一種濾波系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本申請?zhí)峁┝艘环N濾波系統(tǒng)，包括：硬件濾波電路和與該硬件濾波電路相連的處理器，采用本申請?zhí)峁┑臑V波系統(tǒng)，首先采用硬件濾波電路對待濾波信號進行第一預設頻段信號的低通濾波，減少進入處理器的信號頻段，然后該處理器依據(jù)第二預設頻段信號濾波條件對信號繼續(xù)進行第二預設頻段信號濾波，完成整個濾波過程。在該過程中，由于硬件濾波電路對待濾波信號進行濾波，使得進入處理器的第一濾波信號的頻段滿足頻段較少且較低的要求，只需該處理器對較少頻段的信號進行處理即可實現(xiàn)滿足精度要求的濾波，整個濾波系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)處理量小，計算使用時間較短，利于后續(xù)的分析設備對車體運行狀態(tài)及時進行分析，滿足現(xiàn)場應用的高實時性要求，保證列車運行安全。
【專利說明】一種濾波系統(tǒng)及方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及信號處理領域，更具體的說，是涉及一種濾波系統(tǒng)及方法。

【背景技術】
[0002]列車在運行過程中，由于軌道不平順等原因，列車車輪會出現(xiàn)的蛇行運動，車輪在軌道中左右晃動，并按照一定的振幅向前運行，圖中標示出了蛇行運動的波長λ。隨著列車運行速度呈正比的蛇行運動的頻率也相應提高，該頻率越接近輪對的固有振動頻率，越容易出現(xiàn)自激振動的蛇行運行。當列車運行速度達到臨界速度時，一旦出現(xiàn)蛇形運動，無論列車速度維持一定還是繼續(xù)提高，蛇行運動的振幅會逐漸加大，出現(xiàn)橫向失穩(wěn)，車輪邊緣和鋼軌發(fā)生劇烈碰撞，線路和車輪會遭到嚴重破壞，乘坐舒適度急劇惡化，嚴重時會發(fā)生脫軌的危險。
[0003]因此，如何保障車輛在高速運行狀態(tài)下的橫向運動穩(wěn)定性，成為影響列車安全運行的重要問題。
[0004]現(xiàn)有技術中，采用檢測車體轉向架橫向振動加速度來進行判斷是否出現(xiàn)橫向失穩(wěn)，當該加速度多次達到或超過臨界值，則判定列車發(fā)生了橫向失穩(wěn)，需采取相應的安全措施。
[0005]然而由于傳感器輸出的信號為頻帶很寬、含有大量高次諧波和干擾噪聲的復雜信號，信噪比較低，需要對該復雜信號進行濾波處理以提取有效信號。
[0006]現(xiàn)有技術中，一般采用軟件濾波，通過構建數(shù)字濾波器，實現(xiàn)對傳感器輸出的信號進行濾波，現(xiàn)有技術中的濾波過程的示意圖如圖1所示，傳感器101檢測車體運行信號生成待濾波的信號，數(shù)字濾波器102對信號進行濾波處理，并輸出至分析設備103進行分析。
[0007]由于軟件濾波是通過數(shù)值計算實現(xiàn)的，為保證濾波的精度，需要將濾波階數(shù)設置較高，如1024階。然而，當提高濾波階數(shù)時，軟件需要處理的數(shù)據(jù)量增多，甚至需要海量的計算，導致濾波的時間增長，產(chǎn)生延時，導致后續(xù)的分析設備對車體運行狀態(tài)分析不及時，會對列車運行安全產(chǎn)生影響。


【發(fā)明內容】

[0008]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種濾波系統(tǒng)及方法，解決了現(xiàn)有技術中采用軟件濾波導致的數(shù)據(jù)計算量大導致延時的問題。
[0009]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案:
[0010]一種濾波系統(tǒng)，包括:硬件濾波電路和處理器；
[0011]所述硬件濾波電路，用于對待濾波信號進行第一預設頻段信號的低通濾波，得到第一濾波信號；
[0012]所述處理器與所述硬件濾波電路相連，用于依據(jù)第二預設頻段信號濾波條件對所述第一濾波信號進行濾波，得到第二濾波信號并輸出。
