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一种消除噪声的方法及系统

阅读：466发布：2020-05-08

专利汇可以提供一种消除噪声的方法及系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种消除噪声的方法，包括连接原始模拟信号和检测电路；切换连接关系，得到综合模拟信号；对综合模拟信号进行采样，得到综合数字信号序列；对综合数字信号序列进行离散傅里叶变换，得到频域数字信号；在频率域解出频率域有用信号；对频率域有用信号进行逆傅里叶变换，得到时间域有用信号。本发明通过在频率域对噪声和信号进行隔离，实现了在全时间域上的噪声消除，避免了传统的降噪技术由于噪声在不同时间点上幅值不同所导致噪声无法消除的问题。，下面是一种消除噪声的方法及系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种消除噪声的方法，其特征在于，包括：
连接第一原始模拟信号x1和第一检测电路，输出第一综合模拟信号y11；连接第二原始模拟信号x2和第二检测电路，输出第二综合模拟信号y22，维持该连接状态Δt时间；
所述第一综合模拟信号y11是第一有用信号s1与第一系统噪声n1之和；
所述第二综合模拟信号y22是第二有用信号s2与第二系统噪声n2之和；
切换连接关系，连接第一原始模拟信号x1和第二检测电路，输出第三综合模拟信号y12；
连接第二原始模拟信号x2和第一检测电路，输出第四综合模拟信号y21，维持该连接状态Δt时间；
所述第三综合模拟信号y12是第一有用信号s1与第二系统噪声n2之和；
所述第四综合模拟信号y21是第二有用信号s2与第一系统噪声n1之和；
重复切换2N次连接关系，共得到N组综合模拟信号y，所述综合模拟信号y包括第一综合模拟信号y11、第二综合模拟信号y22、第三综合模拟信号y12和第四综合模拟信号y21；
对第一综合模拟信号y11进行N次采样，得到第一综合数字信号序列D11；对第二综合模拟信号y22进行N次采样，得到第二综合数字信号序列D22；对第三合模拟信号y12进行N次采样，得到第三综合数字信号序列D12；对第四综合模拟信号y21进行N次采样，得到第四综合数字信号序列D21；
对第一综合数字信号序列D11进行离散傅里叶变换，得到第一频域数字信号F11(ω)；对第二综合数字信号序列D22进行离散傅里叶变换，得到第二频域数字信号F22(ω)；对第三综合数字信号序列D12进行离散傅里叶变换，得到第三频域数字信号F12(ω)；对第四综合数字信号序列D21进行离散傅里叶变换，得到第四频域数字信号F21(ω)；
所述第一频域数字信号F11(ω)是第一频率域有用信号S1(ω)与第一频率域噪声信号N1(ω)之和；所述第二频域数字信号F22(ω)是第二频率域有用信号S2(ω)与第二频率域噪声信号N2(ω)之和；所述第三频域数字信号F12(ω)是第一频率域有用信号S1(ω)与第二频率域噪声信号N2(ω)之和；所述第四频域数字信号F21(ω)是第二频率域有用信号S2(ω)与第一频率域噪声信号N1(ω)之和；
在频率域解出所述第一频率域有用信号S1(ω)和第二频率域有用信号S2(ω)；
对所述第一频率域有用信号S1(ω)和第二频率域有用信号S2(ω)进行逆傅里叶变换，得到时间域第一有用信号s1和时间域第二有用信号s2。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一原始模拟信号x1和第二原始模拟信号x2来自于信号源输出。
3.如权利要求1所述的方法，还包括对所述第一综合数字信号序列D11、第二综合数字信号序列D22、第三综合数字信号序列D12和第四综合数字信号序列D21进行实时存储。
4.如权利要求1所述的方法，还包括对所述第一综合数字信号序列D11、第二综合数字信号序列D22、第三综合数字信号序列D12和第四综合数字信号序列D21进行快速傅里叶变换来代替离散傅里叶变换。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一原始模拟信号x1和第二原始模拟信号x2均是单通道信号。
6.一种消除噪声的系统，其特征在于，包括：
切换模块，用于切换原始模拟信号与检测电路的连接状态；
检测电路，用于对所述原始模拟信号进行处理，得到综合模拟输出信号；
模数转换模块，用于对所述综合模拟输出信号y进行采样并进行模数转换；
运算模块，包括傅里叶变换模块，计算模块和逆傅里叶变换模块，用于对所述综合数字信号序列进行运算，得到时间域数字信号；
控制模块，用于对切换模块和运算模块进行控制。
7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，还包括电源模块，用于为其他模块提供电源。
8.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述模数转换模块由∑-Δ型模数转换器构成。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算可读存储介质上存储有噪声消除程序，该程序被处理器执行时实现权利要求1所述的消除噪声的方法的步骤。
10.一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有噪声消除程序，该程序被处理器执行时实现权利要求1所述的消除噪声的方法的步骤。

