一种基于椭圆滤波器的大气压力信号滤波方法与流程

1.本发明属于大气系统技术领域，尤其涉及一种基于椭圆滤波器的大气压力信号滤波方法。


背景技术：

2.大气压力信号是原始大气特征参数之一，是计算气压高度、指示空度、升降速度等大气飞行参数的基础，是保证航空飞行器安全飞行的重要信息。由于背景噪声及电磁信号等其他干扰信号的影响，导致压力传感器采集的大气压力信号波动较大，无法向飞行器相关系统提供稳定的气压高度、空度、升降速度等重要飞行参数，影响了飞行器的安全性、操纵性和舒适性。
3.为减小大气压力信号的波动，提升响应速度，目前普遍采用窗口长度为n的平滑滤波方法对大气压力信号进行数字滤波。由于受到平滑滤波方法的自身约束，无法在去除大气压力采集噪声影响的同时，较快的反映当前大气压力的变化，即当滤波使用的源数据个数较少时，滤波后大气压力信号的稳定性达不到理想要求，当滤波使用的源数据个数较多时，滤波后大气压力信号实时响应性较差；同时，滤波开始后，需获取n个数据后才能输出有效的大气压力信号。此外，对于不同类型飞行器需改变平滑滤波的窗口长度，以满足各类飞行器的机动特性，滤波方法无法动态兼容多类飞行器。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本发明的目的在于提供一种基于椭圆滤波器的大气压力信号滤波方法，有效剔除大气压力采集时受到的背景噪声及电磁信号等的干扰，减小飞行器采集大气压力信号波动，保证后续大气参数解算的稳定性和实时性。
5.为达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现。
6.一种基于椭圆滤波器的大气压力信号滤波方法，所述方法包括：
7.s1，实时采集某一类型飞行器的大气压力信号并解算，得到解算后的大气压力信号；
8.s2，对解算后的大气压力信号进行幅频特性分析，得到解算后的大气压力信号的物理特性；
9.s3，根据所述飞行器的类型、大气压力信号的采样周期，以及解算后的大气压力信号的物理特性，确定椭圆滤波器的性能参数；
10.s4，将所述解算后的大气压力信号输入所述椭圆滤波器，得到滤波后的大气压力信号。
11.本发明技术方案的特点和进一步的改进为：
12.(1)s1具体为：
13.大气压力传感器实时采集某一类型飞行器的大气压力信号，将大气压力信号转换为频率信号，对其进行频数转换并采用对应的高次方程进行解算，得到解算后的大气压力
信号。
14.(2)s2具体为：
15.对某一类型飞行器多组飞行包线内的大气压力信号分别进行频域转换，并进行幅频特性分析，确定该类型飞行器的大气压力信号的频域特性，得到解算后的大气压力信号的物理特性。
16.(3)s3具体为：
17.确定椭圆滤波器性能参数，包括通带截止频率f
p
、阻带截止频率fs、通带允许的最大衰减δ
p
、阻带应达到的最小衰减δs；
18.依据解算后的大气压力信号的物理特性和椭圆滤波器阶数计算公式，确定该类飞行器及对应采样周期下椭圆滤波器的阶数n；
19.依据椭圆滤波器的阶数n、通带截止频率f
p
、阻带截止频率fs、通带允许的最大衰减δ
p
、阻带应达到的最小衰减δs以及采样周期确定椭圆滤波器的初始可变系数。
20.(4)s4具体为：
21.根据确定的椭圆滤波器，对解算后的大气压力信号进行滤波，并根据多个周期的滤波输出对椭圆滤波器的可变系数进行调整。
22.(5)根据多个周期的滤波输出对椭圆滤波器的可变系数进行调整，具体为：计算多个周期的滤波输出信号的标准差，并与设定门限进行比较；
23.当多个周期的滤波输出信号的标准差小于所述设定门限时，保持所述椭圆滤波器的可变系数；
24.当多个周期的滤波输出信号的标准差大于所述设定门限时，则根据预设规则动态调整所述椭圆滤波器的可变系数，从而改变所述椭圆滤波器的截止频率，对解算后的大气压力信号进行自适应滤波。
25.(6)对每个周期的滤波输出信号都与之前多个周期的滤波信号一起计算标准差，若当前周期计算的标准差大于所述设定门限时，根据上一周期滤波输出的大气压力信号对应的大气压力、飞行器类型以及采样周期，动态调整所述椭圆滤波器的可变系数。
26.(7)根据预设规则动态调整所述椭圆滤波器的可变系数，所述预设规则具体为：
27.预先进行多次试验，确定不同飞行器类型、不同采样周期以及不同大气压力对应的椭圆滤波器的可变系数。
28.本发明技术方案基于椭圆滤波器，提出了一种大气压力信号滤波方法，弥补现有技术的不足，同时可依据不同类型飞行器和采集周期动态调整椭圆滤波参数，达到减小大气压力信号波动的同时减小启动输出时间和提高实时响应的效果。
附图说明
29.图1为本发明实施例提供的一种基于椭圆滤波器的大气压力信号滤波方法的流程示意图；
30.图2为本发明实施例提供的自适应滤波的原理图；
31.图3为基于椭圆滤波器的大气压力信号滤波方法与现有技术滤波效果对比图。
具体实施方式
32.本发明实施例提供一种基于椭圆滤波器的大气压力信号滤波方法，如图1所示，所述方法包括：
33.s1，实时采集某一类型飞行器的大气压力信号并解算，得到解算后的大气压力信号；
