专利名称：一种有效滤除电子白板系统中同频信号干扰的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种滤除电子白板定位系统中同频信号干扰的装置。
背景技术：
交互式电子白板系统主要包括信号笔、超声波感应白板和相应的应用软件三部分，超声波感应白板检测信号笔的位置信息并将该信息传送给计算机，然后计算机结合应用软件处理位置信息并通过投影仪将结果 显示在板面上。信号笔由红外发射电路、超声发射电路、控制单元组成。超声波感应白板由白板和超声接受器组成，其中超声接收器包括红外接收电路、超声接收电路和控制单元三部分。当信号笔发射红外和超声信号时，接收器的控制器先控制红外接收电路检测并接收红外信号，作为时间基准信号，当接收电路检测到红外信号后就开启超声接收器，接收超声定位信号，控制器运用一定的算法提取出超声时延后就传递给上位机进行位置坐标计算和显示。而在实际应用中，由于板面厚度和材质的影响，有些白板系统会产生一种与定位信号频率相近或完全相同的干扰，其产生原因可能有两种一种是笔在书写时与板面摩擦导致板面震动，从而辐射出干扰信号；另一种原因是由于信号笔发出的信号激励板面形成一种声辐射源而产生干扰，又被称为声辐射干扰。这种干扰改变了超声信号上升沿的波形，从而使系统定位失效，严重影响了系统的工作性能。对于一般的干扰信号，其滤除方法是先识别出干扰信号，再使用滤波器将其滤除，但是对于同频干扰信号这种方法并不适用。在蜂窝移动通信系统中同频信号干扰是它的典型干扰信号，目前解决方法主要为使应用同一频率的基站间距离足够远。针对基站间的同频干扰，现有技术还提出了一种指配法来滤除同频干扰，需要基站和基站控制器共同参与。此外，还可以利用均衡滤波器消除多基站间的同频干扰。而电子白板系统的同频干扰由板面产生，属于系统内部干扰，由于这种同频干扰的存在，使到达接收器的超声信号与干扰信号完全合并成一体，无论从时域还是频域，均不能将其区别开来。此外，从电子白板产品的成本考虑，现有的复杂同频干扰滤除技术也并不适用。
发明内容本实用新型提供一种消除超声定位电子白板系统中同频干扰的装置，以解决超声定位电子白板系统中同频干扰装置不适用的问题。暂存器与波形检测器I、预处理器、波形检测器II、断点位置搜索器、波形恢复器顺序连接，该断点位置搜索器与门限比较器连接。本实用新型优点是结构新颖，利用预处理器进行了波形变换，可以使受干扰的超声信号上升沿波形变陡峭，便于进一步去噪声处理；适用于多种具有不同程度同频干扰的板材。
[0008]图I是电子白板系统的结构和工作方式；图2A是本实用新型的系统功能模块；图2B是本实用新型中滤除电子白板系统中同频信号干扰方法的总体流程图；图3A1是搜索直达峰位置和0. 3倍直达峰位置流程图；图3A2举例示出了一个反射波峰值大于直达波峰值的超声信号波形；图3B是波形变换流程图；图3C1是搜索断点位置的流程图；图3C2是反正切曲线图； 图3D是调整断点位置并回恢复原始波形的流程图；图4A是本实用新型中带同频干扰的信号波形；图4B是做波形变换之后的波形图；图4C是包络提取之后的波形图；图4D是搜索到的断点I位置；图4E是搜索到的断点2位置和用于直线插值的直线；图4F是利用直线插值恢复的波形；图5A是没有将本实用新型嵌入到电子白板系统的书写效果演示结果图；图5B是将本实用新型嵌入到电子白板系统后的书写效果演示结果图。
具体实施方式
暂存器200与波形检测器1201、预处理器202、波形检测器11203、断点位置搜索器204波形恢复器206顺序连接，该断点位置搜索器与门限比较器205连接。下面结合图对实用新型做进一步描述。图I是电子白板系统100的结构和工作原理示意图，电子白板系统100工作过程如下(I)信号笔101在书写时发送超声波信号102 ；(2)电子白板上的信号接收器103感应超声信号102并提取其时延信息；(3)然后103将这种时延信息通过有线线路104传送给计算机；(4)经计算机处理后再结合投影仪将最后的处理结果显示在板面106上。信号笔101在板面106上书写时，会由板面产生一种干扰信号，此信号频率与定位信号相近，位置一直处于定位信号前端，且与定位信号相位一致，其基本波形如图4A或图3A2所示。图2A示出了本实用新型的系统功能模块图，其工作方式如下将采集到的待处理的超声信号存于暂存器200中，经波形检测器1201处理后可得直达峰401的位置，记为direct_ad和0. 