[0013]上述的系統(tǒng)，優(yōu)選的，還包括:
[0014]與所述硬件濾波電路相連的采樣電路，用于對傳感器輸出的信號進行采樣，得到待濾波信號。
[0015]上述的系統(tǒng)，優(yōu)選的，還包括:
[0016]與所述處理器相連的后級處理電路，用于依據(jù)后續(xù)分析設備的輸入?yún)?shù)要求對所述第二濾波信號進行處理，得到第三濾波信號，并輸出所述第三濾波信號至所述分析設備。
[0017]上述的系統(tǒng)，優(yōu)選的，還包括:
[0018]分別與所述硬件濾波電路和所述處理器相連的模擬/數(shù)字A/D轉換模塊，用于將所述硬件濾波電路輸出的第一濾波信號由模擬形式轉換為數(shù)字形式，并輸出至所述處理器。
[0019]上述的系統(tǒng)，優(yōu)選的，所述硬件濾波電路為五級七階的抗混疊濾波器，所述抗混疊濾波器包括:第一級濾波、第二級濾波、第三級濾波、第四級濾波和第五級濾波；
[0020]其中，第一、二、五級濾波為一階有源低通濾波，第三、四級濾波為二階有源低通濾波。
[0021]上述的系統(tǒng)，優(yōu)選的，所述處理器采用數(shù)字信號處理器DSP、現(xiàn)場可編程邏輯門陣列FPGA或復雜可編程邏輯器件CPLD。
[0022]上述的系統(tǒng)，優(yōu)選的，所述數(shù)字濾波器軟件包括:無限長沖激響應IIR或者有限長沖激響應FIR。
[0023]一種濾波方法，包括:
[0024]硬件濾波電路對待濾波信號進行第一預設頻段信號濾波，得到第一濾波信號；
[0025]處理器依據(jù)第二預設頻段信號濾波條件對所述第一濾波信號進行濾波，得到第二濾波信號并輸出。
[0026]上述的方法，優(yōu)選的，硬件濾波電路對待濾波信號進行第一預設頻段信號濾波之前，還包括:
[0027]采樣電路對傳感器輸出的信號進行采樣，得到待濾波信號，并將待濾波信號傳送至硬件濾波電路。
[0028]上述的方法，優(yōu)選的，還包括:
[0029]后級處理電路依據(jù)后續(xù)分析設備的輸入?yún)?shù)要求對所述第二濾波信號進行處理，得到第三濾波信號，并輸出所述第三濾波信號至所述分析設備。
[0030]經(jīng)由上述的技術方案可知，與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明提供了一種濾波系統(tǒng)，包括:硬件濾波電路和與該硬件濾波電路相連的處理器，采用本申請?zhí)峁┑臑V波系統(tǒng)，首先采用硬件濾波電路對待濾波進行第一預設頻段信號的低通濾波，減少進入處理器的信號頻段，然后該處理器依據(jù)第二預設頻段信號濾波條件對信號繼續(xù)進行第二預設頻段信號濾波，完成整個濾波過程。在該過程中，由于硬件濾波電路對待濾波信號進行濾波，使得進入處理器的第一濾波信號的頻段滿足頻段較少且較低的要求，只需該處理器對較少頻段的信號進行處理即可實現(xiàn)滿足精度要求的濾波，整個濾波系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)處理量小，計算使用時間較短，利于后續(xù)的分析設備對車體運行狀態(tài)及時進行分析，保證列車運行安全。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。
[0032]圖1為現(xiàn)有技術中的濾波過程的示意圖；
[0033]圖2為本申請?zhí)峁┑囊环N濾波系統(tǒng)實施例1的結構示意圖；
[0034]圖3為本申請?zhí)峁┑囊环N濾波系統(tǒng)實施例1的另一結構示意圖；
[0035]圖4為本申請?zhí)峁┑囊环N濾波系統(tǒng)實施例2的結構示意圖；
[0036]圖5為本申請?zhí)峁┑囊环N濾波系統(tǒng)實施例3的結構示意圖；
[0037]圖6為本申請?zhí)峁┑囊环N濾波系統(tǒng)實施例4的結構示意圖；
[0038]圖7為本申請?zhí)峁┑囊环N濾波系統(tǒng)實施例4的中硬件濾波電路的電路圖；
[0039]圖8為本申請?zhí)峁┑囊环N濾波方法實施例1的流程圖；