说明书全文

一种消除噪声的方法及系统

技术领域

[0001] 本发明涉及信号检测领域，尤其涉及一种消除噪声的方法及系统。

背景技术

[0002] 在电子系统中，热噪声、闪烁噪声(1/f噪声)、散粒噪声等各种电路噪声会直接影响传感器或信号采集系统的信号检测能力。尤其在对信号检测能力要求较高的资源勘探和航空航天等领域，如加速度计、检波器、地震计、重力梯度仪等装备中，电路噪声严重制约了信号检测系统的弱信号检测能力。

[0003] 现有技术中用于消除电路噪声的手段主要是利用相同电路产生的低频噪声在时间上具有相关性，如果在相邻较短时间内两次采样同一噪声，然后利用差分电路将前后采样到的噪声相减，就可以达到削弱位于低频带内的热噪声、闪烁噪声、散粒噪声等电路噪声的目的。

[0004] 但是，如果涉及到多路信号多路电路的情况，则无法处理，即使是只有一路信号，噪声频率较高时，现有技术所采用的直接相减方法通常无法对噪声进行削弱，有时甚至会造成噪声的增加。

发明内容

[0005] 有鉴于此，本申请实施例提供了一种消除噪声的方法及系统。

[0006] 第一方面，本发明提供了一种消除噪声的方法，其特征在于，包括：

[0007] 连接第一原始模拟信号x1和第一检测电路，输出第一综合模拟信号y11；连接第二原始模拟信号x2和第二检测电路，输出第二综合模拟信号y22，维持该连接状态Δt时间；

[0008] 所述第一综合模拟信号y11是第一有用信号s1与第一系统噪声n1之和；

[0009] 所述第二综合模拟信号y22是第二有用信号s2与第二系统噪声n2之和；。

[0010] 切换连接关系，连接第一原始模拟信号x1和第二检测电路，输出第三综合模拟信号y12；连接第二原始模拟信号x2和第一检测电路，输出第四综合模拟信号y21，维持该连接状态Δt时间；

[0011] 所述第三综合模拟信号y12是第一有用信号s1与第二系统噪声n2之和；

[0012] 所述第四综合模拟信号y21是第二有用信号s2与第一系统噪声n1之和；

[0013] 重复切换2N次连接关系，共得到N组综合模拟信号y，所述综合模拟信号y包括第一综合模拟信号y11、第二综合模拟信号y22、第三综合模拟信号y12和第四综合模拟信号y21；

[0014] 对第一综合模拟信号y11进行N次采样，得到第一综合数字信号序列D11；对第二综合模拟信号y22进行N次采样，得到第二综合数字信号序列D22；对第三合模拟信号y12进行N次采样，得到第三综合数字信号序列D12；对第四综合模拟信号y21进行N次采样，得到第四综合数字信号序列D21；

[0015] 对第一综合数字信号序列D11进行离散傅里叶变换，得到第一频域数字信号F11(ω)；对第二综合数字信号序列D22进行离散傅里叶变换，得到第二频域数字信号F22(ω)；对第三综合数字信号序列D12进行离散傅里叶变换，得到第三频域数字信号F12(ω)；对第四综合数字信号序列D21进行离散傅里叶变换，得到第四频域数字信号F21(ω)；

