[原创]软件滤波

xjq2005

软件滤波方法

& N, k; l! r5 q, j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）
每次检测到新值时判断：
" H1 n8 B2 `6 R( A! |. u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
B、优点：
能有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰
$ J0 ~+ d  c( ^' }1 \9 A9 xC、缺点
" K* e# T+ Z+ s9 q3 z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：
1 y* i0 L, F5 ~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：
9 K9 |6 g  o! ]能有效克服因偶然因素引起的波动干扰
4 u! \7 _5 g/ J/ N; V/ n3 B0 _% O, E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

第3种方法、算术平均滤波法
0 ]- L1 v4 \) ]' V8 {$ H# XA、方法：
7 r. s+ W  s) @6 b9 J* I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 `: H* f2 h  }4 l2 _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
% _( J" s$ O7 [8 ^$ f9 J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：
7 v/ o% [) U: f4 l, r: m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
  T- j" o+ E7 |6 d! ^5 h2 R  M比较浪费RAM
# v, b* p% |% ]
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
; h; w1 q' j0 R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)
8 G- D/ l" @6 a/ ^  e( h! i- z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
! f; [( G9 J& V1 Q1 V' sB、优点：
: y' f- n# {& j: }% K对周期性干扰有良好的抑制作用，平滑度高
! ]/ D, d! R# W# s/ H" v  \. 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
, |, g; C- z* Z# R6 b3 {比较浪费RAM
7 ?  Y8 K9 `! h* _) F
) R7 U" ]$ j) M+ H# d& L' A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）
& C' W2 y* L9 p0 I7 c' @- kA、方法：
相当于“中位值滤波法”+“算术平均滤波法”
; P" t" e# e2 }7 X连续采样N个数据，去掉一个最大值和一个最小值
* ~; D9 G' N: A然后计算N-2个数据的算术平均值
N值的选取：3~14
" ?& g! `% q" M$ I% p8 nB、优点：
8 R5 p0 N* ?  M  B融合了两种滤波法的优点
/ `' s3 h6 V" H9 y+ M. q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
; c9 ]) Q# g- `C、缺点：
- x' r* {$ a$ C" X测量速度较慢，和算术平均滤波法一样
& ^$ S9 {; R+ {: F3 S比较浪费RAM


% h! y7 k' K1 @# R5 h第6种方法、限幅平均滤波法
9 C' q. Y- M5 D- @5 yA、方法：
相当于“限幅滤波法”+“递推平均滤波法”
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：
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
6 f5 _$ m+ H4 r, q/ n8 |C、缺点：
9 \6 ?" Q0 C# D8 t' b- H& l, n7 }比较浪费RAM

* H4 y2 V, l% a3 |8 g1 u  C第7种方法、一阶滞后滤波法
A、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
& |; {% Q! u8 _- [, nB、优点：
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
- n5 b# w1 E0 B- ZC、缺点：
) h! \. W) X0 |; [# ?9 o  M1 d9 E相位滞后，灵敏度低
滞后程度取决于a值大小
4 }- v2 ?+ U6 C6 A) @0 N不能消除滤波频率高于采样频率的1/2的干扰信号

* B  p' q# i# A+ L第8种方法、加权递推平均滤波法
+ ]3 F: _" X" X  k6 H, c9 ~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。
: d7 w. {, T0 I7 P5 _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：
" F5 a% z- Y8 ?9 O0 J' r1 D) K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：
4 v. G/ H+ t% I: j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
5 D0 y! v9 U' u- z  I
- `$ s& v) D9 i, q: x# X第9种方法、消抖滤波法
A、方法：
# Q; M5 \3 M& X6 F3 {: p7 ?设置一个滤波计数器
- k! a% A: w4 _. o# ^将每次采样值与当前有效值比较：
. p" k2 f8 W5 J# p5 C7 k如果采样值＝当前有效值，则计数器清零
+ P" [6 ^% Q5 z+ V% [. j  f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)
& y/ X( z" [7 S" _2 v+ \6 F. I如果计数器溢出,则将本次值替换当前有效值,并清计数器
9 n; R, e% Q! J% l% WB、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
$ k  \, C; [- @2 n9 S" _: T* k8 EC、缺点：
对于快速变化的参数不宜
1 `' `0 V2 l* [1 X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
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
. k4 l7 {% S) r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：
7 o* ~/ E6 A0 g, }对于快速变化的参数不宜

. y4 t& Y( ~' n* s' K: h7 n
第11种方法：IIR 数字滤波器
8 z  E' j7 l3 W7 A- Y4 c/ y
A. 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)
# \3 j  x/ f* |& L( q' w# ]
B. 优点：高通，低通，带通，带阻任意。设计简单(用matlab）
* b8 V* w6 ]+ h' O; tC. 缺点：运算量大。

jin_geda