[0040]圖9為本申請?zhí)峁┑囊环N濾波方法實施例2的流程圖；
[0041 ] 圖10為本申請?zhí)峁┑囊环N濾波方法實施例3的流程圖。

【具體實施方式】
[0042]下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0043]本申請中涉及的一種濾波系統(tǒng)和方法，用于為列車的信號分析設備提供濾除干擾信號和高次諧波的有效信號。
[0044]如圖2所示的本申請?zhí)峁┑囊环N濾波系統(tǒng)實施例1的結構示意圖，該濾波系統(tǒng)包括:硬件濾波電路201和處理器202 ；
[0045]其中，該硬件濾波電路201與處理器202相連。
[0046]所述硬件濾波電路201，用于對待濾波信號進行第一預設頻段信號的低通濾波，得到第一濾波信號；
[0047]其中，該第一預設頻段為該硬件濾波電路的截止頻點，具體的，硬件濾波電路的截止頻點可設定為Fp = 50Hz,即該第一預設頻段為50Hz頻率以上的信號。
[0048]具體的，硬件濾波電路201對待濾波信號中的50Hz頻率以上的信號濾除，而O?50Hz頻率的信號被保留，該保留下來的O?50Hz頻率的信號為第一濾波信號。
[0049]具體的，該硬件濾波電路由運算放大器、電阻、電容等器件構成，單級濾波器對應一個運放所組成的電路，當采用不同電路結構時，可實現(xiàn)單階、二階或更高階數(shù)的濾波特性。實際實施中，為達到設定的效果，一般將多級濾波電路級聯(lián)起來，每級設置不同階數(shù)、帶通特性(低通、高通、帶通)和截止頻點。具體的實現(xiàn)方式在后續(xù)的實施例中會做具體解釋，本實施例不做詳解。
[0050]需要說明的是，該硬件濾波電路濾除待濾波信號中的高頻段信號，保留較低頻率的信號，以使后續(xù)的處理器202通過低階的數(shù)字濾波器軟件處理較低頻率的信號。
[0051]需要說明的是，硬件濾波電路可以采用不同的級數(shù)和階數(shù)，不影響本濾波系統(tǒng)的功能。
[0052]需要說明的是，具體實施中，該硬件電路還可設置有放大功能，當該濾波系統(tǒng)的應用于低信噪比的場合時，可實現(xiàn)提升信號的信噪比，避免在對低信噪比信號處理時出現(xiàn)有效信號的失真情況，以使后續(xù)的處理器對信號處理更加精確。
[0053]所述處理器202，用于依據(jù)第二預設頻段信號濾波條件對所述第一濾波信號進行濾波，得到第二濾波信號并輸出。
[0054]其中，處理器202中設置有低階數(shù)字濾波器軟件，該數(shù)字濾波器軟件包括:IIR(Infinite impact Response,無限長沖激響應)或者 FIR(Finite impact Response,有限長沖激響應)。
[0055]其中，該數(shù)字濾波器軟件的階數(shù)可根據(jù)實際實施中濾波的條件進行設定，如512階；該數(shù)字濾波器軟件的濾波頻段也可根據(jù)實際實施中濾波的條件進行設定，如高通、低通或者帶通。
[0056]具體的，該處理器對輸入的信號進行2?12.6Hz頻段信號進行帶通濾波，還可對濾波后的信號進行幅值補償，以使輸出的信號幅值滿足后續(xù)的分析設備的要求。
[0057]具體的，當處理器202接收到硬件濾波電路201輸出的第一濾波信號后，其內嵌的數(shù)字濾波器軟件對該第一濾波信號進行第二預設頻段信號的濾波，該第二預設頻段與該數(shù)字濾波器軟件的具體設置對應。
[0058]其中，該第二濾波信號是待濾波信號經(jīng)過硬件濾波電路201和處理器202分別濾波后，得到的滿足精度要求的信號，該信號可輸出至分析設備，以分析該信號的特性，得出列車是否發(fā)生橫向失穩(wěn)情況。
[0059]具體實施中，該處理器采用DSP(Digital Signal Processor,數(shù)字信號處理器)、FPGA (Field Programmable Gate Array,現(xiàn)場可編程邏輯門陣列)或 CPLD (ComplexProgrammable Logic Device復雜可編程邏輯器件)。
