[原创]软件滤波

xjq2005

软件滤波方法

: c. S* b: p8 `( V' w7 W# K% 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）
) v& @6 O: e$ O( {/ N每次检测到新值时判断：
" ]* N+ t0 ~: h) W- z% [' Y3 Z" 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
) j6 Q. n3 H9 c/ B  _* QC、缺点
- H. ~$ r2 J1 L% X0 |无法抑制那种周期性的干扰
( D, D; e& b8 ?# d2 F2 ^: G平滑度差
8 Z+ B3 ?, t. I/ V/ `" ~
第2种方法、中位值滤波法
A、方法：
4 [& Z3 u5 v# i; N2 U连续采样N次（N取奇数）
6 r# G: O9 [8 e0 S: B6 U1 O把N次采样值按大小排列
取中间值为本次有效值
B、优点：
4 N+ l' J% T7 [1 A6 O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：
对流量、速度等快速变化的参数不宜

/ ~3 b: ~- F! k+ p& U2 y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% E& l" K0 T3 P: E  C  @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
' Q4 t/ J! M! W! F' P& j1 `1 iB、优点：
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：
5 P) N+ W& U1 c3 ?! }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
; v8 Q/ k  d/ ^3 G比较浪费RAM
3 l1 T/ p$ N( L5 C
0 I( _) H" V& [- o) t3 `2 U第4种方法、递推平均滤波法（又称滑动平均滤波法）
0 _. F4 q4 \4 `  P3 AA、方法：
: G7 b' g9 }; x% V9 d把连续取N个采样值看成一个队列
; a! ?2 ?5 q" I! O8 q$ I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
N值的选取：流量，N=12；压力：N=4；液面，N=4~12；温度，N=1~4
  o1 G. c% J% m1 V- zB、优点：
+ \8 k9 S, S( A$ A) }* d  F" v对周期性干扰有良好的抑制作用，平滑度高
$ ~/ z  T4 S! p, x适用于高频振荡的系统
* \; T# M1 X- u! C' c1 nC、缺点：
! T7 p# H4 _4 z: a- M- m# t% H6 d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
: R6 b9 _2 O1 R- |  _不适用于脉冲干扰比较严重的场合
' |; I! \$ z! t5 K% @1 _9 r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）
( o; Q8 `, @+ `1 n4 n6 ~( {; hA、方法：
相当于“中位值滤波法”+“算术平均滤波法”
$ {* {7 E" e" r: w0 D/ C连续采样N个数据，去掉一个最大值和一个最小值
: T; r+ M. v3 v) |0 N8 \. e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：
- o9 V& L( e0 F0 b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
C、缺点：
% r6 b) m5 u: ^: q. n/ G4 Y/ m测量速度较慢，和算术平均滤波法一样
8 k- N8 j* {) H" p比较浪费RAM


第6种方法、限幅平均滤波法
1 [6 o- ^0 k4 A8 hA、方法：
: _4 N8 U) Z" N8 A7 @4 |6 {相当于“限幅滤波法”+“递推平均滤波法”
2 i- a+ G" c5 U( \/ n每次采样到的新数据先进行限幅处理，
$ M4 ^# P  `! z. [0 i* h6 ^再送入队列进行递推平均滤波处理
) _; j$ q4 ~& c) b2 NB、优点：
: x! ^9 n, @: m* Q$ G9 I融合了两种滤波法的优点
. `" B- Z. q/ l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：
4 S, u0 G4 L. z3 c- C( |& o比较浪费RAM

  B0 G) F% v7 P: {$ y/ R* S第7种方法、一阶滞后滤波法
- K4 ?6 X5 j9 d! m" SA、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
8 c3 l% e: x8 Y  t' P& bB、优点：
对周期性干扰具有良好的抑制作用
7 k; R( d& G& e7 S) i5 K; t适用于波动频率较高的场合
9 y2 Z4 P* O7 _, j* gC、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

* t! H* w# A- ?5 D; X: U第8种方法、加权递推平均滤波法
" w! a( |) s0 @* `: M9 vA、方法：
. B" z0 L1 q6 `: `& g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
) e* F6 X! @  b! Z, ZB、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
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
7 _3 `6 x0 N" `+ ^0 q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
4 ^& O" J, O9 X7 u. B, E/ J: [( GA、方法：
- v5 x# _1 v& ]. ^设置一个滤波计数器
将每次采样值与当前有效值比较：
, K: d/ _6 j( o! {如果采样值＝当前有效值，则计数器清零
2 ^; @: y5 I) S: x: t5 i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：
" Z0 e( a  Y0 t3 O对于变化缓慢的被测参数有较好的滤波效果,
1 b, V2 K( h! {: M) B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：
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

第10种方法、限幅消抖滤波法
1 e; M3 Z6 F( WA、方法：
1 n; d$ W/ A. z' U/ G" X$ s相当于“限幅滤波法”+“消抖滤波法”
2 d, z8 w7 k( z# m+ m( R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
C、缺点：
" [! g* Y: A4 W& V, ]. b6 W对于快速变化的参数不宜


4 h5 {! }1 P3 m6 F6 i8 p第11种方法：IIR 数字滤波器

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 E" v; ?7 f  k$ ]' |- O* ^$ M
0 b; u0 {5 k( R, R' ~' P" uB. 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