[原创]软件滤波

xjq2005

软件滤波方法
* ~+ p0 C" J8 a4 q$ F
9 `/ ]: L. B) u3 R3 P3 W7 d第1种方法、限幅滤波法（又称程序判断滤波法）
A、方法：
, v" X' u0 Q5 n) v" ?: v8 s根据经验判断，确定两次采样允许的最大偏差值（设为A）
每次检测到新值时判断：
. e' U2 W( ]1 Q) [) b/ F如果本次值与上次值之差<=A,则本次值有效
4 Y  I4 ~" \0 D0 t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
B、优点：
能有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰
: _; X* D1 W0 v$ L6 v5 _C、缺点
无法抑制那种周期性的干扰
平滑度差

第2种方法、中位值滤波法
A、方法：
5 Z: E! |! G- e9 ^" n( R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
! l7 ^' q( D6 e* l. `2 ]& L对温度、液位的变化缓慢的被测参数有良好的滤波效果
" }; W# ?) r/ g$ pC、缺点：
: `# s/ W' W: v9 j. g对流量、速度等快速变化的参数不宜
: C5 z$ f& Q" C5 i4 X1 ]
第3种方法、算术平均滤波法
A、方法：
* T5 g2 W& ]) m% g: {$ \* Q' R连续取N个采样值进行算术平均运算
N值较大时：信号平滑度较高，但灵敏度较低
N值较小时：信号平滑度较低，但灵敏度较高
N值的选取：一般流量，N=12；压力：N=4
B、优点：
适用于对一般具有随机干扰的信号进行滤波
2 K2 L- U) ^2 z  ]* w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
C、缺点：
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
比较浪费RAM
9 [8 X" f) V+ ?# Z  H, z% a
第4种方法、递推平均滤波法（又称滑动平均滤波法）
# u/ @$ M. j! K0 h- f  _3 wA、方法：
把连续取N个采样值看成一个队列
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
) k8 |5 X: d# O) MN值的选取：流量，N=12；压力：N=4；液面，N=4~12；温度，N=1~4
: c+ n9 X; @/ s+ x: _1 AB、优点：
对周期性干扰有良好的抑制作用，平滑度高
适用于高频振荡的系统
C、缺点：
- g, I& b! L3 o灵敏度低
# c. i  H: H  R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
0 m' g/ f+ ~% ~1 |% h# ~6 U) g不适用于脉冲干扰比较严重的场合
比较浪费RAM

5 J8 P: y0 [+ P$ T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）
A、方法：
- V# M! B8 S! ]1 J* B相当于“中位值滤波法”+“算术平均滤波法”
连续采样N个数据，去掉一个最大值和一个最小值
然后计算N-2个数据的算术平均值
N值的选取：3~14
B、优点：
融合了两种滤波法的优点
9 ]; |4 w7 o+ P1 p' m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：
测量速度较慢，和算术平均滤波法一样
. y6 I% y" b. v6 `8 d' e比较浪费RAM
5 p5 l5 i  ]7 L- [7 h3 k" B! ?; m

第6种方法、限幅平均滤波法
A、方法：
  u: w) U- ~7 D3 D' e  K相当于“限幅滤波法”+“递推平均滤波法”
  s; L- Q& {* N3 h$ x每次采样到的新数据先进行限幅处理，
# Z8 X9 ^# ~2 q8 A( G* u1 a再送入队列进行递推平均滤波处理
0 A/ E+ P' u5 RB、优点：
- E5 o5 @* q. ^$ o8 b: M融合了两种滤波法的优点
- b7 ]& P% f6 S( D4 S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：
- ?# B2 L) d% Q. O+ ]' `比较浪费RAM
7 D2 t) P4 j! r4 K
第7种方法、一阶滞后滤波法
( u0 I% `# c& H6 K8 BA、方法：
取a=0~1
本次滤波结果=（1-a）*本次采样值+a*上次滤波结果
- U) L! L) W% w* LB、优点：
- ~* l1 ]" i7 ]$ O) g" C. o3 I对周期性干扰具有良好的抑制作用
适用于波动频率较高的场合
) c. |. U: i5 J$ TC、缺点：
4 A- Y. X7 H( t* ^2 j% e3 v% [相位滞后，灵敏度低
( K  m, |/ w6 U+ A. z. W滞后程度取决于a值大小
不能消除滤波频率高于采样频率的1/2的干扰信号

6 x, @( X1 k( p, q第8种方法、加权递推平均滤波法
A、方法：
$ P: @$ Z" O% x6 g- W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
' L2 l  i! @" h+ q0 E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
2 {1 W4 ]9 T- |: y! cB、优点：
* t0 u* a/ g! _适用于有较大纯滞后时间常数的对象
和采样周期较短的系统
C、缺点：
对于纯滞后时间常数较小，采样周期较长，变化缓慢的信号
) g; {( S8 ?5 ~1 Q5 H2 r不能迅速反应系统当前所受干扰的严重程度，滤波效果差

0 m; p- Q+ m! B: `第9种方法、消抖滤波法
# b7 k2 k- J  F* i* V1 g3 x# w2 nA、方法：
设置一个滤波计数器
将每次采样值与当前有效值比较：
! ^/ A9 W. t* d5 \7 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)
如果计数器溢出,则将本次值替换当前有效值,并清计数器
$ y7 M/ k% U% |  K: w3 @* GB、优点：
对于变化缓慢的被测参数有较好的滤波效果,
3 n. S! D* I' U8 W+ y4 [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：
! C. p. w  x! V7 d# J! B对于快速变化的参数不宜
- V6 X4 e; h* a0 V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

第10种方法、限幅消抖滤波法
8 ]/ z4 C' }0 s3 [  b8 FA、方法：
' w) Q5 a3 f4 Y5 u5 c相当于“限幅滤波法”+“消抖滤波法”
先限幅,后消抖
B、优点：
继承了“限幅”和“消抖”的优点
改进了“消抖滤波法”中的某些缺陷,避免将干扰值导入系统
' S1 s, t# {& `& o- ^% eC、缺点：
0 e: F. k; ^- b) ]对于快速变化的参数不宜


; ]. Z) K# d' F5 B' f" d5 c. b2 i第11种方法：IIR 数字滤波器

5 j* S! T) p$ WA. 方法：
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）
C. 缺点：运算量大。

jin_geda