[0060]需要說明的是，由于硬件濾波電路將待濾波信號中的高頻率信號的濾除，保留較低頻率的信號，使得該數(shù)字濾波器軟件處理較低頻率的信號即可，即該數(shù)字濾波器軟件只需設置為低階即可，數(shù)字濾波器軟件的數(shù)據(jù)處理量小。
[0061]由于軟件濾波存在一個受濾波階數(shù)、信號采樣率影響的固定延時，而該延時無法通過優(yōu)化軟件代碼來縮減，而本申請中該數(shù)字濾波器軟件只需設置低階濾波，減少了固定延時時間，提高了濾波的實時性。
[0062]具體的，當采用FIR時，由于該FIR濾波器本身存在固有延時t?N/f，其中N為濾波階數(shù)，f為采樣頻率，因此，為獲得合理延時，需要選擇合適的N和f，具體的，可用采樣頻率為500Hz，將延時控制在Is左右，即可滿足現(xiàn)場應用的要求。
[0063]需要說明的是，軟件濾波的階數(shù)、采樣率等可以調整，本濾波系統(tǒng)的功能不變。
[0064]需要說明的是，本申請中，先采用硬件濾波電路進行高頻濾波，然后采用處理器進行低頻濾波，但不限定于此，實際實施中，硬件濾波和軟件濾波的過程的先后順序可根據(jù)需要進行調換，以實現(xiàn)復合濾波的過程。
[0065]如圖3示出的本申請?zhí)峁┑囊环N濾波系統(tǒng)實施例1的另一結構示意圖，該結構中，濾波系統(tǒng)包括:硬件濾波電路301、A/D(Analog-to-digital，模擬/數(shù)字)轉換模塊302和處理器303 ；
[0066]其中，該A/D轉換模塊302設置于硬件濾波電路301和處理器303之間，用于將所述硬件濾波電路301輸出的第一濾波信號由模擬形式轉換為數(shù)字形式，并輸出至所述處理器 303。
[0067]其中，當該硬件濾波電路301輸出的第一濾波信號為模擬形式，而該處理器303輸入信號要求為數(shù)字信號時，該A/D轉換模塊將該第一濾波信號由模擬形式轉換為數(shù)字形式。
[0068]需要說明的是，本實施例中提供的濾波系統(tǒng)綜合了軟件數(shù)字濾波和硬件數(shù)字濾波的優(yōu)點，避開了軟件數(shù)字濾波的缺陷。通過不同參數(shù)的配置，在濾波精度和處理的實時性方面取得了均衡，適用于現(xiàn)場環(huán)境下的實時控制。
[0069]綜上，本實施例提供的一種濾波系統(tǒng)，包括:硬件濾波電路和與該硬件濾波電路相連的處理器，采用本申請?zhí)峁┑臑V波系統(tǒng)，首先采用硬件濾波電路對待濾波進行第一預設頻段信號的低通濾波，減少進入處理器的信號頻段，然后該處理器依據(jù)第二預設頻段信號濾波條件對信號繼續(xù)進行第二預設頻段信號濾波，完成整個濾波過程。在該過程中，由于硬件濾波電路對待濾波信號進行濾波，使得進入處理器的第一濾波信號的頻段滿足頻段較少的要求，只需該處理器對較少頻段的信號進行處理即可實現(xiàn)滿足精度要求的濾波，整個濾波系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)處理量小，計算使用時間較短，利于后續(xù)的分析設備對車體運行狀態(tài)及時進行分析，保證列車運行安全。
[0070]如圖4示出的本申請?zhí)峁┑囊环N濾波系統(tǒng)實施例2的結構示意圖，該濾波系統(tǒng)包括:采樣電路401、硬件濾波電路402、處理器403 ；
[0071]其中，該采樣電路401與硬件濾波電路402相連，硬件濾波電路402與處理器403相連。
[0072]其中，硬件濾波電路402和處理器403與實施例1中的相應結構功能一致，本實施例不再贅述。
[0073]采樣電路401，用于對傳感器輸出的信號進行采樣，得到待濾波信號。
[0074]其中，傳感器檢測車體轉向架橫向振動運動情況，其輸出的信號帶寬很寬、并且含有大量高次諧波和干擾噪聲的復雜信號。
[0075]具體的，采樣電路401對該傳感器輸出的信號進行采樣，得到待濾波信號，并將該待濾波信號傳送至硬件濾波電路402中，以進行后續(xù)的濾波過程。
[0076]需要說明的是，具體實施中，該采樣電路不僅能夠進行采樣，還可對信號進行比例變換等前期處理，以使進入硬件濾波電路的待濾波信號最適應硬件濾波電路的運行條件。