[0016] 所述第一频域数字信号F11(ω)是第一频率域有用信号S1(ω)与第一频率域噪声信号N1(ω)之和；所述第二频域数字信号F22(ω)是第二频率域有用信号S2(ω)与第二频率域噪声信号N2(ω)之和；所述第三频域数字信号F12(ω)是第一频率域有用信号S1(ω)与第二频率域噪声信号N2(ω)之和；所述第四频域数字信号F21(ω)是第二频率域有用信号S2(ω)与第一频率域噪声信号N1(ω)之和；

[0017] 在频率域解出所述第一频率域有用信号S1(ω)和第二频率域有用信号S2(ω)；

[0018] 对所述第一频率域有用信号S1(ω)和第二频率域有用信号S2(ω)进行逆傅里叶变换，得到时间域第一有用信号s1和时间域第二有用信号s2。

[0019] 其中，所述第一原始模拟信号x1和第二原始模拟信号x2来自于信号源输出。

[0020] 其中，对所述第一综合数字信号序列D11、第二综合数字信号序列D22、第三综合数字信号序列D12和第四综合数字信号序列D21进行实时存储。

[0021] 其中，对所述第一综合数字信号序列D11、第二综合数字信号序列D22、第三综合数字信号序列D12和第四综合数字信号序列D21进行快速傅里叶变换来代替离散傅里叶变换。

[0022] 其中，所述原始模拟信号是单通道信号或差分信号。

[0023] 另一方面，本发明提供了一种消除噪声的系统，其特征在于，包括：

[0024] 切换模块，用于切换原始模拟信号与检测电路的连接状态；

[0025] 检测电路，用于对所述原始模拟信号进行处理，得到综合模拟输出信号；

[0026] 模数转换模块，用于对所述综合模拟输出信号y进行采样并进行模数转换；

[0027] 运算模块，包括傅里叶变换模块，计算模块和逆傅里叶变换模块，用于对所述综合数字信号序列进行运算，得到时间域数字信号；

[0028] 控制模块，用于对切换模块和运算模块进行控制。

[0029] 其中，还包括电源模块，用于为其他模块提供电源。

[0030] 其中，所述模数转换模块由∑-Δ型模数转换器构成。

[0031] 一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算可读存储介质上存储有噪声消除程序，该程序被处理器执行时实现上述权利要求所述的消除噪声的方法的步骤。

[0032] 一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有噪声消除程序，该程序被处理器执行时实现上述权利要求所述的消除噪声的方法的步骤。

[0033] 本申请实施例提供的消除噪声的方法和系统，通过在频率域对噪声和信号进行隔离，实现了在全时间域上的噪声消除，避免了传统的降噪技术由于噪声在不同时间点上幅值不同所导致噪声无法消除的问题。附图说明

[0034] 为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0035] 图1为本发明的一个实施例提供的一种消除噪声的方法示意图。

[0036] 图2为本发明的一个实施例提供的一种消除噪声的系统结构示意图。

[0037] 图3为本发明的一个实施例提供的第一综合数字信号D11、第二综合数字信号D22、第三综合数字信号D12、第四综合数字信号D21的示意图

[0038] 图4为本发明的一个实施例提供的第一综合数字信号DA和第二综合数字信号DB的示意图。

具体实施方式

[0039] 为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0040] 在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“耦合”、“连接”应做广义理解，例如，“连接”可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0041] 在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

[0042] 传统的信号检测电路在不同的应用场合有不同的设计方案，但无论是针对何种信号的检测电路，为了提高检测精度，尤其是增加对弱信号的检测能力，都必须在电路中设置前置放大电路和滤波电路，而这两部分电路结构会引入较大的电路噪声。

[0043] 针对现有技术所采用的直接相减方法通常无法对噪声进行削弱的问题，本发明通过对现有技术原理进行分析，发现其原因是，当噪声频率较高时，两次采样时间间隔内噪声的波形幅值会产生较大变化，此时直接相减，无法对噪声进行消除。尤其是当两次采样时间的波形幅值为一正一负时，直接相减就会造成噪声的增加。

[0044] 针对上述问题，本发明实施例提供了一种消除噪声的方法，包括：

[0045] S1，连接第一原始模拟信号x1和第一检测电路，输出第一综合模拟信号y11；连接第二原始模拟信号x2和第二检测电路，输出第二综合模拟信号y22，维持该连接状态Δt时间。

