专利名称：一种数字滤波装置及其方法
技术领域：
本发明涉及DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing，密集型光波复用) 系统，特别涉及一种数字滤波装置及其方法。
背景技术：
在DWDM(Dense Wavelength Division Multiplexing，密集型光波复用)系统 OTS(Optical Transmission Section光传输段)层中，采用一个PID(Proportion-Integra !-Differential比例-积分-微分)系统动态调整光功率大小，保证光功率的增益锁定，以抵消长距离传输带来的光功率衰减。采用高频的硬件芯片采集该PID系统的输入信号，以快速响应输入信号的变化，抑制EDFA(Erbium Doped Fiber Amplifier，掺铒光纤放大器) 瞬态效应。其中，由于高频的输入信号相比低频的输入信号将给PID系统带来更为严重的脉冲干扰。而目前所采用的抗干扰方法，如限幅滤波、限速滤波、中值滤波、算术平均滤波、加权平均滤波、滑动平均值滤波、惯性滤波以及复合数字滤波等，均不适合于PID系统这种高频变化及脉冲干扰较严重的场合。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，减少异常的输入信号给PID系统带来严重的脉冲干扰，故提供一种数字滤波装置及其方法。为了解决上述问题，本发明公开了一种数字滤波方法，该方法应用于比例-积分-微分(PID)系统，该方法包括对所述PID系统的输入信号进行采样，确定输出前η个滤波输出值的时间段内所述输入信号的采样值增加阈值Padd和采样值减小阈值pde。，并将前η个滤波输出值均设置为所述输入信号的第一个采样值；从第η+1个滤波输出值起开始，计算当前滤波输出值Y(k)时，根据历史滤波输出值Y(k-n)、上一滤波输出值Y(k-l)与当前滤波输出值Y(k)的输出时间间隔T(^k)内所述输入信号的采样值以及所述输入信号的采样值增加阈值Padd和采样值减小阈值Pde。，确定当前滤波输出值Y (k)，输出给所述PID系统；其中，η为大于等于1的整数，输入信号的采样频率高于滤波输出值的输出效率。较佳地，上述方法中，根据历史滤波输出值Y(k-n)、上一滤波输出值Y(k-l)与当前滤波输出值Y(k)的输出时间间隔TftIk)内所述输入信号的采样值以及所述输入信号的采样值增加阈值Padd和采样值减小阈值Pde。，确定当前滤波输出值Y(k)的过程如下当所述输出时间间隔Ta^k)内输入信号的采样值，超出了Y(k-n)-Pdec^Y(k-n)+Padd形成的范围，则将输出时间间隔Tnk)内输入信号的采样值的平均值作为当前滤波输出值Y(k)，否则将Y(k-n)赋值给当前滤波输出值Y(k)。较佳地，上述方法中，当所述输出时间间隔Ta^k)内输入信号的采样值中设定比例的采样值超出了 Y(k-n)-Pde。与Y(k-n)+Padd形成的范围，则将输出时间间隔T0^k)内输入信号的采样值的平均值作为当前滤波输出值Y (k)。较佳地，上述方法中，所述η、设定比例、输入信号的采样值增加阈值Padd和采样值减小阈值Pde。，均根据所述输入信号的采样值相对于采样时间的斜率动态调整。较佳地，上述方法中，当所述输出时间间隔Ta^k)内输入信号的采样值中设定比例的采样值连续超出了 Y(k-n)_Pde。与Y(k-n)+Padd形成的范围，则将输出时间间隔Ta^k)内输入信号的采样值的平均值作为当前滤波输出值Y (k)。本发明还公开了一种数字滤波装置，应用于比例-积分-微分(PID)系统，该装置包括采样单元，对所述PID系统的输入信号进行采样；设置单元，确定输出前η个滤波输出值的时间段内所述输入信号的采样值增加阈值Padd和采样值减小阈值PdM并将前Π个滤波输出值均设置为所述输入信号的第一个采样值；滤波处理单元，从第η+1个滤波输出值起开始，在计算当前滤波输出值Y(k)时，根据历史滤波输出值Y(k-n)、上一滤波输出值Y(k-l)与当前滤波输出值Y(k)的输出时间间隔T(^k)内所述输入信号的采样值以及所述输入信号的采样值增加阈值Padd和采样值减小阈值Pde。