[原创]软件滤波

xjq2005

软件滤波方法
" N$ |( H. ~5 j( v( y0 H
第1种方法、限幅滤波法（又称程序判断滤波法）
A、方法：
: E" K! k) \2 i, S根据经验判断，确定两次采样允许的最大偏差值（设为A）
2 t" R3 D' k( p- h; e, a" C2 M每次检测到新值时判断：
$ z0 N5 M" g# \* f( B) N. N如果本次值与上次值之差<=A,则本次值有效
: g9 D8 u/ g' w7 {3 R) S如果本次值与上次值之差>A,则本次值无效,放弃本次值,用上次值代替本次值
; i8 ^8 n1 x% u9 v' g  h5 sB、优点：
! d9 |9 P' r! R5 w能有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰
/ a1 i# ?7 T, r7 Q! H2 ~/ eC、缺点
# a0 a9 W: ^. w  h& S" Z无法抑制那种周期性的干扰
& |: W( U$ e  s9 x平滑度差
' `3 s# K0 _/ |  n, K! w
8 _* i) _8 L9 M' b+ A: b4 V6 i第2种方法、中位值滤波法
: \1 j9 z) m  z: N4 O/ rA、方法：
5 L9 S" W3 A, m, T4 x, e连续采样N次（N取奇数）
把N次采样值按大小排列
取中间值为本次有效值
B、优点：
能有效克服因偶然因素引起的波动干扰
对温度、液位的变化缓慢的被测参数有良好的滤波效果
" o% m  ~/ y  Y$ t* A2 n& \. MC、缺点：
对流量、速度等快速变化的参数不宜
! E1 x3 B- T( ?* f
% V  k! t1 z5 ~第3种方法、算术平均滤波法
A、方法：
连续取N个采样值进行算术平均运算
; K: {# d. D5 u$ hN值较大时：信号平滑度较高，但灵敏度较低
. i8 ^7 k* s, [4 l8 ^& l* ZN值较小时：信号平滑度较低，但灵敏度较高
2 w0 ~! g, F# O  ~0 S& P! kN值的选取：一般流量，N=12；压力：N=4
7 j3 t9 I" t# O( P( O, v! D: wB、优点：
9 f  W- S: a& |3 J8 E适用于对一般具有随机干扰的信号进行滤波
这样信号的特点是有一个平均值，信号在某一数值范围附近上下波动
" ^7 J9 q2 S3 @/ W, S: ZC、缺点：
8 a/ ]" g, I' Z! S  Z5 d对于测量速度较慢或要求数据计算速度较快的实时控制不适用
- o" I% e0 z; j. z6 i比较浪费RAM
( p; [  c, x' I& O
第4种方法、递推平均滤波法（又称滑动平均滤波法）
A、方法：
把连续取N个采样值看成一个队列
5 @, J0 z0 N5 j! i: e& ]: u8 K/ \队列的长度固定为N
每次采样到一个新数据放入队尾,并扔掉原来队首的一次数据.(先进先出原则)
把队列中的N个数据进行算术平均运算,就可获得新的滤波结果
$ z( d, S$ s7 V. xN值的选取：流量，N=12；压力：N=4；液面，N=4~12；温度，N=1~4
6 t  M) X7 j9 }0 N9 b% HB、优点：
- s% _( `3 m7 G对周期性干扰有良好的抑制作用，平滑度高
( g& z- O' ]2 K% [4 G适用于高频振荡的系统
C、缺点：
灵敏度低
对偶然出现的脉冲性干扰的抑制作用较差
不易消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差
不适用于脉冲干扰比较严重的场合
比较浪费RAM
/ U& h% X4 s6 G* I% J5 i- w0 E8 O0 U' e
第5种方法、中位值平均滤波法（又称防脉冲干扰平均滤波法）
) U1 ^1 m% f0 A$ A( k- m( i. VA、方法：
相当于“中位值滤波法”+“算术平均滤波法”
$ n+ e7 ~# T8 s0 K/ ^2 ]连续采样N个数据，去掉一个最大值和一个最小值
9 N  W( l7 p" ?' s4 N+ d% U然后计算N-2个数据的算术平均值
N值的选取：3~14
+ w  {. Y; d+ J, uB、优点：
融合了两种滤波法的优点
对于偶然出现的脉冲性干扰，可消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差
( X$ N+ P) Q  @0 T' r, I; AC、缺点：
测量速度较慢，和算术平均滤波法一样
( q  @! y( ?4 j比较浪费RAM
/ {$ k4 W0 E1 q$ F" t