[0046] 所述第一综合模拟信号y11是第一有用信号s1与第一系统噪声n1之和，即y11＝s1+n1。

[0047] 所述第二综合模拟信号y22是第二有用信号s2与第二系统噪声n2之和，即y22＝s2+n2。

[0048] 所述第一原始模拟信号x1和第二原始模拟信号x2来自于信号源输出，例如是各种传感器所采集到的信号直接输出。

[0049] 所述原始模拟信号x经检测电路处理后得到的综合模拟信号y包含有用信号s和噪声信号n两部分，其中，有用信号s是由所述原始模拟信号x经信号检测处理后所形成，所述系统噪声n是在进行信号检测处理的过程中所产生。所述信号检测处理的过程包括放大、滤波等操作。

[0050] S2，切换连接关系，连接第一原始模拟信号x1和第二检测电路，输出第三综合模拟信号y12；连接第二原始模拟信号x2和第一检测电路，输出第四综合模拟信号y21，维持该连接状态Δt时间。

[0051] 所述第三综合模拟信号y12是第一有用信号s1与第二系统噪声n2之和，即y12＝s1+n2。

[0052] 所述第四综合模拟信号y21是第二有用信号s2与第一系统噪声n1之和，即y21＝s2+n1。

[0053] 相邻两种状态输出为一组综合模拟信号y，重复切换2N次连接关系，共得到N组综合模拟信号y，所述综合模拟信号y包括第一综合模拟信号y11、第二综合模拟信号y22、第三综合模拟信号y12和第四综合模拟信号y21；

[0054] S3，对第一综合模拟信号y11进行N次采样，得到第一综合数字信号序列D11；对第二综合模拟信号y22进行N次采样，得到第二综合数字信号序列D22；对第三合模拟信号y12进行N次采样，得到第三综合数字信号序列D12；对第四综合模拟信号y21进行N次采样，得到第四综合数字信号序列D21。

[0055] 在本发明的一个实施例中，对第一综合模拟信号y11每隔2Δt时间，进行一次采样，即可实现对y11进行N次采样。同理的，对第二综合模拟信号y22、第三合模拟信号y12和第四综合模拟信号y21同样每隔2Δt时间进行一次采样，来实现N次采样，因切换时间间隔为Δt，而采样间隔为2Δt，所以切换频率为采样频率的2倍。

[0056] 为了能够实现对原信号的完全重建，在本发明的一种实施例中，对所述综合模拟输出信号y进行采样的频率大于待检测信号的最大频率的2倍，为了进一步降低频率混叠对信号重建的影响，尤其是采样时间不足的情况下，优选的，所述采样频率是待检测信号的最大频率的4倍。在本发明的一个实施例中，有用信号的频率最大为200Hz，则本发明实施例的模数转换器的采样频率可设置为大于800Hz。

[0057] 优选的，所述数组长度N＝2a3b5c7d11e13f，其中a，b，c，d，e，f是自然数，且e与f的和为0或1。采用所述数组长度，在进行S4的运算步骤时就可使用效率更高的快速傅里叶变换(FFT)来代替DFT，使得计算效率达到最高，极大的节省资源。

[0058] 进一步的，所述综合数字信号序列D采样后实时存储，方便后续程序提取处理以及抽样检测。

[0059] S4，对第一综合数字信号序列D11进行离散傅里叶变换，得到第一频域数字信号F11(ω)；对第二综合数字信号序列D22进行离散傅里叶变换，得到第二频域数字信号F22(ω)；对第三综合数字信号序列D12进行离散傅里叶变换，得到第三频域数字信号F12(ω)；对第四综合数字信号序列D21进行离散傅里叶变换，得到第四频域数字信号F21(ω)。

[0060] 在采样长度为N的实施例中，转换公式如下：

[0061]

