[原创]软件滤波

xjq2005

软件滤波方法
% _  V0 V( b& }3 E- h
第1种方法、限幅滤波法（又称程序判断滤波法）
: j* V' d7 i- }1 a7 d, TA、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）
1 {) g! V8 \7 L+ C# `  Z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
7 {8 h( s$ a7 e( K7 ~' L$ W) Z. 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
' A; z0 O8 m9 m- PB、优点：
能有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰
( r  d5 Z7 \9 gC、缺点
) U! d- d' v% g, I5 V$ P无法抑制那种周期性的干扰
  e: x* [' q$ w# Y' a平滑度差

  Z+ @9 |1 s0 t/ ]第2种方法、中位值滤波法
/ c  G& K6 @8 E% S* _  x) v5 UA、方法：
+ s( C6 Q; ?* O% g8 o8 @连续采样N次（N取奇数）
5 E) o& c8 D2 f2 w& n) Q把N次采样值按大小排列
6 \9 B/ v% ~& Z- _& H6 h' B取中间值为本次有效值
B、优点：
能有效克服因偶然因素引起的波动干扰
6 Y" n6 b" S# c$ b! m对温度、液位的变化缓慢的被测参数有良好的滤波效果
: v! C7 \# W$ `) ^% `; rC、缺点：
对流量、速度等快速变化的参数不宜
9 N* W0 j& g3 i( _2 i2 f1 u
第3种方法、算术平均滤波法
$ z7 c: a; h( `A、方法：
连续取N个采样值进行算术平均运算
# ^: V% Y: l+ w6 V+ DN值较大时：信号平滑度较高，但灵敏度较低
+ K3 Z' a: b6 y9 u8 A9 ^( RN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
B、优点：
! D) f  x; n9 Z# A- ~7 m适用于对一般具有随机干扰的信号进行滤波
6 _- I( x! V2 U7 S% z( `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
' [! B1 p. O# V. ^7 l4 |+ c& cC、缺点：
1 h( O3 {  s5 q& H2 @, t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
$ M& D0 \! I; t2 t( v: |
第4种方法、递推平均滤波法（又称滑动平均滤波法）
A、方法：
. E- |- x* H0 f( `% }把连续取N个采样值看成一个队列
* a9 q2 ]; o" R4 }$ Z3 }& e队列的长度固定为N
9 \' \+ y( }* ?2 s8 L, U& |6 u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)
4 _! y6 ~) g& ^, C3 l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
9 ?6 @9 O( i* s: \* B9 IN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
8 D0 v1 }2 o5 p适用于高频振荡的系统
C、缺点：
灵敏度低
* ]( u5 J9 `5 t4 r5 o对偶然出现的脉冲性干扰的抑制作用较差
- w* k9 W. a- D5 n! X; G% S/ S不易消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差
2 J1 ?2 @( m1 o, ~4 V不适用于脉冲干扰比较严重的场合
比较浪费RAM

4 U2 M" r1 s0 P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：
' C0 c) o5 e- f; \' ^3 E7 R: M: x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
' E& ^8 B1 X- Y1 J" G, f/ yB、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：
测量速度较慢，和算术平均滤波法一样
比较浪费RAM

+ x2 `, m- v# X( O( R, K
第6种方法、限幅平均滤波法
- `$ U1 `, L6 B) r& C% `A、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，
0 y7 h% q3 ^8 p$ }再送入队列进行递推平均滤波处理
( n% v9 |/ d' K! SB、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

' @5 d2 P) j9 E: m/ S8 i$ R第7种方法、一阶滞后滤波法
. o' G5 i1 I$ xA、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 `% e9 @/ M* W# qB、优点：
* B+ v: G6 O+ V7 y+ D/ V8 b# i对周期性干扰具有良好的抑制作用
6 G; d4 c- K; p+ x1 |适用于波动频率较高的场合
, Q* m- ~; w) L% f0 o. RC、缺点：
4 b6 v: m  P5 {相位滞后，灵敏度低
! M0 f! [4 s- ?( [% }2 Z) k5 \滞后程度取决于a值大小
" b# ~  ?- v. f5 V5 K- g不能消除滤波频率高于采样频率的1/2的干扰信号
* b1 O) r0 E# C- G6 h5 V
第8种方法、加权递推平均滤波法
4 [1 ~3 }4 c# c4 o$ |! YA、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
+ x: A( g. F+ c& [通常是，越接近现时刻的数据，权取得越大。
: e: \3 J) c" c+ N- ~7 h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
/ c; V2 e4 ]" o- Z; `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
C、缺点：
: S6 G& D8 ~1 R/ l7 r9 \对于纯滞后时间常数较小，采样周期较长，变化缓慢的信号
. e$ `1 d  e3 v% j6 `- X$ g不能迅速反应系统当前所受干扰的严重程度，滤波效果差
  ?% n- ?- `3 T$ S- R) c
% s  H& Z# y2 I. ~第9种方法、消抖滤波法
1 X. b# @1 q# E3 w' OA、方法：
7 K( a  q* }. G$ _5 a2 `设置一个滤波计数器
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
& t# j9 V$ a3 a* F7 a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
& @; T( f6 Q4 J$ JB、优点：
9 |1 [6 q( a: ]. L0 |9 e0 n" Q对于变化缓慢的被测参数有较好的滤波效果,
# P& a9 r5 _  K6 l* v9 @9 s. Q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
: e2 Q9 A2 |" F+ t( a3 E! VC、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
: Z0 Q. F* J: `) T3 K
' H9 s6 ~* U" a  T9 b第10种方法、限幅消抖滤波法
3 h! W" P8 L7 }& T2 yA、方法：
相当于“限幅滤波法”+“消抖滤波法”
! w3 m; D. E0 t: {. s! w* `& _先限幅,后消抖
: {0 {3 R: f' `/ M! GB、优点：
继承了“限幅”和“消抖”的优点
& L* N' U+ m1 D6 o改进了“消抖滤波法”中的某些缺陷,避免将干扰值导入系统
; ?! W( z$ h( mC、缺点：
4 Y7 h, ^& r. g+ x0 [对于快速变化的参数不宜


; w; F- h# \8 x% A% k+ v第11种方法：IIR 数字滤波器
* X1 I( G  F) B% C% [/ X$ `( H
% E  x; h" ^- k6 L) QA. 方法：
% G- c2 ?1 u; }1 f  R% o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)
" _; o  f: C- B$ n
, J7 A  C/ p) a/ ~, c0 r) o& C7 fB. 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