[发明专利]电压信号的滤波方法及其滤波装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种电压信号的滤波方法及其滤波装置。

背景技术

自适应前大灯系统（Automatic Front-Lamp system，简称AFS）能够根据路况做动态调节以提高行车安全。目前，AFS控制器中电源管理模块的滤波普遍采用滑动平均法，为具有动态响应快同时不可避免的使收敛稳定性变坏。

卡尔曼数字滤波器是一个最优化自回归数据处理算法，标准卡尔曼数字滤波器的5个基本公式为：

X(k|k-1)=A X(k-1|k-1) ……… (1)

P(k|k-1)=A P(k-1|k-1) A’+Q ……… (2)

X(k|k)= X(k|k-1)+Kg(k) (Z(k)-H X(k|k-1)) ……… (3)

Kg(k)= P(k|k-1) H’ / (H P(k|k-1) H’ + R) ……… (4)

P(k|k)=（I-Kg(k) H）P(k|k-1) ……… (5)

公式(1)中，X(k|k-1)是利用上一状态预测的结果，X(k-1|k-1)是上一状态最优的结果。

公式(2)中，P(k|k-1)是X(k|k-1)对应的协方差（covariance），P(k-1|k-1)是X(k-1|k-1)对应的协方差，A’表示A的转置矩阵，Q是系统过程的协方差，Q增大，动态响应变快，收敛稳定性变坏；Q减小，动态响应变慢，收敛稳定性变好。

公式(3)、（4）中，Kg为卡尔曼增益(Kalman Gain)。

公式（4）中，R是测量噪声的协方差，R增大，动态响应变慢，收敛稳定性变好；R减小，动态响应变快，收敛稳定性变坏

公式(5)中， I 为1的矩阵，对于单模型单测量，I=1。当系统进入k+1状态时，P(k|k)就是式子(2)的P(k-1|k-1)。

卡尔曼数字滤波器的特征为动态响应慢、收敛稳定性好或动态响应快、收敛稳定性差。对于需要动态响应快、收敛稳定性好的滤波效果，使用卡尔曼滤波便无法实现。因此，现行的滤波方法均不能同时保证动态响应时间快和收敛稳定性好。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种电压信号的滤波方法及其滤波装置，其能获得动态响应快、收敛稳定性好的滤波效果。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种电压信号的滤波方法， 包括：

模数转换器对待滤波的电压信号进行采样，并测量出该电压信号的噪声的峰-峰值Vpp；

模数转换器将数字化的电压信号及测量到的噪声峰-峰值Vpp发送给微处理器；

微处理器根据测量到的噪声峰-峰值Vpp计算电压变化阈值Vt，Vt=N*Vpp，1.5≤N≤2;

微处理器将数字化的电压信号的电压值与该电压变化阈值Vt进行比较，如果数字化的电压信号的电压值小于电压变化阈值Vt，则用卡尔曼数字滤波器对当前时刻的数字化的电压信号进行滤波，并将卡尔曼数字滤波器在当前时刻的X(k|k)作为卡尔曼数字滤波器在下一时刻的X(k-1|k-1)；如果数字化的电压信号的电压值大于电压变化阈值Vt，则不对当前时刻的数字化的电压信号进行滤波，将当前采集到的数字化电压信号的电压值作为卡尔曼数字滤波器在下一时刻的X(k-1|k-1)，其中，所述卡尔曼数字滤波器的Q远小于1，R大于等于1。

本发明还提供了一种电压信号的滤波装置，其特点在于，包括模数转换器和微处理器，模数转换器的输出端与微处理器的输入端电连接；其中：

模数转换器用于对待滤波的电压信号进行采样，测量出该电压信号的噪声的峰-峰值Vpp，并将数字化的电压信号及测量到的噪声峰-峰值Vpp发送给微处理器；

微处理器用于根据测量到的噪声峰-峰值Vpp计算电压变化阈值Vt，并将数字化的电压信号的电压值与该电压变化阈值Vt进行比较，如果数字化的电压信号的电压值小于电压变化阈值Vt，则用卡尔曼数字滤波器对当前时刻的数字化的电压信号进行滤波，将卡尔曼数字滤波器在当前时刻的X(k|k)作为卡尔曼数字滤波器在下一时刻的X(k-1|k-1)，如果数字化的电压信号的电压值大于电压变化阈值Vt，则不对当前时刻的数字化的电压信号进行滤波，将当前采集到的数字化电压信号的电压值作为卡尔曼数字滤波器在下一时刻的X(k-1|k-1)，其中，Vt=N*Vpp，1.5≤N≤2，所述卡尔曼数字滤波器的Q远小于1，R大于等于1。