[0062] 所述第一频域数字信号F11(ω)是第一频率域有用信号S1(ω)与第一频率域噪声信号N1(ω)之和,即F11(ω)＝S1(ω)+N1(ω)；

[0063] 所述第二频域数字信号F22(ω)是第二频率域有用信号S2(ω)与第二频率域噪声信号N2(ω)之和,即F22(ω)＝S2(ω)+N2(ω)；

[0064] 所述第三频域数字信号F12(ω)是第一频率域有用信号S1(ω)与第二频率域噪声信号N2(ω)之和,即F12(ω)＝S1(ω)+N2(ω)；

[0065] 所述第四频域数字信号F21(ω)是第二频率域有用信号S2(ω)与第一频率域噪声信号N1(ω)之和,即F21(ω)＝S2(ω)+N1(ω)；

[0066] 其中，频率域有用信号S(ω)是有用信号s在频率域上的值，频率域噪声信号N(ω)是系统噪声n在频率域上的值。

[0067] 在本发明的一个实施例中，当所述数组长度N＝2a3b5c7d11e13f时，对所述第一综合数字信号序列DA(tn)和第二综合数字信号序列DB(tn)进行效率更高的快速傅里叶变换(FFT)来代替DFT。由傅里叶变换的特点可知，频率域上每个点都包括在该频率值下所有时间域上的信号特征。

[0068] S5，在频率域解出所述第一频率域有用信号S1(ω)和第二频率域有用信号S2(ω)。

[0069] 采用所述公式能够实现系统噪声与有用信号的分离，并且由于频率域包含所有时间域上的信号特征，因此相比于传统的去噪技术，不受噪声在不同时间点有差别的影响，能够消除所有时间段上的噪声。

[0070] S6，对所述第一频率域有用信号S1(ω)和第二频率域有用信号S2(ω)进行逆傅里叶变换，得到时间域第一有用信号s1和时间域第二有用信号s2。

[0071]

[0072] 在本发明的一个实施例中，所述时间域数字信号sD即完全去除系统噪声后的有用信号。

[0073] 在本发明的另一个实施例中，当原始模拟信号有m个，包括第一原始模拟信号x1和第二原始模拟信号x2……和第m原始模拟信号xm时，所述消除噪声的方法，包括：

[0074] S1，连接第一原始模拟信号x1和第一检测电路，输出综合模拟信号y11；连接第二原始模拟信号x2和第二检测电路，输出综合模拟信号y22……；连接第m原始模拟信号xm和第m检测电路，维持该连接状态Δt时间。

[0075] 所述综合模拟信号y是有用信号s与系统噪声n之和，即y＝s+n。

[0076] 所述原始模拟信号x来自于信号源输出，例如是各种传感器所采集到的信号直接输出。

[0077] 所述原始模拟信号x经检测电路处理后得到的综合模拟信号y包含有用信号s和噪声信号n两部分，其中，有用信号s是由所述原始模拟信号x经信号检测处理后所形成，所述系统噪声n是在进行信号检测处理的过程中所产生。所述信号检测处理的过程包括放大、滤波等操作。

[0078] S2，切换连接关系，连接第一原始模拟信号x1和第m检测电路，输出综合模拟信号y1m；连接第二原始模拟信号x2和第一检测电路，输出综合模拟信号y21……；连接第m原始模拟信号xm和第(m-1)检测电路，输出综合模拟信号ym(m-1)，维持该连接状态Δt时间。

[0079] 重复切换2N次连接关系，共得到N组综合模拟信号y。

[0080] S3，对综合模拟信号y11进行N次采样，得到综合数字信号D11，同时对综合模拟信号y22进行N次采样，得到综合数字信号D22，……对综合模拟信号ymm进行N次采样，得到综合数字信号Dmm，然后，对综合模拟信号y1m进行N次采样，得到综合数字信号序列D1m；对综合模拟信号y21进行N次采样，得到综合数字信号序列D21……对综合模拟信号ym(m-1)进行N次采样，得到综合数字信号序列Dm(m-1)。

[0081] 在本发明的一个实施例中，对综合模拟信号y1m每隔2Δt时间，进行一次采样，即可实现对y1m进行N次采样。同理的，对综合模拟信号y21……综合模拟信号ym(m-1)同样每隔2Δt时间进行一次采样，来实现N次采样。

