[原创]软件滤波

xjq2005

软件滤波方法
+ K9 |0 J( }+ ]. o
第1种方法、限幅滤波法（又称程序判断滤波法）
A、方法：
根据经验判断，确定两次采样允许的最大偏差值（设为A）
; ?- d4 @( q4 J: T4 v每次检测到新值时判断：
如果本次值与上次值之差<=A,则本次值有效
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
; w3 \( B$ a4 U+ m5 D2 yB、优点：
能有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰
/ W7 a, W& g1 }3 n2 z7 T) T& \3 ~C、缺点
/ o# a( Z5 a' G! {3 v无法抑制那种周期性的干扰
6 C( z9 w1 T/ a6 v; [9 m平滑度差

/ H- t( F, X+ R$ M1 U4 q4 r" @& G第2种方法、中位值滤波法
A、方法：
连续采样N次（N取奇数）
把N次采样值按大小排列
- X- _$ g4 o7 v8 L: @$ Z* ~& v0 I取中间值为本次有效值
$ O9 a* P# Z8 D0 d: tB、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
C、缺点：
' G: X; W( f) t对流量、速度等快速变化的参数不宜
/ l+ G+ Y9 T% G( v- v  i0 G" {+ A
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
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
0 _. p% u% E: VN值的选取：一般流量，N=12；压力：N=4
  _4 L' u4 f9 g% nB、优点：
0 ~  o+ _4 W: I5 }  L5 \6 ~8 R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
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
. b- a" A  w3 n- B& t2 h比较浪费RAM
% C6 R# V! D- F  m  L" ]& M
第4种方法、递推平均滤波法（又称滑动平均滤波法）
6 \; x5 a+ c2 TA、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
' x5 |9 ?8 U: k( c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
- y$ n2 ^* \6 A5 I6 }N值的选取：流量，N=12；压力：N=4；液面，N=4~12；温度，N=1~4
B、优点：
对周期性干扰有良好的抑制作用，平滑度高
5 X$ F- L9 r- k- l! U& x8 C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
+ [0 ]+ v0 }+ q+ r% w- X- z比较浪费RAM

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）
. [4 i( u2 r# YA、方法：
# u; u1 z# G; R: Q相当于“中位值滤波法”+“算术平均滤波法”
; }- e9 `2 g6 `$ ~7 B6 c连续采样N个数据，去掉一个最大值和一个最小值
4 e* n, h6 H. h* V* |, A然后计算N-2个数据的算术平均值
3 F7 G( e& R2 {4 AN值的选取：3~14
B、优点：
& U7 g* ~4 L! S! k7 p' V7 z5 @% Q融合了两种滤波法的优点
% C1 y- f7 t& K" a' b$ o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：
. L2 p" e) }& j+ o7 v; |" Q  @2 m- ~测量速度较慢，和算术平均滤波法一样
4 W1 a! ]5 B% B' Y8 j比较浪费RAM
# a$ H# Y! |; C& x# f: Z2 b' d
/ k  G3 _, s; p& e" x) s
3 B. s' g  J7 B3 G; x第6种方法、限幅平均滤波法
5 ?" U: Y3 `  X/ Y( _* r: gA、方法：
相当于“限幅滤波法”+“递推平均滤波法”
& i4 x6 H: q. p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
B、优点：
; U+ v0 f2 p- e7 H: f: z融合了两种滤波法的优点
1 x/ Q' g2 Z6 Q/ P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
* U& b* X" a, V1 {4 H4 [C、缺点：
比较浪费RAM

- \2 _& E5 ?7 D7 v# H- x) y. c: W! U第7种方法、一阶滞后滤波法
0 j7 K+ B! N& A% z" cA、方法：
取a=0~1
4 q% f' H% X& _# }7 b本次滤波结果=（1-a）*本次采样值+a*上次滤波结果
B、优点：
- l  M3 o4 z) M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
% X1 X/ X8 Q; d% U: N# |0 DC、缺点：
相位滞后，灵敏度低
1 d0 H, c$ w! U+ q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
" r( C# O1 r9 Y* e+ d3 [' ?
第8种方法、加权递推平均滤波法
A、方法：
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
B、优点：
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
8 R  j5 t8 r+ l) m' ]/ A, G# z5 B) W6 SC、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
" l8 q- c3 l+ l6 h不能迅速反应系统当前所受干扰的严重程度，滤波效果差
' r  P; |' Y6 o: p3 Z" u- w
4 ?; o+ g3 K0 W* w8 p第9种方法、消抖滤波法
A、方法：
- m* r1 ?8 U- p8 ]设置一个滤波计数器
% i9 z. W3 a, I4 B# _将每次采样值与当前有效值比较：
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)
/ o! E5 k1 E" e如果计数器溢出,则将本次值替换当前有效值,并清计数器
8 Z7 e, P5 U2 d/ X; b& G& r* x+ X' cB、优点：
对于变化缓慢的被测参数有较好的滤波效果,
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
% f; h) w8 T2 L0 s0 r9 sC、缺点：
对于快速变化的参数不宜
) C( ]# {& Q- C9 V6 Y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

0 M5 B) Q* d. v0 C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
B、优点：
继承了“限幅”和“消抖”的优点
; m" o. w  D" g0 L, Y( h3 N改进了“消抖滤波法”中的某些缺陷,避免将干扰值导入系统
C、缺点：
对于快速变化的参数不宜


0 L0 {' S/ i7 I5 B* ?第11种方法：IIR 数字滤波器
) w7 C  m" R" p) O
( C  M, \# w+ q% f  a$ l$ t$ t' uA. 方法：
$ n, `% ]& [) e4 Z8 R9 Y5 n6 o. l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)
' j  D2 Q% k) w; Z1 U
B. 优点：高通，低通，带通，带阻任意。设计简单(用matlab）
7 ~# H, B: j3 L( k& C) @C. 缺点：运算量大。

jin_geda