[原创]软件滤波

xjq2005

软件滤波方法

) ~; _7 S% F6 K; ?% x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：
( m2 y5 _! c( J, i如果本次值与上次值之差<=A,则本次值有效
- d* i/ }. N: j2 w% f! l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
C、缺点
' X3 D- _- }' l% L无法抑制那种周期性的干扰
# T0 M& y; u, p. V9 g1 q/ J8 ?平滑度差

" W0 B4 F6 ~0 }7 w% p6 v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
( g+ w! N# X0 O) Z, ~( h: ~取中间值为本次有效值
B、优点：
0 l! q6 I  F* C& Z$ b3 B2 }能有效克服因偶然因素引起的波动干扰
- O9 R, p; i2 P" |0 n) t% I& n对温度、液位的变化缓慢的被测参数有良好的滤波效果
( O3 @3 @8 A4 L* U* iC、缺点：
对流量、速度等快速变化的参数不宜

% f$ {5 I1 B9 V第3种方法、算术平均滤波法
+ A8 M3 n& c0 _9 U! d; @& LA、方法：
, U, d8 R* c0 E' n连续取N个采样值进行算术平均运算
6 K7 O9 p% D( Z+ {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
8 u7 ]$ d( t) o0 o0 E# ~6 yN值的选取：一般流量，N=12；压力：N=4
: d  c8 O  a  P4 s! \+ `B、优点：
适用于对一般具有随机干扰的信号进行滤波
4 X- |/ L) j- }' E4 f* R. f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
( r9 K( s3 W, C) mC、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

第4种方法、递推平均滤波法（又称滑动平均滤波法）
+ ^- d$ s2 Z  S) nA、方法：
把连续取N个采样值看成一个队列
# E% J9 T: ~3 [$ L& _! U" b* g9 E( }队列的长度固定为N
; @: `& s8 Q7 b) [' l! ^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)
: T  A* ?; a8 ~7 O6 Q: J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
. Y7 {( i! Q8 T) ~# NN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：
% f3 A& I, e5 k- t/ @; O对周期性干扰有良好的抑制作用，平滑度高
9 q8 m, M! M+ j$ i' v适用于高频振荡的系统
C、缺点：
灵敏度低
6 ^# ~: E6 g! ^对偶然出现的脉冲性干扰的抑制作用较差
4 e+ [( ]5 S: z9 e0 u  Q不易消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差
% Q: E4 I. b: @不适用于脉冲干扰比较严重的场合
8 I! \% w) ~5 z, o( n; I& J比较浪费RAM

$ @  X7 z' P" E! r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）
3 ^' {% A; p. tA、方法：
相当于“中位值滤波法”+“算术平均滤波法”
0 I. }1 y+ L2 ^' x0 U+ c" A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
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：
- o+ W% l$ O% o3 T测量速度较慢，和算术平均滤波法一样
' V; H' A) z+ |比较浪费RAM
1 ~- d% I( }# l. F

9 Y) \6 J' R6 \* P' y第6种方法、限幅平均滤波法
A、方法：
) m% f5 n5 r8 k- a5 p% q& v* a! S8 A+ y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，
' c% j, U( ]; S  [) O( x再送入队列进行递推平均滤波处理
, k' g# D; p5 g% CB、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
C、缺点：
比较浪费RAM

第7种方法、一阶滞后滤波法
! t9 o* A+ i! ?8 D7 [  L, ^! a' bA、方法：
取a=0~1
/ _0 H! J' h1 h/ b5 A1 f# P1 Q本次滤波结果=（1-a）*本次采样值+a*上次滤波结果
B、优点：
对周期性干扰具有良好的抑制作用
5 t. f, @7 B$ B适用于波动频率较高的场合
* |3 T* j: T1 F3 ^' KC、缺点：
相位滞后，灵敏度低
( |6 [" r* w  M# m, P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

第8种方法、加权递推平均滤波法
' O- L* E$ F, A$ Q7 E! c% ZA、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。
- s5 W: f( e& }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：
7 X5 }8 r/ ]0 ?) u+ I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
! P* ^9 z7 V& z& q# HC、缺点：
3 d' G, Q  r& p8 z! m2 O* z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
* U7 O+ s0 [2 t6 u# f+ y/ i
第9种方法、消抖滤波法
A、方法：
设置一个滤波计数器
0 k: G+ S, g! C1 r& \4 d+ V将每次采样值与当前有效值比较：
4 Q" J9 T9 \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)
1 W% X. I4 @9 G, [+ L$ S如果计数器溢出,则将本次值替换当前有效值,并清计数器
% a3 O9 e/ j8 u1 N* Q3 yB、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
C、缺点：
对于快速变化的参数不宜
7 u6 X% n4 T: {+ E( E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 p/ q, p9 Y& M8 Q* g' m第10种方法、限幅消抖滤波法
A、方法：
( q& s1 g1 t4 m" ^7 ~相当于“限幅滤波法”+“消抖滤波法”
4 G: G! E+ {' M# W: {+ o6 w先限幅,后消抖
( R/ E+ g" g0 p: w, b8 F# Y3 wB、优点：
% d+ @2 x/ V- X8 W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：
对于快速变化的参数不宜


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)

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