[0077]綜上，本實施例提供的一種濾波系統(tǒng)，還包括:采樣電路，用于對傳感器輸出的信號進行采樣，得到待濾波信號，并將待濾波信號輸出至硬件濾波電路中，以進行后續(xù)的濾波過程。
[0078]如圖5示出的本申請?zhí)峁┑囊环N濾波系統(tǒng)實施例3的結構示意圖，該濾波系統(tǒng)包括:硬件濾波電路501、處理器502和后級處理電路503 ；
[0079]其中，該硬件濾波電路501與處理器502相連，處理器502與該后級處理電路503相連。
[0080]其中，硬件濾波電路501和處理器502與實施例1中的相應結構功能一致，本實施例不再贅述。
[0081]后級處理電路503，用于依據(jù)后續(xù)分析設備的輸入?yún)?shù)要求對所述第二濾波信號進行處理，得到第三濾波信號，并輸出所述第三濾波信號至所述分析設備。
[0082]其中，預先在該后級處理電路503中預設與其相連的后續(xù)分析設備的輸入?yún)?shù)要求，該輸入?yún)?shù)要求可包括:輸入信號的波形幅值范圍、頻率范圍等。
[0083]其中，當該處理器輸出的第二濾波信號不滿足該分析設備的輸入?yún)?shù)要求時，該后級處理電路503對該第二濾波信號進行處理得到第三濾波信號，該第三濾波信號滿足該后續(xù)分析設備的輸入?yún)?shù)要求，以使得該分析設備根據(jù)滿足輸入?yún)?shù)要求的第三濾波信號精確分析待濾波信號對應的列車車體轉向架的橫向振動加速度情況，判斷列車是否出現(xiàn)橫向失穩(wěn)情況，避免出現(xiàn)由于第二濾波信號的幅值過小或過大，導致分析設備的分析出現(xiàn)較大誤差。
[0084]具體的，當該處理器502輸出的第二濾波信號的幅值(或信號強度)不滿足分析設備的輸入?yún)?shù)要求時，該后級處理電路對該第二濾波信號進行處理，以使其滿足分析設備的輸入?yún)?shù)要求。
[0085]具體的，該后級處理電路503也可以包含D/A(Digital-to_Analog,數(shù)字/模擬)模塊，將處理器502輸出的第二濾波信號由數(shù)字信號轉換為模擬信號，供后續(xù)分析設備處理。
[0086]當然，該后級處理電路還可對第二濾波信號的其他參數(shù)進行調整，以使其滿足分析設備的輸入要求，本實施例中不再贅述。
[0087]綜上，本實施例提供的一種濾波系統(tǒng)，還包括:后級處理電路，用于依據(jù)后續(xù)分析設備的輸入?yún)?shù)要求對所述第二濾波信號進行處理，得到第三濾波信號，并輸出所述第三濾波信號至所述分析設備，以使分析設備根據(jù)滿足其輸入?yún)?shù)要求的第三濾波精確分析待濾波信號對應的列車車體轉向架的橫向振動加速度情況，判斷列車是否出現(xiàn)橫向失穩(wěn)情況。
[0088]如圖6示出的本申請?zhí)峁┑囊环N濾波系統(tǒng)實施例5的結構示意圖，包括:硬件濾波電路601和處理器602 ；
[0089]其中，處理器602與實施例1中的相應結構功能一致，本實施例不再贅述。
[0090]具體的，本實施例中采用的硬件濾波電路為五級七階的抗混疊濾波器，該抗混疊濾波器具體包括:第一級濾波、第二級濾波、第三級濾波、第四級濾波和第五級濾波，其中:第一、二、五級濾波為一階有源低通濾波，第三、四級濾波為二階有源低通濾波。
[0091]具體為，待濾波信號依次一階有源低通(第一級濾波)603、一階有源低通(第二級濾波)604、二階有源低通(第三級濾波)605、二階有源低通(第四級濾波)606、一階有源低通(第五級濾波)607濾波后，輸出第一濾波信號至處理器602，以使處理器602實現(xiàn)后續(xù)的軟件濾波過程，最終得到可輸出至后續(xù)分析設備的第二濾波信號，以實現(xiàn)對待濾波信號進行第一預設頻段信號濾波的目的。
[0092]如圖7示出了硬件濾波電路的電路圖，第一級濾波電路701、第二級濾波電路702、……第五級濾波電路705依次連接。
[0093]需要說明的是，采用多級濾波電路，每級設置不同的階數(shù)、帶通特性和截止頻點，每級濾波電路配合實現(xiàn)目標頻率的濾波，精度較高。