[0082] S4，分别对所述综合数字信号序列D11、D22……、Dmm、D1m、D21……、Dm(m-1)进行离散傅里叶变换(DFT)，得到频域数字信号F11(ω)、F22(ω)……Fmm(ω)、F1m(ω)、F21(ω)……Fm(m-1)(ω)。

[0083] 所述第频域数字信号F(ω)是频率域有用信号S(ω)与频率域噪声信号N(ω)之和,即F(ω)＝S(ω)+N(ω)。

[0084] S5，在频率域解出所述第一频率域有用信号S1(ω)、第二频率域有用信号S2(ω)……和第m频率域有用信号S2(ω)。

[0085] S6，对所述第一频率域有用信号S1(ω)、第二频率域有用信号S2(ω)……和第m频率域有用信号S2(ω)进行逆傅里叶变换，得到时间域第一有用信号s1、时间域第二有用信号s2……和时间域第m有用信号sm。

[0086] 在另一个实施例中，当原始模拟信号只有1个时，所述消除系统噪声的方法，包括：

[0087] S1，将原始模拟信号x转换为综合模拟信号xs，所述综合模拟信号xs由时间长度相等的原始模拟信号x和反相信号-x交替切换输出形成。

[0088] 所述反相信号-x由原始模拟信号x反相形成，所述反相信号-x和原始模拟信号x幅值相反，频率和相位均相同。

[0089] 在本发明的一个实施例中，组成所述综合模拟信号xs的原始模拟信号x和反相信号-x交替输出的时间相等，均为Δt。例如，先输出Δt时间长度的原始模拟信号x，然后再输出Δt时间长度的反相信号-x，如此交替执行。在本发明的一个实施例中，所述交替切换输出的时间Δt为0.625毫秒(输出频率1600Hz)，在采集兴趣频带为200Hz以内的信号时，能够兼顾恢复原始信号的程度与硬件功耗，在一般应用情况下，交替切换输出数据的频率为兴趣频带最高频率的8倍为优选，能降低频率混叠，较好的恢复原始信号，并牺牲较小硬件功耗。

[0090] S2，将所述综合模拟信号xs输入检测电路，得到模拟输出信号y，所述模拟输出信号y包括：

[0091] 第一模拟输出信号yA，所述第一模拟输出信号yA是有用信号s与系统噪声n之和，即yA＝s+n；

[0092] 第二模拟输出信号yB，所述第二模拟输出信号yB是反相有用信号-s与系统噪声n之和，即yB＝-s+n

[0093] 在本发明的一种实施例中，在t1时刻，检测电路接收到的信号是原始模拟信号x，输出为第一模拟输出信号yA＝s+n；在所述交替输出的时间Δt后的t2时刻，检测电路接收到的信号是反相信号-x，输出为第二模拟输出信号yB＝-s+n；在所述交替输出的时间Δt后的t3时刻，检测电路接收到的信号又是原始模拟信号x，输出为第一模拟输出信号yA＝s+n，重复上述步骤，得到由第一模拟输出信号yA和第二模拟输出信号yB所组成的模拟输出信号y。

[0094] S3，对所述模拟输出信号y进行采样并进行模数转换，包括：

[0095] 对第一模拟输出信号yA进行N次采样，得到第一综合数字信号序列DA(tn)；

[0096] 对第二模拟输出信号yB进行N次采样，得到第二综合数字信号序列DB(tn)。

[0097] 如图4所示，在本发明的一个实施例中，在采样时，对每个所述交替输出的时间t内的模拟输出信号y进行一次采样，具体采样过程如下：

[0098] 在t1时刻，对第一模拟输出信号yA(t1)进行采样，得到t1时刻的第一综合数字信号DA(t1)；

[0099] 在所述交替输出的时间t后的t2时刻，对第二模拟输出信号yB(t2)进行采样，得到t2时刻的第二综合数字信号DB(t2)；

[0100] 继续在所述交替输出的时间t后的t3时刻，对第一模拟输出信号yA(t3)进行采样，得到t3时刻的第一综合数字信号DA(t3)；

[0101] 继续在所述交替输出的时间t后的t4时刻，对第二模拟输出信号yB(t4)进行采样，得到t4时刻的第二综合数字信号DB(t4)；

[0102] 如此交替循环采样2N次，得到数组长度均为N的第一综合数字信号序列DA(tn)和第二综合数字信号序列DB(tn)。

[0103] S4，分别对所述第一综合数字信号序列DA(tn)和第二综合数字信号序列DB(tn)进行离散傅里叶变换(DFT)，得到第一频域数字信号FA(ω)和第二频域数字信号FB(ω)。

