[原创]软件滤波

xjq2005

软件滤波方法
3 c7 g! l! W0 K5 f/ j& m' {
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：
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
* O' F, G6 Q; k5 E9 f9 KB、优点：
" x3 I, H" u7 X1 i能有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰
C、缺点
无法抑制那种周期性的干扰
5 a+ @8 _0 x  q& m- A2 ?平滑度差

0 s9 D6 y; `& N' J第2种方法、中位值滤波法
A、方法：
5 {* K5 b5 x( H! _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：
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
" o6 y3 N+ a$ ?& ]# f( nC、缺点：
! U" K, Q8 d* `, G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
A、方法：
4 ~8 B( F( h& _8 s7 |- S/ ^4 M连续取N个采样值进行算术平均运算
! Y9 x" N& x' ^( {1 w# o( UN值较大时：信号平滑度较高，但灵敏度较低
# e8 H8 ]; ~, o: ~9 i4 XN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
! h) F! |. i, v1 n! B7 v% UB、优点：
适用于对一般具有随机干扰的信号进行滤波
5 }& Y) |! b9 @/ k/ X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 S5 h1 E$ o7 K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
! Z, b2 u  j* C! K! ?/ w. A+ s比较浪费RAM
% n: W9 p/ i' S  i& Z
/ A; U5 }0 Y6 i+ k& c4 }第4种方法、递推平均滤波法（又称滑动平均滤波法）
A、方法：
7 M3 h+ c! Y& q, S  h把连续取N个采样值看成一个队列
队列的长度固定为N
1 R( h9 u* H  ^6 n2 G! n" P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)
" W( f. W3 N* V0 q. 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
+ a9 n8 L0 H3 VB、优点：
对周期性干扰有良好的抑制作用，平滑度高
8 n' B) I3 O; X5 v# ~适用于高频振荡的系统
C、缺点：
* x. V2 Z8 M* G. N/ e. F3 @# R, K灵敏度低
. z! q/ t6 t/ _2 v对偶然出现的脉冲性干扰的抑制作用较差
1 H+ f, k) t- N0 K3 n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
比较浪费RAM

3 }' e" L  A* j& O: r# q9 J. C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）
5 Y5 ]4 s* D* I$ B9 CA、方法：
* K6 Z* s+ k7 P, i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
6 [. D1 H; F) k2 l0 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
7 A$ q$ b- T, i7 w& S- a比较浪费RAM

& [. t) \0 R" H  B1 e+ ]& B
+ S: D; z6 _2 i8 D3 q# u第6种方法、限幅平均滤波法
! t' J4 ^" K' H. u4 ]4 \# [6 ^& gA、方法：
相当于“限幅滤波法”+“递推平均滤波法”
. ]+ d8 }# V2 C每次采样到的新数据先进行限幅处理，
. i* p! a8 M5 n" d2 f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
$ N6 b+ z/ c% T8 ?C、缺点：
: c1 e' {6 D! I  ?- L$ g  s) P比较浪费RAM

第7种方法、一阶滞后滤波法
A、方法：
* G& M0 a+ v2 j2 n. @  _2 g1 r; _取a=0~1
; |" P4 F" M: j: L6 f6 A  v& f$ d$ f本次滤波结果=（1-a）*本次采样值+a*上次滤波结果
3 {9 v! a0 i/ zB、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
+ ?0 N, r9 e! @7 Y: zC、缺点：
- O0 b& ^  z! d( H5 A& c3 k相位滞后，灵敏度低
滞后程度取决于a值大小
4 X8 o/ C3 L7 G& D: j5 o/ n不能消除滤波频率高于采样频率的1/2的干扰信号

* q* t6 f& _- g/ u$ l2 Q! U第8种方法、加权递推平均滤波法
$ r8 B3 l. t% K& c) G2 Z7 SA、方法：
) Q$ r3 V+ t( 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
& q2 q8 {! s7 ^% X7 ]: R通常是，越接近现时刻的数据，权取得越大。
: C. c3 C& T9 |& Q5 k6 l: U) u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
# j  k5 {9 Y2 @/ B3 zB、优点：
. [1 d2 |+ _8 \& R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
/ o* t( F2 H" @7 k4 t* CC、缺点：
  l3 r* R' f) Y1 b" G  T% v: `. Y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
) q. F, P; A% A* `' k0 J
4 |  I* W! ?3 X" n第9种方法、消抖滤波法
A、方法：
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
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)
, T8 a$ f5 v' ~) x( y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：
7 ~& M; U' U( Q% ~0 T对于变化缓慢的被测参数有较好的滤波效果,
3 }* v# v4 Q( v% ]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
6 T  Q$ @) B" q. aC、缺点：
对于快速变化的参数不宜
% B7 ~, {: P" s# P5 f9 C) A$ b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

+ Y9 J; g! p. A# y% R3 e$ p2 M第10种方法、限幅消抖滤波法
( P. _5 {: ^2 n+ ~& T$ IA、方法：
& ~0 ^0 H0 z, ?; f9 z- C* g相当于“限幅滤波法”+“消抖滤波法”
' o" ]1 D1 w" o5 O4 D* E7 k$ H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
2 D5 `2 J6 @: ?! H+ M3 ~- S1 p/ ~$ fC、缺点：
9 w1 Z7 {: w! f* ^对于快速变化的参数不宜

" Y2 ~( X$ }2 J: g0 ~4 d/ t2 o5 T
. G/ @0 {( O/ L! e: [2 ~. j! G# j第11种方法：IIR 数字滤波器

  m: J0 C4 x. u# r2 [- iA. 方法：
$ U6 ^9 I6 X2 i4 r/ B3 K- }- o5 [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)
; v1 N$ q+ l" `
B. 优点：高通，低通，带通，带阻任意。设计简单(用matlab）
% B$ x3 D' g) o# b/ F3 }+ J: c" v: T2 BC. 缺点：运算量大。

jin_geda