[0094]綜上，本實施例提供的一種濾波系統(tǒng)中硬件濾波電路為五級七階的抗混疊濾波器，其中:第一、二、五級濾波為一階有源低通濾波，第三、四級濾波為二階有源低通濾波。該硬件濾波電路對待濾波信號進行五級七階的濾波過程，并將濾波得到的第一濾波信號輸出至處理器，每級濾波電路配合實現(xiàn)目標頻率的濾波，精度較高。
[0095]與上述本申請?zhí)峁┑囊环N濾波系統(tǒng)實施例相對應的，本申請還提供了一種濾波方法實施例。
[0096]如圖8示出了本申請?zhí)峁┑囊环N濾波方法實施例1的流程圖，包括:
[0097]步驟S801:硬件濾波電路對待濾波信號進行第一預設頻段信號的低通濾波，得到第一濾波信號；
[0098]其中，該第一預設頻段為該硬件濾波電路的截止頻點，具體的，硬件濾波電路的截止頻點可設定為Fp = 50Hz,即該第一預設頻段為50Hz頻率以上的信號。
[0099]具體的，硬件濾波電路201對待濾波信號中的50Hz頻率以上的信號濾除，而O?50Hz頻率的信號被保留，該保留下來的O?50Hz頻率的信號為第一濾波信號。
[0100]具體的，該硬件濾波電路由運算放大器、電阻、電容等器件構成，單級濾波器對應一個運放所組成的電路，當采用不同電路結構時，可實現(xiàn)單階、二階或更高階數(shù)的濾波特性。實際實施中，為達到設定的效果，一般將多級濾波電路級聯(lián)起來，每級設置不同階數(shù)、帶通特性(低通、高通、帶通)和截止頻點。具體的實現(xiàn)方式在后續(xù)的實施例中會做具體解釋，本實施例不做詳解。
[0101]需要說明的是，該硬件濾波電路濾除待濾波信號中的高頻段信號，保留較低頻率的信號，以使后續(xù)的處理器通過低階的數(shù)字濾波器軟件處理較低頻率的信號。
[0102]需要說明的是，硬件濾波電路可以采用不同的級數(shù)和階數(shù)，不影響本濾波系統(tǒng)的功能。
[0103]需要說明的是，具體實施中，該硬件電路還可設置有放大功能，當該濾波系統(tǒng)的應用于低信噪比的場合時，可實現(xiàn)提升信號的信噪比，避免在對低信噪比信號處理時出現(xiàn)有效信號的失真情況，以使后續(xù)的處理器對信號處理更加精確。
[0104]步驟S802:處理器依據(jù)第二預設頻段信號濾波條件對所述第一濾波信號進行濾波，得到第二濾波信號并輸出。
[0105]其中，處理器中設置有低階數(shù)字濾波器軟件，該數(shù)字濾波器軟件包括:IIR或者FIR。
[0106]其中，該數(shù)字濾波器軟件的階數(shù)可根據(jù)實際實施中濾波的條件進行設定，如512階；該數(shù)字濾波器軟件的濾波頻段也可根據(jù)實際實施中濾波的條件進行設定，如高通、低通或者帶通。
[0107]具體的，該處理器對輸入的信號進行2?12.6Hz頻段信號進行帶通濾波，還可對濾波后的信號進行幅值補償，以使輸出的信號幅值滿足后續(xù)的分析設備的要求。
[0108]具體的，當處理器接收到硬件濾波電路輸出的第一濾波信號后，其內嵌的數(shù)字濾波器軟件對該第一濾波信號進行第二預設頻段信號的濾波，該第二預設頻段與該數(shù)字濾波器軟件的具體設置對應。
[0109]其中，該第二濾波信號是待濾波信號經(jīng)過硬件濾波電路和處理器分別濾波后，得到的滿足精度要求的信號，該信號可輸出至分析設備，以分析該信號的特性，得出列車是否發(fā)生橫向失穩(wěn)情況。
[0110]具體實施中，該處理器采用DSP、FPGA或CPLD。
[0111]需要說明的是，由于硬件濾波電路將待濾波信號中的高頻率信號的濾除，保留較低頻率的信號，使得該數(shù)字濾波器軟件處理較低頻率的信號即可，即該數(shù)字濾波器軟件只需設置為低階即可，數(shù)字濾波器軟件的數(shù)據(jù)處理量小。
[0112]由于軟件濾波存在一個受濾波階數(shù)、信號采樣率影響的固定延時，而該延時無法通過優(yōu)化軟件代碼來縮減，而本申請中該數(shù)字濾波器軟件只需設置低階濾波，減少了固定延時時間，提高了濾波的實時性。