，确定当前滤波输出值Y (k)并输出给所述PID系统；其中，所述η为大于等于1的整数，所述采样单元的采样频率高于所述滤波处理单元的输出频率。较佳地，上述装置中，所述滤波处理单元包括 判断模块，判断所述输出时间间隔T (η，k)内输入信号的采样值是否超出 Y (k-n) -Pdec 与 Y (k-n) +Padd 形成的范围；滤波输出模块，在所述输出时间间隔T0^k)内输入信号的采样值超出Y(k-n)-Pde。 与Y(k-n)+Padd形成的范围，则将输出时间间隔T0^k)内输入信号的采样值的平均值作为当前滤波输出值Y (k)，否则将Y (k-n)赋值给当前滤波输出值Y (k)。较佳地，上述装置中，所述判断模块，判断所述输出时间间隔T0^k)内输入信号的采样值中设定比例的采样值是否均超出Y(k-n)-Pde。与Y(k-n)+Padd形成的范围。较佳地，上述装置中，所述η、设定比例、输入信号的采样值增加阈值Padd和采样值减小阈值Pde。，均根据所述输入信号的采样值相对于采样时间的斜率动态调整。较佳地，上述装置中，所述滤波输出模块，在所述输出时间间隔Ta^k)内输入信号的采样值中设定比例的采样值连续超出了 Y (k-n) -Pdec与Y (k-n) +Padd形成的范围，则将输出时间间隔T(^k)内输入信号的采样值的平均值作为当前滤波输出值Y(k)。采用本发明技术方案可以控制PID系统中的输入信号，从而减少异常的输入信号给PID系统带来严重的脉冲干扰。
图1是实施例2中进行数字滤波的流程示意图；图2是本实施例中具体应用的采样值与滤波输出值的关系示意图；图3是实施例3数字滤波装置的结构示意图。
具体实施例方式为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文结合附图对本发明技术方案作进一步详细说明。需要说明的是，在不冲突的前提下，本发明的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。实施例1本实施例提供一种数字滤波方法，其可数字控制PID系统的输入信号，进行处理后再输出给PID系统，从而减少异常的输入信号给PID系统带来严重的脉冲干扰。此方法主要基于信号平滑技术(即控制滤波输出的输出周期大于PID系统的输入信号的采样周期)，对设定时长(即输出前η个滤波输出值的时间间隔)内的PID的输入信号进行观察，根据观察期内的输入信号的采样值，确定输入信号的采样值增加阈值Padd和采样值减小阈值Pde。，并将设定时长内对应的滤波输出值(即为前η个滤波输出值)均初始设置为输入信号的第一个采样值；这样，从第η+1个滤波输出值起，在计算当前滤波输出值Y(k)，k > = n，时，根据历史滤波输出值Y(k-n)、上一滤波输出值Y(k-l)与当前滤波输出值Y(k)的输出时间间隔 T0^k)内输入信号的采样值以及输入信号的采样值增加阈值Padd和采样值减小阈值Pde。，即可确定当前滤波输出值Y(k)，输出给PID系统。其中，由于输入信号的采样频率高于滤波输出值的输出效率，因此相邻的两个滤波输出值的输出时间间隔内，输入信号的采样值有多个，若这多个采样值均超过估计的取值范围，本实施例估计的取值范围即为Y(k-n)-Pde。与Y(k-n)+Padd形成的范围，则需要重新确定当前滤波输出值，本实施例中，将输出时间间隔T0^k)内输入信号的采样值的平均值赋值给当前滤波输出值；否则，就可以认为当前滤波值与上一滤波输出值相比无变化，即将历史滤波输出值Y(k-n)赋值给当前滤波输出值。而在上述过程中，η、输入信号的Padd和Pde。均可以根据输入信号的采样值相对于采样时间的斜率动态调整。—些优选的方案中，考虑到，相邻的两个滤波输出值的输出时间间隔内，输入信号的采样值可能过多，因此，输出时间间隔T(k_n,k)内输入信号的采样值中有设定比例(例如， 70 % )的采样值均超出了 Y (k-n) -Pdec与Y (k-n) +Padd形成的范围，则将这m个采样值的平均值作为Y(k)即可。其中，设定比例可以根据输入信号的采样值相对于采样时间的斜率动态调整。还有某些场景应用中，在上述各方案确定Y(k)时，为了输出更精准，因此，要求设定比例的采样值均超出Y(k-n)-Pde。