5 O* e% L! N4 m: T0 x" i第6种方法、限幅平均滤波法
' W: M$ Q6 K6 _3 KA、方法：
相当于“限幅滤波法”+“递推平均滤波法”
/ T( [  x$ t8 e" c, ~  G6 N9 `每次采样到的新数据先进行限幅处理，
再送入队列进行递推平均滤波处理
  h* i& J# D7 Q. u4 CB、优点：
) X- B) ]0 H- w& X) [, B融合了两种滤波法的优点
6 \) |  G' N) H8 \9 @: b对于偶然出现的脉冲性干扰，可消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差
C、缺点：
比较浪费RAM

第7种方法、一阶滞后滤波法
" c( M, k; f7 ]( S9 m. lA、方法：
  E$ z! t8 |$ x% x5 |取a=0~1
5 B4 \9 o% S7 k& g0 M- O, v$ l+ I, E本次滤波结果=（1-a）*本次采样值+a*上次滤波结果
/ `1 ^6 J$ W, q9 C  wB、优点：
# i3 S. M5 i- a* q) m  M) w对周期性干扰具有良好的抑制作用
) u% K) o, ^. e8 v适用于波动频率较高的场合
C、缺点：
2 w: `, q% P6 F相位滞后，灵敏度低
3 ~: ]4 Y8 A4 b滞后程度取决于a值大小
5 x. r; @% K! D/ F2 A& y, l2 e不能消除滤波频率高于采样频率的1/2的干扰信号
7 {" e3 l3 H5 C7 i# j8 E- i  T
第8种方法、加权递推平均滤波法
. Z- M8 |) R# F1 f) qA、方法：
+ x0 i- k0 U% b+ q是对递推平均滤波法的改进，即不同时刻的数据加以不同的权
通常是，越接近现时刻的数据，权取得越大。
给予新采样值的权系数越大，则灵敏度越高，但信号平滑度越低
5 |1 K7 j# c2 y; v2 `) }- y: tB、优点：
适用于有较大纯滞后时间常数的对象
4 H0 a- [$ L5 j0 Z和采样周期较短的系统
) _; W/ k( S. U: E+ |8 F2 SC、缺点：
: G8 l* a& v- A6 a& a4 v; ~对于纯滞后时间常数较小，采样周期较长，变化缓慢的信号
  e# j. d& V1 {% |1 C8 ]2 A不能迅速反应系统当前所受干扰的严重程度，滤波效果差

第9种方法、消抖滤波法
6 d# Y' S/ e" K+ R* }* VA、方法：
设置一个滤波计数器
; h4 ?& l1 ~, `将每次采样值与当前有效值比较：
+ m; h$ I" k6 q( U) \' Y) U如果采样值＝当前有效值，则计数器清零
如果采样值<>当前有效值，则计数器+1，并判断计数器是否>=上限N(溢出)
+ R8 L; w4 {3 m8 Z  [如果计数器溢出,则将本次值替换当前有效值,并清计数器
" c' T3 @% r  C! |* G+ MB、优点：
对于变化缓慢的被测参数有较好的滤波效果,
. J0 r$ {/ C! g9 o+ \可避免在临界值附近控制器的反复开/关跳动或显示器上数值抖动
C、缺点：
- x8 `/ q; q% E! I  y3 D对于快速变化的参数不宜
如果在计数器溢出的那一次采样到的值恰好是干扰值,则会将干扰值当作有效值导入系统

  n6 u" w: |0 a' q$ J第10种方法、限幅消抖滤波法
A、方法：
相当于“限幅滤波法”+“消抖滤波法”
先限幅,后消抖
* X0 p% O0 ~, x1 O8 q1 BB、优点：
继承了“限幅”和“消抖”的优点
  ~  r" a! m0 k% Z5 T9 }改进了“消抖滤波法”中的某些缺陷,避免将干扰值导入系统
7 T' w/ g; \' d9 B2 i2 [C、缺点：
5 }3 u" {: i0 j5 k5 L对于快速变化的参数不宜


5 P* J4 r' D" q8 R第11种方法：IIR 数字滤波器

; ]2 D, [  I1 _* w' B, sA. 方法：
2 @' @& C* O% f0 @/ S9 T确定信号带宽， 滤之。
Y(n) = a1*Y(n-1) + a2*Y(n-2) + ... + ak*Y(n-k) + b0*X(n) + b1*X(n-1) + b2*X(n-2) + ... + bk*X(n-k)

B. 优点：高通，低通，带通，带阻任意。设计简单(用matlab）
+ |+ n* a$ ?/ r1 B$ J& `8 X8 gC. 缺点：运算量大。

jin_geda