[0113]具體的，當采用FIR時，由于該FIR濾波器本身存在固有延時N/f，其中N為濾波階數(shù)，f為采樣頻率，因此，為獲得合理延時，需要選擇合適的N和f，具體的，可用采樣頻率為500Hz，將延時控制在Is左右，即可滿足現(xiàn)場應用的要求。
[0114]需要說明的是，軟件濾波的階數(shù)、采樣率等可以調整，本濾波系統(tǒng)的功能不變。
[0115]需要說明的是，本申請中，先采用硬件濾波電路進行高頻濾波，然后采用處理器進行低頻濾波，但不限定于此，實際實施中，硬件濾波和軟件濾波的過程的先后順序可根據(jù)需要進行調換，以實現(xiàn)復合濾波的過程。
[0116]綜上，本實施例提供的一種濾波方法，包括:首先采用硬件濾波電路對待濾波進行第一預設頻段信號的低通濾波，減少進入處理器的信號頻段，然后該處理器依據(jù)第二預設頻段信號濾波條件對信號繼續(xù)進行第二預設頻段信號濾波，完成整個濾波過程。在該過程中，由于硬件濾波電路對待濾波信號進行濾波，使得進入處理器的第一濾波信號的頻段滿足頻段較少的要求，只需該處理器對較少頻段的信號進行處理即可實現(xiàn)滿足精度要求的濾波，整個濾波系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)處理量小，計算使用時間較短，利于后續(xù)的分析設備對車體運行狀態(tài)及時進行分析，保證列車運行安全。
[0117]如圖9示出了本申請?zhí)峁┑囊环N濾波方法實施例2的流程圖，包括:
[0118]步驟S901:采樣電路對傳感器輸出的信號進行采樣，得到待濾波信號，并將待濾波信號傳送至硬件濾波電路；
[0119]其中，傳感器檢測車體轉向架橫向振動運動情況，其輸出的信號帶寬很寬、并且含有大量高次諧波和干擾噪聲的復雜信號。
[0120]具體的，采樣電路對該傳感器輸出的信號進行采樣，得到待濾波信號，并將該待濾波信號輸出至硬件濾波電路中，以進行后續(xù)的濾波過程。
[0121]需要說明的是，具體實施中，該采樣電路不僅能夠進行采樣，還可對信號進行比例變換等前期處理，以使進入硬件濾波電路的待濾波信號最適應硬件濾波電路的運行條件。
[0122]步驟S902:硬件濾波電路對待濾波信號進行第一預設頻段信號濾波，得到第一濾波信號；
[0123]步驟S903:處理器依據(jù)設置的低階數(shù)字濾波器軟件對所述第一濾波信號進行第二預設頻段信號濾波，得到第二濾波信號并輸出；
[0124]其中，步驟S902-903與實施例1中的步驟S801-802 —致，本實施例不再贅述。
[0125]綜上，本實施例提供的一種濾波方法，還包括:采樣電路對傳感器輸出的信號進行采樣，得到待濾波信號，并將待濾波信號輸出至硬件濾波電路中，以進行后續(xù)的濾波過程。
[0126]如圖10示出了本申請?zhí)峁┑囊环N濾波方法實施例2的流程圖，包括:
[0127]步驟S1001:硬件濾波電路對待濾波信號進行第一預設頻段信號濾波，得到第一濾波信號；
[0128]步驟S1002:處理器依據(jù)第二預設頻段信號濾波條件對所述第一濾波信號進行濾波，得到第二濾波信號并輸出；
[0129]其中，步驟S1001-1002與實施例1中的步驟S801-802 —致，本實施例不再贅述。
[0130]步驟S1003:后級處理電路依據(jù)后續(xù)分析設備的輸入?yún)?shù)要求對所述第二濾波信號進行處理，得到第三濾波信號，并輸出所述第三濾波信號至所述分析設備。
[0131]其中，預先在該后級處理電路中預設與其相連的后續(xù)分析設備的輸入?yún)?shù)要求，該輸入?yún)?shù)要求可包括:輸入信號的波形幅值范圍、頻率范圍等。
[0132]其中，當該處理器輸出的第二濾波信號不滿足該分析設備的輸入?yún)?shù)要求時，該后級處理電路對該第二濾波信號進行處理得到第三濾波信號，該第三濾波信號滿足該后續(xù)分析設備的輸入?yún)?shù)要求，以使得該分析設備根據(jù)滿足輸入?yún)?shù)要求的第三濾波信號精確分析待濾波信號對應的列車車體轉向架的橫向振動加速度情況，判斷列車是否出現(xiàn)橫向失穩(wěn)情況，避免出現(xiàn)由于第二濾波信號的幅值過小或過大，導致分析設備的分析出現(xiàn)較大誤差。