与Y(k-n)+Padd形成的范围外，还要求超出范围的这些采样值是连续的，才将设定数量的采样值的平均值作为Y(k)。即输出时间间隔T(^k)内输入信号的采样值中设定比例的采样值连续超出了 Y (k-n) -Pdec与Y (k-n) +Padd形成的范围， 则将输出时间间隔Ta^k)内输入信号的采样值的平均值作为当前滤波输出值Y(k)。实施例2本实施例提供一种数字滤波方法，其输入为采样值和历史滤波输出值，历史滤波输出值Y(k-n)，如果本次1^ < n，则初始化为X(O)，即第一次采样值输出为新的滤波输出值。根据输出时间间隔Tnk)内输入信号的采样个数，以及设定比例，假设输出时间间隔T^1, k)内连接m个采样值超过了 Y(k-n)+Padd和Y(k-n)-Pdec的范围，即需要计算这m个采样值的平均值，并赋值给Y (k)。本实施例中，设定j为连续大于Y (k-n) +Padd的采样值个数，i为连续小于Y (k-n)-Pdec的采样值个数，从而判断是否有连续m个滤波输出值超过范围。具体地，该数字滤波过程如图1所示，包括如下步骤步骤1 初始化，将第1个到第η个滤波输出值赋值为输入信号的第1次采样值， Y(O) = X(O)，Y(I) = X(O),……Y(n-l) = X(O)，并确定输出前η个滤波输出值的时间间隔内，输入信号的采样值增加阈值Padd和采样值减小阈值Ptte ；该步骤中，输出η个滤波输出值的这一时间段内，根据输入信号的所有采样值增加和减少的情况，确定输入信号的采样值增加阈值Padd和采样值减小阈值Pde。。具体地，可根据使用者对滤波程度的预期值来确定，即在输出前η个滤波输出值的时间段内，采样值增加得比设定的Padd少，认为没有增加；采样值减少得比Pdec少，认为没有减少，即此时，认为Y(k)与Y(k-n)相比无变化，需要将Y(k-n)赋值给Y(k)。也可以，认为预期的采样值增加的变化率必须超过Padd/n，或者减少的变化率必须超过Pdec/n，而优选的方案中，不仅是单个采样值的变化率超过前述比例，必须是连续的m个值超过。步骤2:计算历史滤波输出值Y(k-n)与当前采样值X(t)的差值ΔΡ，即 Y (k-n) -X (t) = Δ P ；步骤3 对步骤3进行m次操作，到m个Δ P值；步骤4 判断m个Δ P值，每个都大于Pdec，或者每个都小于_Padd，则对此m次中的所有采样值进行算术平均，赋值给Y (k)，作为新的滤波输出值；判断m个ΔΡ值，不符合上述条件，则将历史滤波输出值Y(k-n)赋值给Y(k)，作为新的滤波输出值。步骤5 重复步骤4，获取新的滤波输出值。在实际应用中，可根据采样值实际变化大小相对于时间的斜率的范围，动态调整 n, m, Pdec, Padd的值，以满足实际PID系统的使用需要。下面以具体的应用，来详细说明上述数字滤波过程。如图2所示，最上面所示为输入信号的采样波形图，其纵轴表示采样值大小x(t)，横轴表示时间。若初始化过程中，观察设定时长(即输出前η个滤波输出值的时间间)内的采样值大小，假设η为3，因此，可以初始化，U和Y2均赋值为X0。接着开始计算Y3,即K = 3，由于η = 3，所以和Y。比较从图2可以看出，从输出 Y2到Y3的这一时间间隔(简称为τ(2,3))内，采样值包括\、\、X10, X11和)(12，若假设确定滤波输出值时m个采样值满足条件即可，m为3，则可以从图2中可以看出这几个采样值均在 [Y0+Padd, Y0-Pdec]范围内，故 Y3 = Y0 = Xqo下面开始计算Y4,即K = 4，由于η = 3，所以和Y1比较从图2可以看出，Τ(3,4)内只有一个采样值X13在[Yi+Padd, Y1-Pdec]范围之外，故Y4 = Y1 = Xqo下面再计算Y5，即K = 5，由于η = 3，所以和&比较从图2可以看出，Τ(4,5)内采样值)(16、X17和X18均在％+Padd，Y2-Pdec]范围之外，即有3个采样值均在估计的范围之外， 因此 Y5 = (X16+X17+X18)/3。同样地，按照上述方法，可以计算得到，Y6= (X20+X21+X22) /3，Y7 = (X24+X25+X26) /3， Y=Y
