[原创]软件滤波

xjq2005

软件滤波方法
3 E( n  g1 _' j! S9 N
# ]; @, U: ~1 n8 f" v/ f: u第1种方法、限幅滤波法（又称程序判断滤波法）
$ ^9 k3 S- Y" P, ?A、方法：
: o( ^6 F+ \" y0 P+ D9 k+ |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：
如果本次值与上次值之差<=A,则本次值有效
& M( |! y% h5 {$ k* o7 G. d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：
5 `, a2 \" q/ u) i- U能有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰
0 q; }" {8 P$ ?, f5 j4 w+ h! VC、缺点
) ^5 Y& v- H- d, v无法抑制那种周期性的干扰
平滑度差
. r( \0 w; A* Z3 T% q/ \2 }
2 H3 J, P$ N+ o* A) o+ q第2种方法、中位值滤波法
A、方法：
连续采样N次（N取奇数）
6 X: N% s; q  v- P; }* \# y4 b把N次采样值按大小排列
1 v, ?( m  C4 \  t! j, z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
对温度、液位的变化缓慢的被测参数有良好的滤波效果
: V, T  o$ W2 r# CC、缺点：
- c& m7 c; ?) ^$ w2 g2 r# ^对流量、速度等快速变化的参数不宜
$ Q# Z5 Z1 O. E/ e( s9 s0 ^
8 }, g4 ~3 X: W7 h' H' u- S  C  ~6 `1 B& }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值较大时：信号平滑度较高，但灵敏度较低
, r% F0 O. s0 eN值较小时：信号平滑度较低，但灵敏度较高
$ n' r  p1 @8 @) v  X3 iN值的选取：一般流量，N=12；压力：N=4
8 n3 G2 ~' p, q8 W3 f& oB、优点：
3 |) L" g2 D! V: r适用于对一般具有随机干扰的信号进行滤波
$ y9 r$ ~2 l, s" [" ^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
) {6 P8 o, [) m7 c' w# Y6 pC、缺点：
/ ]( f; o1 O) f4 `5 A3 P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
) l0 h7 X0 b9 R5 a: l比较浪费RAM

' s7 |, l, ]4 G第4种方法、递推平均滤波法（又称滑动平均滤波法）
/ o: c* I- e4 M: _6 ^A、方法：
把连续取N个采样值看成一个队列
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
B、优点：
对周期性干扰有良好的抑制作用，平滑度高
适用于高频振荡的系统
7 T3 W- }9 k1 J1 _+ QC、缺点：
( M2 `) c& }3 L4 E1 D" ~$ f, i$ O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
2 p6 I4 \& f# E6 ]6 R8 S+ U* J不适用于脉冲干扰比较严重的场合
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）
( g& G+ U) c% r# }5 w  h/ Q+ mA、方法：
相当于“中位值滤波法”+“算术平均滤波法”
! H0 E9 n" h3 k6 ~. g( F7 h( s  e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
7 s2 I5 K$ v, X1 p& @3 h  I. _' QN值的选取：3~14
B、优点：
融合了两种滤波法的优点
( j4 H/ D' }3 N5 A( [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
7 C: S* _2 m, ^3 K% e! LC、缺点：
1 q; M# p, n7 [" q测量速度较慢，和算术平均滤波法一样
比较浪费RAM
  S7 f) t: h+ S. y" T2 q
& O# P9 R# m/ a, U, u
第6种方法、限幅平均滤波法
A、方法：
9 F3 T9 G+ q* \! `$ e6 w1 }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，
6 J' R4 I! r1 ~5 z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
  a* i3 N' _- z; t9 ^C、缺点：
比较浪费RAM
% G, N( A4 X5 S: e2 Y
5 [8 B& W8 T  }( |5 ^) L+ V第7种方法、一阶滞后滤波法
A、方法：
, G, i" _6 r5 S" t* k/ E* B取a=0~1
本次滤波结果=（1-a）*本次采样值+a*上次滤波结果
" _% c7 C0 X' r6 U3 Y& nB、优点：
  i1 r  n2 K/ K" {- E! y0 _% q对周期性干扰具有良好的抑制作用
! R4 p( P7 w  }* m1 {/ b. F适用于波动频率较高的场合
C、缺点：
2 W  [8 O7 w7 a6 C( E相位滞后，灵敏度低
5 I( m- ~& k' u: C: f滞后程度取决于a值大小
+ ?% N- l3 C/ P! ^) ^6 ^不能消除滤波频率高于采样频率的1/2的干扰信号
0 a  t: K1 d, k9 F. N9 }
! K, I( P) b8 o第8种方法、加权递推平均滤波法
A、方法：
4 a0 z" X. _" E/ \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
& o5 h! [4 Q. Z/ j" h! V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
B、优点：
适用于有较大纯滞后时间常数的对象
; b0 J* k3 k* i7 i5 q2 N( m2 d和采样周期较短的系统
$ R8 v  u  h, V9 sC、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
不能迅速反应系统当前所受干扰的严重程度，滤波效果差
( y( n2 O9 A" A  J* s
第9种方法、消抖滤波法
* @+ u, Z+ @. E* B3 @A、方法：
设置一个滤波计数器
- T4 x: y( O6 S( t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
) J/ D7 a. k9 f0 }( t; J/ a" H; 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)
% `7 K/ k5 h  A& N+ {4 S) L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,
; L. a3 U5 C( v7 E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
! `/ A2 |" u' E. y" y- IA、方法：
相当于“限幅滤波法”+“消抖滤波法”
/ M4 c" B4 q& b! T. J) K( Q' L先限幅,后消抖
. n% W: ~4 w( h/ H* ?+ G& ZB、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：
$ T4 r3 u* P4 J. B对于快速变化的参数不宜
5 C  i8 Z2 d" m$ P, k

第11种方法：IIR 数字滤波器

8 [! |. W$ h: ]6 q3 w. o' f5 Y8 ?A. 方法：
0 A1 J' i; N# @, q5 N# y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)

1 P3 s( p6 Q" `$ v& s; IB. 优点：高通，低通，带通，带阻任意。设计简单(用matlab）
2 ~3 e" c) ~$ \! Q, s, K% g; lC. 缺点：运算量大。

jin_geda