[0133]具體的，當該處理器輸出的第二濾波信號的幅值(或信號強度)不滿足分析設備的輸入?yún)?shù)要求時，該后級處理電路對該第二濾波信號進行處理，以使其滿足分析設備的輸入?yún)?shù)要求。
[0134]具體的，該后級處理電路也可以包含D/A模塊，將處理器輸出的第二濾波信號由數(shù)字信號轉換為模擬信號，供后續(xù)的分析設備處理。
[0135]當然，該后級處理電路還可對第二濾波信號的其他參數(shù)進行調整，以使其滿足分析設備的輸入要求，本實施例中不再贅述。
[0136]綜上，本實施例提供的一種濾波方法，還包括:后級處理電路依據(jù)后續(xù)分析設備的輸入?yún)?shù)要求對所述第二濾波信號進行處理，得到第三濾波信號，并輸出所述第三濾波信號至所述分析設備，以使分析設備根據(jù)滿足其輸入?yún)?shù)要求的第三濾波精確分析待濾波信號對應的列車車體轉向架的橫向振動加速度情況，判斷列車是否出現(xiàn)橫向失穩(wěn)情況。
【權利要求】
1.一種濾波系統(tǒng)，其特征在于，包括:硬件濾波電路和處理器； 所述硬件濾波電路，用于對待濾波信號進行第一預設頻段信號的低通濾波，得到第一濾波信號； 所述處理器與所述硬件濾波電路相連，用于依據(jù)第二預設頻段信號濾波條件對所述第一濾波信號進行濾波，得到第二濾波信號并輸出。
2.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括: 與所述硬件濾波電路相連的采樣電路，用于對傳感器輸出的信號進行采樣，得到待濾波信號。
3.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括: 與所述處理器相連的后級處理電路，用于依據(jù)后續(xù)分析設備的輸入?yún)?shù)要求對所述第二濾波信號進行處理，得到第三濾波信號，并輸出所述第三濾波信號至所述分析設備。
4.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括: 分別與所述硬件濾波電路和所述處理器相連的模擬/數(shù)字A/D轉換模塊，用于將所述硬件濾波電路輸出的第一濾波信號由模擬形式轉換為數(shù)字形式，并輸出至所述處理器。
5.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述硬件濾波電路為五級七階的抗混疊濾波器，所述抗混疊濾波器包括:第一級濾波、第二級濾波、第三級濾波、第四級濾波和第五級濾波； 其中，第一、二、五級濾波為一階有源低通濾波，第三、四級濾波為二階有源低通濾波。
6.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述處理器采用數(shù)字信號處理器DSPJ!場可編程邏輯門陣列FPGA或復雜可編程邏輯器件CPLD。
7.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)字濾波器軟件包括:無限長沖激響應IIR或者有限長沖激響應FIR。
8.一種濾波方法，其特征在于，包括: 硬件濾波電路對待濾波信號進行第一預設頻段信號濾波，得到第一濾波信號； 處理器依據(jù)第二預設頻段信號濾波條件對所述第一濾波信號進行濾波，得到第二濾波信號并輸出。
9.根據(jù)權利要求8所述的方法，其特征在于，硬件濾波電路對待濾波信號進行第一預設頻段信號濾波之前，還包括: 采樣電路對傳感器輸出的信號進行采樣，得到待濾波信號，并將待濾波信號傳送至硬件濾波電路。
10.根據(jù)權利要求8所述的方法，其特征在于，還包括: 后級處理電路依據(jù)后續(xù)分析設備的輸入?yún)?shù)要求對所述第二濾波信號進行處理，得到第三濾波信號，并輸出所述第三濾波信號至所述分析設備。
【文檔編號】H03H17/02GK104135248SQ201410351426
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月23日 優(yōu)先權日:2014年7月23日
【發(fā)明者】李鵬, 郝洪偉, 劉燦, 劉偉 申請人:株洲南車時代電氣股份有限公司