[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：
/ Z# b! V# A$ q9 w4 F: T4 F2 E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
" B6 r0 R! Q; k. q! ?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
7 ~+ ^- J0 o3 X/ Q' j  DC、缺点
无法抑制那种周期性的干扰
平滑度差
0 v1 D6 C# m  v- B' k
第2种方法、中位值滤波法
2 ~8 V2 I; g6 |A、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
6 H3 V( e% @5 C% K3 T' _3 S% Y" RB、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
3 c( |, u4 v' X# z0 P* [C、缺点：
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
% Z9 w" _0 M) EA、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
N值较小时：信号平滑度较低，但灵敏度较高
0 G7 g/ d8 [" u! c: D- AN值的选取：一般流量，N=12；压力：N=4
B、优点：
适用于对一般具有随机干扰的信号进行滤波
- O2 X7 `5 D+ \2 L. }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
# W: T  u6 @3 b9 Z9 a# P3 U! iC、缺点：
* h# Y$ h! ]! Z) I1 B8 m. 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
比较浪费RAM
( I" O$ T$ x) m7 M& r
8 T8 e& [. M- K! \# D第4种方法、递推平均滤波法（又称滑动平均滤波法）
9 B$ C; V! X! y" L" G3 EA、方法：
* }% q7 Y* X+ M: R8 g$ o* U把连续取N个采样值看成一个队列
" t9 Z; P" ?1 p: p9 _0 m- C; h' Q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
& ~3 }' `1 X) i+ r# E! \B、优点：
7 Z; E; ]8 G; L6 J  p1 }对周期性干扰有良好的抑制作用，平滑度高
, x5 v; u' R) y! o2 I适用于高频振荡的系统
/ G& j2 T* |4 r- U5 |C、缺点：
灵敏度低
9 P* z3 t( m, T: Y. V9 }+ _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
0 P0 X) `; t3 _+ W不适用于脉冲干扰比较严重的场合
4 z: I8 {; [6 j) j: j* V0 `比较浪费RAM

2 x1 x( w; }# x8 V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”
( F" l, n" Y9 B- v2 L- d4 A连续采样N个数据，去掉一个最大值和一个最小值
+ Q! {3 o: a( I; u0 |3 \. l然后计算N-2个数据的算术平均值
N值的选取：3~14
% b2 ?) O% x% U. TB、优点：
. P7 }# Y  ?4 z( @; {融合了两种滤波法的优点
/ n! o9 s, @. m% M" B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：
2 u! O$ Z7 a4 ]( D9 X测量速度较慢，和算术平均滤波法一样
比较浪费RAM
; m$ b% L0 b9 n2 O

- {6 ~, a% |+ J: y8 J第6种方法、限幅平均滤波法
A、方法：
0 s% J6 F. \& q! i5 |0 l相当于“限幅滤波法”+“递推平均滤波法”
$ o, J; g: x: ~) q, L, c. T! N每次采样到的新数据先进行限幅处理，
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
/ I: v/ f3 G5 p# h& _2 M; G2 ?, `C、缺点：
" H5 u3 V$ B) }: z" }6 Q  `比较浪费RAM
! ~! K, s; d5 I! C7 n; `$ i5 ~
' P4 J# d- H+ a第7种方法、一阶滞后滤波法
A、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
' \; O* P. }6 N* ^B、优点：
对周期性干扰具有良好的抑制作用
7 `! _& Q: h; |. V适用于波动频率较高的场合
$ Z, u) e$ D) O3 ?# G5 B! ?C、缺点：
相位滞后，灵敏度低
! Y; K1 N1 F0 G3 ?2 G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
2 {1 H8 Q8 M7 A8 T2 j" l
第8种方法、加权递推平均滤波法
A、方法：
% r+ E, _5 ?3 I6 U2 l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。
9 y- Q$ G1 N; _5 T/ p9 S* W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
' Y, U$ f) _0 i- E( o" \8 m) ~; ]B、优点：
" O* W# e2 j, D  |  `2 m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
% e' ]6 H& g& c' [7 u7 t- P& w* iC、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

$ |' u+ e" ]" I- J, k& ]/ p第9种方法、消抖滤波法
A、方法：
# P# t% E3 @- D+ X3 X' C设置一个滤波计数器
: [1 [) }; ?2 C( k9 c* ?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)
如果计数器溢出,则将本次值替换当前有效值,并清计数器
% ]$ Y! b. Z8 a& E5 _B、优点：
! h$ P5 Y" G3 w1 q/ B2 K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
" w6 S! h4 x1 W3 }$ v9 sC、缺点：
对于快速变化的参数不宜
  Z" m% ~+ z' d; u0 M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 h; @) O$ S- T7 L
+ B; ~  y8 b2 T第10种方法、限幅消抖滤波法
A、方法：
相当于“限幅滤波法”+“消抖滤波法”
) K4 F- \, Z. y8 k0 @先限幅,后消抖
  h4 I$ [5 I* o$ qB、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：
5 Y' }) D  K8 l对于快速变化的参数不宜


第11种方法：IIR 数字滤波器
0 x9 l3 h1 Q. c4 O- o
! w1 O& }2 O) V' k, U% x) sA. 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)
" p+ f3 f. @; g* R9 U. o
2 S; a; j2 c' f3 hB. 优点：高通，低通，带通，带阻任意。设计简单(用matlab）
0 p8 }& o! h# V4 t  A# }. SC. 缺点：运算量大。

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