[0104] 假设采样长度为N，则第一频域数字信号

[0105]

[0106]

[0107] 所述第一频域数字信号FA(ω)是频率域有用信号S(ω)与频率域噪声信号N(ω)之和,即FA(ω)＝S(ω)+N(ω)；

[0108] 所述第二频域数字信号FB(ω)是反相频率域有用信号S(ω)与频率域噪声信号N(ω)之和，即FB(ωω)＝-S(ω)+N(ω)；

[0109] 其中，频率域有用信号S(ω)是有用信号s在频率域上的值，反相频率域有用信号-S(ω)是反相有用信号-s在频率域上的值，频率域噪声信号N(ω)是系统噪声n在频率域上的值。

[0110] S5，在频率域解出所述频率域有用信号S(ω)。

[0111] 在本发明的一个实施例中，计算公式如下，

[0112] S(ω)＝[FA(ω)-FB(ω)]/2

[0113] S6，对所述频率域有用信号S(ω)进行逆傅里叶变换，得到时间域数字信号sD。

[0114] 需要将下

[0115]

[0116] 根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种消除噪声的系统，包括：

[0117] 切换模块1，用于切换原始模拟信号x与检测电路2的连接关系。

[0118] 所述切换模块的工作模式为交替切换，在状态为1(实线连接状态)采集完一个点之后，马上切换至状态2(虚线连接状态)采集一个点，然后回到状态1继续采集，如此交替往复。

[0119] 在本发明有m个原始模拟信号的实施例中，当切换频率为2时，有2m个方程；进一步的，当切换频率为p时，有pm个方程，如果原始模拟信号为同一地点传感器阵列，则输入信号相关，可通过解超定方程组求平均值，此时不仅能够消除系统误差，还能进一步消除信号源的随机误差，降低噪声水平。

[0120] 在本发明只有一个原始模拟信号的实施例中，所述切换模块1包括反相器和开关组，其中开关组用于选择通路，其中一个通路设置有反相器，原始模拟信号x经反相器后输出反相信号-x，另一个通路则直接输出原始模拟信号x。具体的，在t1时刻，开关组选通无反相器的通路，所述反相切换模块1输出原始模拟信号x；在所述交替输出的时间Δt后，在t2时刻开关组进行切换，选通有反相器的通路，所述反相切换模块1输出原始模拟信号x的反相信号-x。在本发明的一种实施例中，所述开关组可根据控制模块发出的控制信号来进行通路切换。

[0121] 由于反相器占用硬件资源，增加系统复杂性，同时会带来一定的电路噪声，因此在本发明的一个实施例中，为了能够消除所有电路模块带来的噪声，开关组必须直接与原始模拟输入的输出相连，在电路结构上位于其他所有模块之前。为了降低反相器引入的噪声，所述反相器为CMOS反相器，进一步的，为了降低信号切换带来的噪声，所述开关组为高速开关。在本发明的一个实施例中，当所述原始模拟信号s是差分信号时，所述开关组为双路开关，优选的是干扰较小的双刀双掷开关。

[0122] 在另一种实施例中，所述切换模块由一个脉冲发生器构成，所述脉冲发生器能够生成幅值确定的时间间隔相等的正向脉冲和反相脉冲，并将所述正反相脉冲与原始模拟信号x相乘，生成时间间隔相等的原始模拟信号x和原始模拟信号x的反相信号-x。采用本实施例所述的脉冲发生器来产生反相信号-x能够避免开关组带来浪涌电流和尖峰电压等噪声。进一步的，与采用反相器和开关组来生成反相信号-x相比，还能有效降低功耗。

