声频带分布不重叠的场合，当然，这也是其最大的缺点， 因为大部分噪声是宽频带的，特别是随机噪声；另一类代表性技术是基于各种现代方法的 滤波技术，主要有小波技术，关于小波滤波技术是一个大的话题，因为其应用非常之多， 演生出很多分支，但主要有硬阈值滤波技术、软阈值滤波技术、模极大值技术、小波包分 解与重构技术，多分辨率技术等，小波被誉为数学显微镜，在时频均具有定位能力，所以 其取得的效果是显著的，但小波也不是万能的，比如软硬阈值的选取具有主观性、小波基 的选取也没有规范的理论依据，分解层次也存在人为因素；另一类代表性技术是自适应滤 波技术，这种方法可以在不知其噪声分布的情况下给出较好的滤波效果，但要求参考信号 与实测信号严格同步，否则起不到应有的滤波效果；另外一类技术是匹配滤波技术，具有 代表性的有采用与信号频率一致的滤波器幅频特性，滤波效果较好，特别是弱信号，另一 类是匹配追踪技术，将信号在原子库中分解，寻找最大分解系数，但计算量较大，实时性 较差。目前还有基于盲分离技术、分形技术及相空间重构技术等滤波手段，在特定的情况 下可以取得好的滤波效果，但算法的稳健性还有待进一步提高。这些方法一般都有各自的 特点，没有一种可用于任何场合的通用方法。这也是多种方法并存的原因。

这类信号一般有主动发射源，利用被测参量与发射脉冲信号的某种调制作用，使脉冲 信号发生变化，再利用一定的手段检测出导致这种变化的量，称为主动检测。比如，工业 中脉冲超声波就属于这一类。这种脉冲信号有一个共同的特点，就是时域和频域是近似紧 支的，即在时域持续有限时间，在频域有一定的带宽，但带宽有限。对于这类信号的检测 目的主要有两大类型，一是检测调制后回波的有无，另一个是从回波中检测出所需要的信 息。这种信号在经过传输信道的衰减和参量的调制后，往往较弱，有时还会淹没在强的噪 声中，使得检测变得更加困难。为此，各种各样的信号增强技术、信号滤波技术、降噪技 术、信号分解技术、信号重构技术、弱信号检测技术、信号分离技术等应用而生，并且取 得了显著的效果。

该发明针对脉冲回波信号具有时频紧支的特点，提出了一种简便的滤波方法，即基于 自适应三角形的滤波技术，其目的是从弱脉冲回波信号中检测出有用信号，并提高信号的 信噪比。这种方法的出发点是以发射脉冲信号频谱为基础，根据其频谱特点自适应地生成 一种三角形，利用这种三角形频谱去滤除信号中的噪声，而最大限度地保留信号中能量最 大的频率成份信息，从而实现对弱信号的检测。

发明内容：

本发明的目的在于针对脉冲回波信号受噪声干扰问题，提供一种基于数字信号处理的 滤波方法，该方法算法简便，计算量小，实现方便，滤波效果明显。

实现本发明目的技术方案是，一种滤波方法，包括如下具体步骤：

步骤1获取发射脉冲信号，经过傅立叶变换得到其频谱；

步骤2对发射脉冲信号频谱进行波形分析，确定频谱波形几何结构；

步骤3确定发射脉冲信号频谱有效带宽；

步骤4确定发射脉冲信号频谱中心频率；

步骤5设计滤波器：

步骤5.1根据步骤2参量确定原型低通滤波器结构为三角形；

步骤5.2根据步骤2、3确定三角形原型低通滤波器顶点高度及底边宽度；

步骤5.3根据步骤4参量及步骤5.1、5.2中确定的滤波器结构，建立带通三角形滤波 器频率响应函数；

步骤6获取实测脉冲回波信号，经过傅立叶变换得到其频谱；