实施例3本实施例介绍一种数字滤波装置，其应用于比例-积分-微分(PID)系统，可实现上述实施例1和2的滤波方法。具体地，该装置如图3所示，包括如下单元。采样单元，对PID系统的输入信号进行采样；设置单元，确定输出前η个滤波输出值的时间间隔内输入信号的采样值增加阈值 Padd和采样值减小阈值Pde。，并将前η个滤波输出值均设置为输入信号的第一个采样值；滤波处理单元，从第η+1个滤波输出值起，在计算当前滤波输出值Y(k)时，根据历史滤波输出值Y(k-n)、上一滤波输出值Y(k-l)与当前滤波输出值Y(k)的输出时间间隔 T0^k)内所述输入信号的采样值以及所述输入信号的采样值增加阈值Padd和采样值减小阈值Pde。，确定当前滤波输出值Y(k)并输出给所述PID系统；其中，采样单元对输入信号的采样频率高于滤波处理单元的滤波输出值的输出频率。η、输入信号的采样值增加阈值Padd和采样值减小阈值Pde。，均根据所述输入信号的采样值相对于采样时间的斜率动态调整。在本实施例中，滤波处理单元又包括判断模块，判断输出时间间隔T(^k)内输入信号的采样值是否超出Y(k-n)-Pdec;与 Y (k-n)+Padd形成的范围；滤波输出模块，在输出时间间隔T0^k)内输入信号的采样值超出Y(k-n)-Pde。与 Y(k-n)+Padd形成的范围时，将输出时间间隔T0^k)内输入信号的采样值的平均值作为当前滤波输出值Y (k)，否则将Y (k-n)赋值给当前滤波输出值Y (k)。在优选方案中，上述判断模块判断输出时间间隔Ta^k)内输入信号的采样值中设定比例的采样值是否均超出Y (k-n) -Pdec与Y (k-n) +Padd形成的范围。其中，设定比例可根据所述输入信号的采样值相对于采样时间的斜率动态调整。还有一些方案中，滤波输出模块，在输出时间间隔Ta^k)内输入信号的采样值中设定比例的采样值连续超出了 Y (k-n) -Pdec与Y (k-n) +Padd形成的范围，则将输出时间间隔 T0^k)内输入信号的采样值的平均值作为当前滤波输出值Y(k)。上述实施例可应用于DWDM系统中的光放大板中，这样，降低了 PID系统的脉冲干扰，进而也就解决了光功率输入信号噪声较大的问题。当然上述实施例还可适用于使用PID 控制的实时温控系统输入信号抗干扰场景以及其他输入信号脉冲干扰频繁的PID系统数
字滤波。本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。
以上所述，仅为本发明的较佳实例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种数字滤波方法，其特征在于，该方法应用于比例-积分-微分(PID)系统，该方法包括对所述PID系统的输入信号进行采样，确定输出前η个滤波输出值的时间段内所述输入信号的采样值增加阈值Padd和采样值减小阈值Ρ-，并将前η个滤波输出值均设置为所述输入信号的第一个采样值；从第η+1个滤波输出值起开始，计算当前滤波输出值Y(k)时，根据历史滤波输出值 Y(k-n)、上一滤波输出值Y(k-l)与当前滤波输出值Y(k)的输出时间间隔Ta^k)内所述输入信号的采样值以及所述输入信号的采样值增加阈值Padd和采样值减小阈值P-，确定当前滤波输出值Y (k)，输出给所述PID系统；其中，η为大于等于1的整数，输入信号的采样频率高于滤波输出值的输出效率。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据历史滤波输出值Y(k-n)、上一滤波输出值Y(k-l)与当前滤波输出值Y(k)的输出时间间隔T(^k)内所述输入信号的采样值以及所述输入信号的采样值增加阈值Padd和采样值减小阈值Pde。，确定当前滤波输出值Y(k)的过程如下当所述输出时间间隔T0^k)内输入信号的采样值，超出了Y (k-n) -Pdec与Y (k-n) +Padd形成的范围，则将输出时间间隔T0^k)内输入信号的采样值的平均值作为当前滤波输出值Y (k)，否则将Y (k-n)赋值给当前滤波输出值Y (k)。