34.s2，对解算后的大气压力信号进行幅频特性分析，得到解算后的大气压力信号的物理特性；
35.s3，根据所述飞行器的类型、大气压力信号的采样周期，以及解算后的大气压力信号的物理特性，确定椭圆滤波器的性能参数；
36.s4，将所述解算后的大气压力信号输入所述椭圆滤波器，得到滤波后的大气压力信号。
37.本发明技术方案的特点和进一步的改进为：
38.(1)s1具体为：大气压力传感器实时采集某一类型飞行器的大气压力信号，将大气压力信号转换为频率信号，对其进行频数转换并采用对应的高次方程进行解算，得到解算后的大气压力信号。
39.(2)s2具体为：对某一类型飞行器多组飞行包线内的大气压力信号分别进行频域转换，并进行幅频特性分析，确定该类型飞行器的大气压力信号的频域特性，得到解算后的大气压力信号的物理特性。
40.(3)s3具体为：确定椭圆滤波器性能参数，包括通带截止频率f
p
、阻带截止频率fs、通带允许的最大衰减δ
p
、阻带应达到的最小衰减δs；
41.依据解算后的大气压力信号的物理特性和椭圆滤波器阶数计算公式，确定该类飞行器及对应采样周期下椭圆滤波器的阶数n；依据椭圆滤波器的阶数n、通带截止频率f
p
、阻带截止频率fs、通带允许的最大衰减δ
p
、阻带应达到的最小衰减δs以及采样周期确定椭圆滤波器的初始可变系数。
42.(4)s4具体为：根据确定的椭圆滤波器，对解算后的大气压力信号进行滤波，并根据多个周期的滤波输出对椭圆滤波器的可变系数进行调整。
43.(5)根据多个周期的滤波输出对椭圆滤波器的可变系数进行调整，具体为：计算多个周期的滤波输出信号的标准差，并与设定门限进行比较；当多个周期的滤波输出信号的标准差小于所述设定门限时，保持所述椭圆滤波器的可变系数；当多个周期的滤波输出信号的标准差大于所述设定门限时，则根据预设规则动态调整所述椭圆滤波器的可变系数，从而改变所述椭圆滤波器的截止频率，对解算后的大气压力信号进行自适应滤波。
44.(6)对每个周期的滤波输出信号都与之前多个周期的滤波信号一起计算标准差，若当前周期计算的标准差大于所述设定门限时，根据上一周期滤波输出的大气压力信号对应的大气压力、飞行器类型以及采样周期，动态调整所述椭圆滤波器的可变系数。
45.(7)根据预设规则动态调整所述椭圆滤波器的可变系数，所述预设规则具体为：预先进行多次试验，确定不同飞行器类型、不同采样周期以及不同大气压力对应的椭圆滤波器的可变系数。
46.实施例
47.步骤1：大气压力采集与解算。大气压力传感器将外部大气压力信号转换为频率信
号，采用频数转换模块对其进行转换并传送至解算器模块，解算器采用对应的高次方程解算大气压力。
48.步骤2：大气压力信号幅频特性分析。对不同类型飞行器多组飞行包线内大气压力信号进行频域转换，并进行幅频特性分析，明确了不同类型飞行器的大气压力信号的频域特性，并依据此特性进行椭圆滤波器参数的设计。
49.步骤3：椭圆滤波器参数设计。
50.1)确定不同类型飞行器、不同采样周期下的滤波器性能指标，包括通带截止频率f
p
、阻带截止频率fs、通带允许的最大衰减δ
p
、阻带应达到的最小衰减δs；
51.2)依据大气压力信号的物理特性和椭圆滤波器阶数计算公式，确定各类飞行器及各采样周期下椭圆滤波器的阶数n。
52.3)依据椭圆滤波器的阶数n、通带截止频率f
p
、阻带截止频率fs、通带允许的最大衰减δ
p
、阻带应达到的最小衰减δs以及初始采样周期确定椭圆滤波器系统的可变系数，如图2中的a0、a1和b1。
53.步骤4：自适应大气压力信号滤波。
54.将当前实际采集到的大气压力x(n)作为初始值，实时响应大气压力的变化，采用椭圆滤波器进行滤波，得到较为稳定且响应性较好的大气压力信号y(n)。
55.1)在具体实施时，将飞行器类型和压力采样周期作为滤波器的原始输入，采用初始椭圆滤波器系统进行大气压力信号的滤波，并将滤波后的大气压力信号作为下周期滤波器系统的输入，原理图如图2所示；
56.2)在启动滤波初期或事件性触发压力滤波调整时，依据门限(均方差)对椭圆滤波器系统模型进行适当调整。
57.具体实施时，记录2000个周期滤波后的大气压力信号，计算标准差，若标准差小于门限值，则不进行滤波器系统模型的调节；若标准差大于门限值，则依据上周期滤波后的大气压力信号、采样周期、飞行器类型选取适用的滤波器模型，动态的调整椭圆滤波器系统可变系数(a0、a1和b1)，从而改变椭圆滤波器的截止频率，达到动态调整大气压力信号的滤波系统的模型，实现自适应大气压力信号的滤波。
58.特别的，在试验中调整门限选用0.25，动态调整模型效果较为理想。
59.基于椭圆滤波器的大气压力信号滤波方法与现有技术滤波效果对比如图3所示，椭圆滤波器对大气压力信号的滤波在实时响应和稳定性方面均有较为突出的优势。
60.本发明可有效的减小大气压力信号的波动，具有更好的抑制噪声的效果，且具有较好的响应性能。可适用于多类飞行器，具有较好的兼容性和普适性。
61.本发明技术方案基于椭圆滤波器，提出了一种大气压力信号滤波方法，弥补现有技术的不足，同时可依据不同类型飞行器和采集周期动态调整椭圆滤波参数，达到减小大气压力信号波动的同时减小启动输出时间和提高实时响应的效果。