【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及明渠流量测量回波信号的滤波处理方法，具体涉及一种基于自适应lms滤波的明渠流量测量方法、装置及介质。
技术介绍
1、超声波换能器接收信号中总是混杂着干扰信号，如被测介质自身的杂质和气泡等产生的干扰、噪声干扰等，这些干扰信号成为影响明渠流量计准确测量超声波在介质中传播时间的主要因素。不同信噪比的噪声信号会对明渠流量计测量结果的准确性有不同程度的影响。利用lms(leastmeansquare，最小均方)滤波算法，消除噪声干扰，使测量的时差数据更准确。lms算法的目标是通过调整系数，使输出误差序列e(n)＝d(n)-y(n)的均方值最小化，并且根据这个判据来修改权系数，以适应信号和噪声未知的或随时间变化的统计特性，从而实现最优滤波。传统的lms算法由于是以固定的步长进行迭代，在稳态误差和收敛速度上，这两者难以协调。较小的步长能获得很小的稳态误差，但是收敛速度比较慢；较大的步长则可以提高滤波器的收敛速度，但会使得稳态误差变大。因此，在以传统定步长lms算法作为研究基础，结合超声波换能器接收的回波信号，对算法进行改进应用，修改更新合适的步长。
2、在明渠流量测量中，为了更准确的捕获超声波回波信号，需要采用主动降噪，而主动降噪是指生成于噪声信号幅值相同相位相反的次级噪声信号，次级噪声信号与噪声信号相叠加从而达到降噪的目的，也就是相消干涉原理，而主动降噪应用的算法中最为广泛使用的算法为最小均方(least mean squares，lms)算法，在实际应用中降噪效果较差，lms算法的收敛速度相对较慢，并且对于高相关
3、由于是以固定的步长进行迭代，在稳态误差和收敛速度上，这两者难以协调。较小的步长能获得很小的稳态误差，但是收敛速度比较慢；较大的步长则可以提高滤波器的收敛速度，但会使得稳态误差变大。在实际应用中降噪效果较差，lms算法的收敛速度相对较慢，并且对于高相关性的输入信号，存在性能下降的问题。nlms算法和rls算法是自适应滤波算法的改进版本，但它们仍然存在一些缺点。
4、目前在明渠流量测量中超声波回波信号的数据滤波处理中，传统的lms滤波，nlms滤波和rls滤波能够有效地去除噪声的干扰，使得误差值数据变缓，从而使得数据稳定可靠。但是如果在低信噪比的情况下，该滤波数据仍然存在一定的噪声干扰，使得测量数据不够精确。
5、现有技术中存在nlms滤波算法和rls滤波算法。nlms滤波算法在对回波信号进行滤波去噪的时候，具有较快的收敛速度，能够在短时间内达到较好的滤波效果，但是该滤波算法对信号的变化比较敏感，特别是在信噪比较低的情况下，容易受到噪声的干扰，导致滤波效果不佳。rls滤波算法在对回波信号进行滤波去噪的时候，rls滤波算法相比nlms滤波算法具有更好的噪声抑制能力，能够在噪声环境下提供较好的滤波效果，但是rls滤波算法计算复杂度较高，计算时间较长。
6、目前，回波信号滤波处理在于lms滤波算法的改进，在超声波明渠流量测量的过程中由于干扰产生误差，使得捕获的回波信号不准确。自适应lms滤波算法相较于传统的lms滤波算法在回波信号滤波处理效果方面有很大的提高。传统的lms滤波，在滤波时遇到不同的情况需要进行手动调节步长参数，以固定的步长进行迭代，在稳态误差和收敛速度上，这两者难以协调，滤波效果较差，极大影响了数据的真实性。
技术实现思路
1、专利技术目的：本专利技术提出了一种基于自适应lms滤波的明渠流量测量方法、装置及介质，在明渠流量测量时，对超声波换能器接收的信号进行滤波去噪，以便得到更精确的回波信号。
2、技术方案：本专利技术所述的一种基于自适应lms滤波的明渠流量测量方法，包括以下步骤：
3、(1)预先获取超声波换能器接收的回波信号；
4、(2)对回波信号数据建立基于lms算法的滤波模型；
5、(3)在lms算法中引入步长迭代公式μ(n)；使用更新的步长μ(n)和误差信号e(n)来更新权系数，以逼近期望信号d(n)；
