[原创]软件滤波

xjq2005

软件滤波方法
% C: G- E0 T% d4 w2 `% a
( N4 R! K* e, ^' o1 ]1 L第1种方法、限幅滤波法（又称程序判断滤波法）
A、方法：
% ~: e/ J% l, v# O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：
. m2 H( g$ N" e, _: o0 ~0 ^: L4 H如果本次值与上次值之差<=A,则本次值有效
* n- D8 u0 `, k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
2 ?: G! E3 c: l! O0 sC、缺点
无法抑制那种周期性的干扰
; T+ j' r$ _/ t% _# z8 S7 C6 f) F# q平滑度差

第2种方法、中位值滤波法
A、方法：
) g) r/ C' \& O/ d" Y9 o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
7 z' A6 O3 l& Y$ V. j' SB、优点：
8 x% J9 f; v* \4 C! p+ g能有效克服因偶然因素引起的波动干扰
- p* \6 y7 y  h  S9 s6 ^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：
对流量、速度等快速变化的参数不宜
' G+ A+ E8 ?1 n5 r  e1 i
第3种方法、算术平均滤波法
A、方法：
5 S9 y. S7 W  H3 r8 d4 |  c- g- \2 t连续取N个采样值进行算术平均运算
( `0 M; {' g( ~4 e* ^; \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
; u1 W& N" |  h( G% ~N值的选取：一般流量，N=12；压力：N=4
B、优点：
- E/ T$ M7 j: Q& U2 h* B* h# g适用于对一般具有随机干扰的信号进行滤波
# S0 z9 a! c; V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
9 r, X+ z) H7 H, h5 _' qC、缺点：
+ A" O) f# W5 M2 O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
! R/ |4 w' O( a比较浪费RAM
; _  N: W/ e& g1 m
5 E9 Y, _1 P" {. K! z( [  K8 a第4种方法、递推平均滤波法（又称滑动平均滤波法）
. M4 }3 h$ ?. JA、方法：
6 ]* ?+ _7 e0 U& _, O把连续取N个采样值看成一个队列
/ I- N0 H( g4 }. F2 I; w$ n. `' B队列的长度固定为N
4 x; f& V# e' @3 B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
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：
  l6 ]) O; @; p# d+ b对周期性干扰有良好的抑制作用，平滑度高
" r1 m9 n3 V6 y, M适用于高频振荡的系统
% v+ ?/ z& F. J- Y" KC、缺点：
& a% j1 s/ B$ y0 \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
! p3 C9 x. {1 I7 s
$ _3 Y) W$ D* H0 I& T/ Y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：
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：
$ q0 m; @4 @7 c% N% ?, Z融合了两种滤波法的优点
/ |% v3 g* W8 O3 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
$ r3 n1 d1 D: V" n+ S0 eC、缺点：
测量速度较慢，和算术平均滤波法一样
比较浪费RAM


5 B+ ^8 L' ^' J, T5 k$ A第6种方法、限幅平均滤波法
8 R/ m% I1 t7 t) l4 u* W0 n, CA、方法：
相当于“限幅滤波法”+“递推平均滤波法”
% w8 ?- p: I: _/ D" O& v* ^/ ]每次采样到的新数据先进行限幅处理，
& {& j- r; {7 M' _再送入队列进行递推平均滤波处理
B、优点：
融合了两种滤波法的优点
+ O; Z4 J# U& T2 R! V% 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
( u, M9 h6 M+ O9 b/ I0 y9 bC、缺点：
& K/ o8 A+ ~- y5 K3 S# c# b6 ^' G比较浪费RAM

第7种方法、一阶滞后滤波法
A、方法：
2 ]' O( _1 r; C) M' e* p取a=0~1
! _  N+ ^3 [& y2 c# ]8 g  p本次滤波结果=（1-a）*本次采样值+a*上次滤波结果
( `0 _1 e" H2 ~B、优点：
对周期性干扰具有良好的抑制作用
2 t! F8 N" N6 Q7 Z* [5 s& N适用于波动频率较高的场合
% o2 W; x  V9 M9 n' [1 |! J# jC、缺点：
相位滞后，灵敏度低
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
" K# [) B8 x: ^% r2 }* {: G
* i/ W7 U' @2 s) a1 y/ ^' u% S" P5 w第8种方法、加权递推平均滤波法
! J  u5 H# e6 M0 x, \7 MA、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
) v+ q" M8 l9 p通常是，越接近现时刻的数据，权取得越大。
  Y) r8 ?7 N' a" [+ P0 v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：
# n5 R3 V$ c8 q# m适用于有较大纯滞后时间常数的对象
+ K8 K. \/ }' W% F) a1 F( b和采样周期较短的系统
' n, v( ?+ G7 N5 p; q  G) v+ yC、缺点：
# W) M5 F, K' @3 \( U" ^对于纯滞后时间常数较小，采样周期较长，变化缓慢的信号
不能迅速反应系统当前所受干扰的严重程度，滤波效果差
% b, s8 C; g  [
第9种方法、消抖滤波法
! O  A0 [1 D- I! _& b- ZA、方法：
设置一个滤波计数器
9 O  Z. J% l/ k5 ^* R2 \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)
如果计数器溢出,则将本次值替换当前有效值,并清计数器
B、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
9 H& r$ n1 d8 ]/ W, P5 [C、缺点：
6 p( j/ S7 Q4 L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
! W8 |  \4 ?1 B' Q5 O% l& z3 N3 _
第10种方法、限幅消抖滤波法
A、方法：
, J# ~) D# \; C9 S. I: N) P! n& p相当于“限幅滤波法”+“消抖滤波法”
  T% R; l' v  W' x& h' Z1 z先限幅,后消抖
- H9 n/ J1 @% F% y8 T- V: l% m; B, d- JB、优点：
2 K2 p- s, G: _3 B' V# N继承了“限幅”和“消抖”的优点
9 ~% h/ v5 C! Q  M改进了“消抖滤波法”中的某些缺陷,避免将干扰值导入系统
+ S) |; S1 y. v# H5 }; ?C、缺点：
" q9 Y, v' i2 h对于快速变化的参数不宜

& J  C/ P; Z3 Y) W! I8 v
第11种方法：IIR 数字滤波器
- C# I8 L- t) S0 l8 n; B
4 [* c" T% `5 Q/ O1 ^6 E; M2 |2 MA. 方法：
% ^# G) J; A8 a4 o' h7 V确定信号带宽， 滤之。
8 i, _: O; A, ^" ~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