[0123] 检测电路2，用于对所述原始模拟信号x进行处理，得到综合模拟输出信号y。

[0124] 进一步的，在本发明只有一个原始模拟信号的实施例中，为了消除传统信号检测电路中带来的噪声，所述反相切换模块必须直接与原始模拟信号x的输出相连，在电路结构上位于检测电路2之前。所述检测电路2可以是任意结构，具体的，本领域技术人员可根据实际需求来进行设计。例如，在本发明的一个实施例中，所述检测电路包括基础的前置放大电路和滤波电路。

[0125] 在本发明只有一个原始模拟信号的实施例中，用n表示由反相器和检测电路引入的系统噪声，在t1时刻，开关组接通无反相器的通路，此时原始模拟信号x经检测电路后输出第一模拟输出信号yA(t1)；在所述交替输出的时间t后的t2时刻，开关组接通有反相器的通路，原始模拟信号x的反相信号-x经检测电路后输出第二模拟输出信号yB(t2)；再经过同样的时间t后的t3时刻，开关组接通无反相器的通路，此时原始模拟信号x经检测电路后输出第一模拟输出信号yA(t3)；再经过同样的时间t后的t4时刻，开关组接通有反相器的通路，原始模拟信号x经检测电路后输出第二模拟输出信号yB(t4)。所述yA(t1)、yB(t2)、yA(t3)和yB(t4)依次进入模数转换模块3。优选的，所述切换过程，在控制模块的控制下连接状态持续交替重复进行切换。

[0126] 模数转换模块3，用于对所述综合模拟输出信号y进行采样并进行模数转换。

[0127] 所述模数转换模块3由模数转换器实现，由于本发明所述的方法也能够消除模数转换器的固有噪声，因此相对于现有信号检测技术中对模数转换器的高要求，本发明可选择功耗小、成本低同时噪声水平也相对较差的模数转换器。另一方面，本发明无法消除模数转换过程中所产生的量化误差，因此为了提高检测精度，所述模数转换器至少为24位的模数转换器，优选的是32位。综合考虑以上因素，优选的，本发明所述模数转换器为低功耗、高位数的∑-Δ型模数转换器，实验证明在本发明所述的消除电子噪声的系统中采用∑-Δ型模数转换器能够在噪声水平较低的情形下有效降低功耗。

[0128] 为了能够实现对原信号的完全重建，所述模数转换器的采样频率大于待检测信号的最大频率的2倍，优选的，所述采样频率是待检测信号的最大频率的4倍。

[0129] 运算模块4，包括傅里叶变换模块41，计算模块42和逆傅里叶变换模块43，用于对所述综合数字信号序列D(tn)进行运算，得到时间域数字信号sD。

[0130] 在本发明的一个实施例中，所述运算模块4运行方式具体如下：

[0131] 首先，通过傅里叶变换模块41对所述综合数字信号序列D(tn)进行离散傅里叶变换(DFT)，得到频域数字信号F(ω)。

[0132] 其次，通过计算模块42在频率域解出有用信号在频率域上的值S(ω)。

[0133] 最后，通过逆傅里叶变换模块43对S(ω)进行逆傅里叶变换，得到时间域数字信号sD，所述时间域数字信号sD即最终输出信号。

[0134] 控制模块5，用于对切换模块1和运算模块4进行控制。

[0135] 具体的，所述控制模块4通过输出控制信号来控制切换模块1的开关切换动作。

[0136] 进一步的，所述控制模块5还能够设定运算模块4的运算参数，本领域技术人员可根据实际需求对参数进行设计。

[0137] 在本发明的一个实施例中，所述运算模块4和控制模块5均由数字信号处理芯片DSP实现。

[0138] 进一步的，所述消除噪声的方法和系统还包括电源模块6，用于为其他模块提供电源。

[0139] 所属电源模块具有高精度和高稳定度，进一步优选的，所述电源模块还包括一个滤波电路，以进一步提高输出电压的准确度。

[0140] 本发明所述的消除噪声的方法和系统，通过在频率域对噪声和信号进行隔离，实现了在全时间域上的噪声消除，避免了传统的降噪技术由于噪声在不同时间点上幅值不同所导致噪声无法消除的问题。

[0141] 本发明适用于所有信号与噪声相互独立的线性系统，与系统噪声种类无关。

[0142] 尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

[0143] 显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

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