一种基于FPGA的车辆振动信号滤波装置

摘要

本发明公开了一种基于FPGA的车辆振动信号滤波装置。该装置中参考噪声信号x(n)接入第一寄存器的输入端，含噪振动信号d(n)接入第二寄存器的输入端，第一寄存器的输出信号x(n)接入滤波器的一个输入端，减法器输出的误差信号e(n-1)分别接入第三寄存器的输入端、滤波器的第二输入端和变步长因子计算电路的输入端，变步长因子计算电路的输出信号变步长因子μ(n-1)接入滤波器的第三输入端，第二寄存器的输出信号d(n)接入减法器一个输入端，滤波器输出的滤波后的参考噪声信号y(n)接入减法器的另一输入端，第三寄存器输出滤波处理后的车辆振动信号。装置所依据的算法具有计算速度快、收敛速度快、实时性高、滤波效果好等优点，可以满足信号实时处理的需求。

主权项

一种基于FPGA的车辆振动信号滤波装置，其特征在于：该装置包括第一寄存器、第二寄存器、第三寄存器、减法器、变步长因子计算电路和滤波器；参考噪声信号x(n)接入第一寄存器的输入端缓存，含噪振动信号d(n)接入第二寄存器的输入端缓存，第一寄存器的将缓存后的参考噪声信号x(n)输出至滤波器的一个输入端，减法器输出的误差信号e(n 1)分别接入第三寄存器的输入端、滤波器的第二输入端和变步长因子计算电路的输入端，变步长因子计算电路的输出信号变步长因子μ(n 1)接入滤波器的第三输入端，第二寄存器将缓存后的含噪振动信号d(n)输入至减法器一个输入端，滤波器输出的滤波后的参考噪声信号y(n)接入减法器的另一输入端，第三寄存器输出滤波处理后的车辆振动信号；其中：d(n)为n时刻的含噪振动信号，x(n)为n时刻的参考噪声信号，e(n 1)为(n 1)时刻的误差信号，μ(n 1)为(n 1)时刻滤波器的变步长因子，初始时刻减法器与变步长因子计算电路的输出均为0，即e(1)＝0，μ(1)＝0；所述变步长因子计算电路由乘法器1、乘法器2、乘法器3、加法器1、减法器1、除法器1和分频器构成实现变步长因子μ(n 1)的计算；该μ(n 1)的计算公式如下： μ ( n - 1 ) = 0.08 ( 1 - 1 100 × e 2 ( n - 1 ) + 1 ) 所述分频器由计数器、比较器1、比较器2、反相器和D触发器1构成，该分频器对FPGA平台时钟进行8分频后，为除法器1提供触发时钟；所述计数器的输出端与比较器1的输入端和比较器2的输入端连接，所述比较器1的输出端与反相器的输入端连接，所述反相器的输出端与D触发器1的ce管脚连接，所述比较器2的输出端与D触发器1的d管脚连接，所述比较器1的输出端与计数器的clr管脚连接，D触发器1的输出端与除法器1连接；所述滤波器为基于FPGA的L阶LMS滤波器，该滤波器由L个LMS_tap和L个加法器构成完成如下运算：wi(n)＝wi(n 1)+2μ(n 1)e(n 1)x(n i+1) yi(n)＝wi(n)x(n i+1)y(n)＝y1(n)+y2(n)+y3(n)…+yi(n)…+yL(n)其中：L为≥1的自然数，1≤i≤L，y(n)为滤波器所计算的n时刻滤波后的参考噪声信号，yi(n)为第i个LMS_tap即LMS_tapi所计算的n时刻滤波后的参考噪声信号，wi(n)为LMS_tapi n时刻的滤波权系数，初始时刻LMS_tapi的滤波权系数为0。