[原创]软件滤波

xjq2005

软件滤波方法

第1种方法、限幅滤波法（又称程序判断滤波法）
A、方法：
( D7 w! H0 z- f+ t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：
0 [# Y5 H+ U! F6 q8 v8 P  P如果本次值与上次值之差<=A,则本次值有效
' I( X, O5 v7 Q* L! p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
4 ]; `* g. B$ W7 e1 ]B、优点：
能有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰
$ i# M) r2 e5 u: d# l$ LC、缺点
无法抑制那种周期性的干扰
平滑度差

第2种方法、中位值滤波法
0 v0 R- L* `& K4 x+ t4 N  ~: k0 vA、方法：
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：
' y+ A+ y) [1 C4 A: F, y. R7 \能有效克服因偶然因素引起的波动干扰
9 N( x, E- \$ t, Y2 f# K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：
4 `# |. h; D7 B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：
! T7 H0 ^+ H2 J" |; v+ S1 E* w$ Q3 i连续取N个采样值进行算术平均运算
, k! B' X4 p4 N3 i! p. j8 |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
- ^# a* J/ o) _8 ]N值的选取：一般流量，N=12；压力：N=4
  D! v+ G: ]3 _! y- [. nB、优点：
+ V" D2 c6 Z, {适用于对一般具有随机干扰的信号进行滤波
+ l6 y2 o- q/ f8 m' Y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：
8 O6 X7 G( [( z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
" }2 @# H4 X+ Q; D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）
A、方法：
1 |+ z6 z- l: N8 P把连续取N个采样值看成一个队列
8 F$ M3 t9 v, Q  U4 b队列的长度固定为N
; E' \: |% I5 K! V  J" F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)
+ o4 d* Z8 v9 Z" L% 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
: [# y3 k5 S; o% RN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
9 g) B5 V* [, NC、缺点：
灵敏度低
3 h8 X  S. u5 D3 D5 t" E/ v对偶然出现的脉冲性干扰的抑制作用较差
, B4 a; R" Q6 O$ {2 m不易消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差
! A& q' H2 o+ a9 U: p) Y# R, Z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）
A、方法：
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
8 I/ C0 E$ ?- \& y1 u- Y8 F0 F. H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：
/ Q8 L+ {  a# Y- P6 S# N, i测量速度较慢，和算术平均滤波法一样
2 f/ J0 j9 D7 M2 c* o比较浪费RAM
. t4 \( z( K5 W' h+ S4 E9 [

6 w3 q! v, e+ x( I2 S第6种方法、限幅平均滤波法
A、方法：
: d! u# c5 u6 D8 n4 k3 W' g; v相当于“限幅滤波法”+“递推平均滤波法”
4 W6 \! I( o: K# e& a+ a, c5 Y8 B每次采样到的新数据先进行限幅处理，
6 O; \( |; D! c' J; g再送入队列进行递推平均滤波处理
# f5 a% G+ `) _) B8 O; C- wB、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

/ o4 U! V0 l* `6 z9 n第7种方法、一阶滞后滤波法
A、方法：
取a=0~1
. G9 V3 @2 f1 Q; A- r: t本次滤波结果=（1-a）*本次采样值+a*上次滤波结果
8 X/ r5 C6 Z+ xB、优点：
# r( r4 o  q7 k6 P& i对周期性干扰具有良好的抑制作用
0 v8 v" B% C7 W- Z适用于波动频率较高的场合
C、缺点：
$ M6 W4 F3 r  a) _9 Z5 p4 G8 R  B相位滞后，灵敏度低
# \8 Q1 J. c6 n) g9 S* q2 r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

( g. E. m5 o8 ]4 c( c第8种方法、加权递推平均滤波法
2 R7 T4 c8 \+ L8 z2 G" u3 F) E8 v( LA、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。
- x/ u8 w% F# b0 U6 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
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
% g& m7 D3 v1 _# @' d5 i' O1 @C、缺点：
6 X2 x  S( K  n0 ^0 V. R5 A1 N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

第9种方法、消抖滤波法
: |; J3 m) ~" C) ^9 F) a. bA、方法：
1 X5 U$ D* s* i6 U4 B设置一个滤波计数器
将每次采样值与当前有效值比较：
. \+ K0 Z- {+ m/ Y$ \- n# m如果采样值＝当前有效值，则计数器清零
9 Z( {- K/ X' V; s# t' U8 b& M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
* z) D. g) a0 Z# iB、优点：
8 y) L" N+ W3 u& K  F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
' A6 ^. t( M4 v' ~  t! [' }C、缺点：
6 G( b# p6 x+ g, q# A( E. ~1 S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
; ^' A7 D: C" O# A& wA、方法：
相当于“限幅滤波法”+“消抖滤波法”
1 L" U2 R& E  [$ e7 R5 Q先限幅,后消抖
B、优点：
继承了“限幅”和“消抖”的优点
8 m% |9 q% r/ ^9 o: G# A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

% T* ?7 t4 U) Z2 O
& h! u' L; p2 E) j第11种方法：IIR 数字滤波器
: q- F& ?. X3 y8 j4 x% l
: @( A4 Y, |! d3 n9 vA. 方法：
# f5 a. e: ^2 \# N/ H  w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）
' @( d6 h2 w3 _; C9 {# @$ |C. 缺点：运算量大。

jin_geda