[发明专利]一种汽车加速度信号的消噪方法

说明书

技术领域

本发明涉及交通领域，特别是涉及到汽车噪声处理领域。 

背景技术

在随着MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems，微机电系统）技术的快速发展，以加速度计、微陀螺仪（角速度计）为主导的产品，开始应用于汽车产品。在汽车实际行驶过程中，由于发动机振动、路面不平整产生的随机激励和车体悬架振动等，以及电子元件无法避免的测量噪声等都会导致测量信号受到强烈的干扰。 

目前常用的汽车加速度信号消噪方法主要有以下问题： 

1）采用传统的低通滤波方法，滤波效果不理想，信噪比提高能力有限，并且容易使信号丢失高频信息，特别是在汽车剧烈工况下的加速度信号；

2）采用小波分析的方法，消噪的效果取决于小波分析的高频阈值，在不同的行驶状态下，高频阈值往往难以统一。

发明内容

本发明提供一种基于Wigner-Ville瞬时频率估计的汽车加速度信号的消噪方法，方法优点是自适应滤波、大幅提高信噪比、运算速度快。 

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：提供一种汽车加速度信号的消噪方法，包括以下步骤： 

步骤一，对采集信号进行频率调制，得到其对应的解析信号，首先需要先对采集信号进行尺度变换：

                 

其中，根据系数、设置解析信号合适的频率区间，为了保证原始信号位于频带的限定范围内，选择,； 

归一化后将信号编码调制成常幅值解析信号：

   

步骤二，求解析信号的伪Wigner-Ville分布，用伪Wigner-Ville分布求解析信号的时频分布，以确保窗口内信号的估计具有无偏性:

步骤三，求时频分布的瞬时频率，按频率变量取解析信号时频分布的最大值作为其瞬时频率的估计，同时也得到有效信号的估计：

      

步骤四，对信号进行还原，将有效信号的估计进行反尺度变换：

      

进一步地，所述时频分布的瞬时频率即为按频率分量取解析信号时频分布的最大值。

进一步地，所述步骤一包括对采集信号进行归一化处理。 

更进一步地，将步骤四得到的信号迭代至步骤一。如滤波后，效果（如信噪比）不理想，可以回到步骤一进行迭代滤波。 

在步骤二中，伪Wingner-ville分布的窗口长度根据下述误差方程确定： 

其中，为信号的采样频率，为信号的最大瞬时频率，为相对误差控制值，为时间窗口长度。根据多组的真车采集的加速度信号进行频谱分析，计算加速度信号的某频段的频率成分的能量所占总信号能量比例，选择某一个能量比例阈值相应的频率阈值，来确定信号的最大瞬时频率。例如：

对于纵向加速度，选择采集信号90%的能量，相应频率为10Hz，；

对于侧向加速度，选择采集信号90%的能量，相应频率为5Hz，。

与现有技术相比，本发明的优点在于信号自适应处理，算法效率高，能大幅地提高信噪比，从而大大地减小汽车加速度传感器受各种噪声源干扰的影响，满足汽车加速度信号应用分析前的预处理要求。 

附图说明

图1是本发明所示方法的流程示意图； 

图2-a是纵向加速度实验仿真数据示意图；

图2-b是纵向加速度仿真实验滤波消噪结果；

图3-a是侧向加速度实验仿真数据示意图； 

图3-b是侧向加速度仿真实验滤波消噪结果；

图4是纵向加速度实验滤波消噪结果；

图5是侧向加速度实验滤波消噪结果。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步地详细说明。 

将双轴加速度传感器集成到ARM嵌入式系统，将系统固定在汽车厢体底部。加速度传感器的采样频率设置为1000Hz。加速度信号进行嵌入式系统后，执行如图1所示算法进行消噪。其中纵向加速度窗口长度为，侧向加速度窗口长度为。 

（1）  进行仿真实验1，汽车10秒内加速到100 km/h，然后进行刹车减速，直至车速为0。实验过程包含了急速加速和平缓加速，以及紧急制动等纵向加减速操作。对纵向加速度进行采样，加高斯白噪声，得到原始信号及加噪信号如图2-a所示，加噪信号的信噪比为10dB。图2-b所示为滤波结果与原始信号比较，滤波后信噪比增加到15.79dB；