3倍直达峰402的位置，记为direct03_ad,将direct03_ad传送给预处理器202，预处理器202就会开始进行波形变换，处理结果如图4B所示；然后利用波形检测器II203对波形变换后的超声信号进行保包络提取，提取到的包络波形如图4C所示；断点位置搜索器204利用包络值提取出断点位置407，门限比较器205起到了修正断点位置的作用，优化后的位置为408，最后利用波形恢复器对超声信号进行波形恢复，见图4E和4F。图2B是本实用新型的整体流程图，其各部分具体实施过程由图3A-3D给出。[0035]图3A1示出利用波形检测器201搜索直达峰位置direct_ad和0. 3倍直达峰位置direct03_ad的过程。超声信号300指滤除直流和高频交流信号后的超声信号，其波形如图3A2或图4A所示。当接收到信号300时，首先搜索其最大峰值301，然后须计算0. 4倍最大峰值，并搜出0.4倍最大峰位置302。然后从此位置开始在后面的4个包络内搜索直达峰位置303，最后搜索出0. 3倍直达峰位置direct03_ad — 304。图3B示出波形变换器201的工作过程。首先搜索出干扰区内任一点的位置，根据超声波形的特征可以确定direct03_ad_T正处于超声信号的干扰区，记为wavechang_ad=direct03_ad_T,其中T的取值范围为(60,80)之间的整数。波形变换指的是从wavechang_ad位置开始搜索到第一个极大值或极小值,记为wavechang_adO,并从此位置开始提取一 个周期的干扰信号，再从wavechang_adO开始做减法,减去h个周期的干扰信号(h取10到15之间的整数值)。这一过程的处理结果可以见图4A和图4B。波形变换后即利用波形检测器II203提取包络，提取包络的其起始位置为wavechang_ad,提取范围是从wavechang_ad到direct_ad之间。提取方法为从wavechang_ad开始到direCt_ad之间搜索峰值极大值，作为所提取的包络，并将包络值和包络地址分别存储到两段已知的存储空间内，包络值存储在M区，记对应的地址存储在N区。假设总共提取了 Q个包络峰值和Q个包络地址，分别记为M(l)，M(2)，……，M(Q)JPN(1)，N(2)，……，N(Q)。图3C1示出利用断点位置搜索器确定断点位置的流程图，其过程如下(I)求一阶差商即求包络的一阶差商，差商计算公式如下；slope (n_l) = (M(n) _M(n_l)) / (N(n) _N(n_l))，其中 n=2，3, ......, Q ；(2)求差商的反正切值,公式为C> (n-l)=arctan(slpoe(n_l))。然后求相邻反正切值的差值，即为AO (k)= O (k+1)- O (k)，其中k=l，2，……,Q-2 ；(3)搜索出各反正切值间的差值的最大值(记为AOmax)的位置，即可作为断点位置，记为 duandian_ad0图3C2示出反正切公式 =arctan(K)的曲线。从反正切曲线可知，其遵循如下规律当斜率K小于一定值(大约为I)时，角度与斜率K之间几乎呈线性关系，当斜率小于2. 5时随K增大而变化较快，当K大于5时几乎不随K的增加而增加。因此在K较大时，K差值大而的差值不一定大。而超声信号具有上升沿陡峭的特点，即上升沿斜率很大(约在30至120之间)，此时斜率K的变化对角度的变化影响很小。在本实用新型中，每个包络峰值处的斜率用一阶差商slope来近似。通过实验可以证明对于超声信号，如果应用一阶差商的差值来判定断点位置结果出错较多，而应用角度差来判断断点位置能取得很好的位置估计效果。图3D示出修正断点位置和波形恢复的过程。断点位置修正过程中所需的比较门限值来自于对大于等于2000组超声数据的统计平均值，门限的统计结果由表I所
示，其中区间1-4的门限A、B、C、D计算方式如下A= Z[包络⑷遲(5)] ，B=
G
权利要求1 一种有效滤除电子白板系统中同频信号干扰的装置，其特征在于暂存器与波形检测器I、预处理器、波形检测器II、断点位置搜索器、波形恢复器顺序连接，该断点位置搜索器与门限比较器连接。
专利摘要本实用新型涉及一种有效滤除电子白板系统中同频信号干扰的装置，属于滤除电子白板定位系统中同频信号干扰的装置。暂存器与波形检测器I、预处理器、波形检测器II、断点位置搜索器、波形恢复器顺序连接，该断点位置搜索器与门限比较器连接。优点是结构新颖，利用预处理器进行了波形变换，可以使受干扰的超声信号上升沿波形变陡峭，便于进一步去噪声处理；适用于多种具有不同程度同频干扰的板材。
文档编号G06F3/041GK202795297SQ20122045240
公开日2013年3月13日 申请日期2012年9月6日 优先权日2012年9月6日
发明者孙晓颖, 宋淑婷, 王波, 陈建, 燕学智, 温泉, 黄玉兰 申请人:吉林大学