6、(4)将处理后的回波信号进行时差数据计算，通过时差数据进而得出水体流速的大小，经过数据融合，与流过的截面积求积，即得到明渠流量。
7、进一步地，所述步骤(1)实现过程如下：
8、将两个超声波换能器分别安装在明渠的上游和下游位置；在进行顺流传输时，换能器b接收回波信号；在进行逆流传输时，换能器a接收回波信号；在进行顺逆流传输时，对超声波换能器接收的回波信号进行采集。
9、进一步地，所述步骤(2)实现过程如下：
10、(21)初始化算法参数、滤波器输出信号向量、滤波器误差信号和滤波器抽头权系数向量；
11、(22)确定滤波器抽头长度和迭代次数，对于每次迭代需要执行以下步骤；
12、(23)采集回波信号，确定输入信号为x(n)：
13、x(n)＝noise+amplitude*sin(2*pi*frequency*t+phase)
14、式中，x(n)为回波信号，noise为噪声干扰信号，amplitude为振幅，frequency为超声波频率，phase为相位，t为选取的时间向量；
15、(25)根据当前滤波器系数和输入的回波信号，计算出回波信号经过滤波器输出值y(n)：
16、
17、w(n)＝[w0(n),w1(n-1),...,wl(n)]t
18、其中，w(n)为滤波器权系数，l为滤波器的阶数；
19、(25)确定期望信号d(n)，d(n)为理想状态下超声波回波信号，即没有噪声干扰的信号；
20、(26)计算当前时刻的误差信号：
21、e(n)＝d(n)-y(n)
22、其中，d(n)为没有噪声干扰的回波信号，y(n)为原始回波信号经过滤波后的值。
23、进一步地，步骤(3)所述在lms算法中引入步长迭代公式μ(n)实现过程如下：
24、根据误差信号的统计特性，更新步长μ(n)：
25、
26、其中，α、β、m为参数调整因子共同对步长和误差本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于自适应LMS滤波的明渠流量测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于自适应LMS滤波的明渠流量测量方法，其特征在于，所述步骤(1)实现过程如下：
3.根据权利要求1所述的一种基于自适应LMS滤波的明渠流量测量方法，其特征在于，所述步骤(2)实现过程如下：
4.根据权利要求1所述的一种基于自适应LMS滤波的明渠流量测量方法，其特征在于，步骤(3)所述在LMS算法中引入步长迭代公式μ(n)实现过程如下：
5.根据权利要求1所述的一种基于自适应LMS滤波的明渠流量测量方法，其特征在于，步骤(3)所述使用更新的步长μ(n)和误差信号e(n)更新权系数通过以下公式实现：
6.根据权利要求1所述的一种基于自适应LMS滤波的明渠流量测量方法，其特征在于，所述步骤(4)实现过程如下：
7.一种装置设备，其特征在于，包括存储器和处理器，其中：
8.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被至少一个处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述的基于
...【技术特征摘要】
1.一种基于自适应lms滤波的明渠流量测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于自适应lms滤波的明渠流量测量方法，其特征在于，所述步骤(1)实现过程如下：
3.根据权利要求1所述的一种基于自适应lms滤波的明渠流量测量方法，其特征在于，所述步骤(2)实现过程如下：
4.根据权利要求1所述的一种基于自适应lms滤波的明渠流量测量方法，其特征在于，步骤(3)所述在lms算法中引入步长迭代公式μ(n)实现过程如下：
5.根据权利要求1所述的一...
【专利技术属性】
技术研发人员：张兴宇，尹晓琦，姜坤，洪利，杨航，王赫鑫，李学军，谷臣斌，
申请(专利权)人：淮阴工学院，
类型：发明
国别省市：
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