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，当所述输出时间间隔T(^k)内输入信号的采样值中设定比例的采样值超出了Y(k-n) -Pdec与Y (k-n) +Padd形成的范围，则将输出时间间隔T0ri,k)内输入信号的采样值的平均值作为当前滤波输出值Y(k)。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述η、设定比例、输入信号的采样值增加阈值Padd和采样值减小阈值Pde。，均根据所述输入信号的采样值相对于采样时间的斜率动态调整。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，当所述输出时间间隔T0^k)内输入信号的采样值中设定比例的采样值连续超出了Y(k-n) -Pdec与Y (k-n) +Padd形成的范围，则将输出时间间隔T0^k)内输入信号的采样值的平均值作为当前滤波输出值Y(k)。
6.一种数字滤波装置，其特征在于，应用于比例-积分-微分(PID)系统，该装置包括 采样单元，对所述PID系统的输入信号进行采样；设置单元，确定输出前η个滤波输出值的时间段内所述输入信号的采样值增加阈值 Padd和采样值减小阈值Pde。，并将前η个滤波输出值均设置为所述输入信号的第一个采样值；滤波处理单元，从第η+1个滤波输出值起开始，在计算当前滤波输出值Y(k)时，根据历史滤波输出值Y(k-n)、上一滤波输出值Y(k-l)与当前滤波输出值Y(k)的输出时间间隔 T0^k)内所述输入信号的采样值以及所述输入信号的采样值增加阈值Padd和采样值减小阈值Pde。，确定当前滤波输出值Y(k)并输出给所述PID系统；其中，所述η为大于等于1的整数，所述采样单元的采样频率高于所述滤波处理单元的输出频率。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述滤波处理单元包括判断模块，判断所述输出时间间隔T0ri,k)内输入信号的采样值是否超出Y(k-n)-Pde。与 Y (k-n)+Padd形成的范围；滤波输出模块，在所述输出时间间隔Ta^k)内输入信号的采样值超出Y(k-n)-Pde。与 Y(k-n)+Padd形成的范围，则将输出时间间隔T0^k)内输入信号的采样值的平均值作为当前滤波输出值Y (k)，否则将Y (k-n)赋值给当前滤波输出值Y (k)。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述判断模块，判断所述输出时间间隔Ta^k)内输入信号的采样值中设定比例的采样值是否均超出Y (k-n) -Pdec与Y (k-n) +Padd形成的范围。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述η、设定比例、输入信号的采样值增加阈值Padd和采样值减小阈值Pde。，均根据所述输入信号的采样值相对于采样时间的斜率动态调整。
10.如权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述滤波输出模块，在所述输出时间间隔Ta^k)内输入信号的采样值中设定比例的采样值连续超出了 Y(k-n)-Pdee与Y(k-n)+padd形成的范围，则将输出时间间隔T0^k)内输入信号的采样值的平均值作为当前滤波输出值Y(k)。
全文摘要
本发明公开了一种数字滤波装置及其方法，涉及DWDM系统。本发明方法包括对PID系统的输入信号进行采样，确定输出前n个滤波输出值的时间段内输入信号的Padd和Pdec，并将前n个滤波输出值均设置为所述输入信号的第一个采样值；从第n+1个滤波输出值起开始，计算当前滤波输出值Y(k)时，根据历史滤波输出值Y(k-n)、上一滤波输出值Y(k-1)与Y(k)的输出时间间隔内输入信号的采样值以及输入信号的Padd和Pdec，确定Y(k)，输出给PID系统；其中，n为大于等于1的整数，输入信号的采样频率高于滤波输出值的输出效率。本发明技术方案可以减少异常的输入信号给PID系统带来严重的脉冲干扰。
文档编号H03H17/02GK102355230SQ201110186870
公开日2012年2月15日 申请日期2011年7月5日 优先权日2011年7月5日
发明者王耕 申请人:中兴通讯股份有限公司