[原创]软件滤波

xjq2005

软件滤波方法
. k4 i- _; m# `' x( o2 B
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）
# E+ S; p9 f9 _. I- b4 B- T每次检测到新值时判断：
; U) Q2 Q8 t/ T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
B、优点：
, Q( g9 z' S# }" H# Q. l能有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰
C、缺点
/ p  ?' b: `5 w! p4 v% `' O( C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
" @% i& ~* [  E7 G) H- T  sA、方法：
连续采样N次（N取奇数）
( P0 [6 K! _0 U/ l' q6 G% p, G把N次采样值按大小排列
( E; n( J6 Z! K3 I. j) V取中间值为本次有效值
B、优点：
2 d! o# K+ ?/ e, t5 d4 ?能有效克服因偶然因素引起的波动干扰
2 w, t# p+ T% q9 O7 I对温度、液位的变化缓慢的被测参数有良好的滤波效果
/ |2 z9 j9 U3 P3 A9 r* n0 b0 BC、缺点：
' S3 D* @8 |/ k) n对流量、速度等快速变化的参数不宜

+ q! m4 K) g* }5 u. ?# r7 p第3种方法、算术平均滤波法
A、方法：
* c7 l6 s5 @+ X! D/ S1 i. H( i连续取N个采样值进行算术平均运算
9 \' J! a" x# J( fN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
) b! i4 |8 f8 j7 ^+ U2 i: ON值的选取：一般流量，N=12；压力：N=4
B、优点：
# J( ^, m! }7 j% ~( x适用于对一般具有随机干扰的信号进行滤波
! ]  W; g1 P  v6 C- c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：
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
3 m! O, ?& ]+ N, b" E
第4种方法、递推平均滤波法（又称滑动平均滤波法）
" v' O9 L- D  K9 [; U! tA、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：
% L- Z9 H) d! U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
C、缺点：
2 I. T- _0 C6 [2 ^8 R: ~灵敏度低
对偶然出现的脉冲性干扰的抑制作用较差
! T* Q# B& R" J$ i不易消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差
6 Q6 _* i) C! u- o不适用于脉冲干扰比较严重的场合
. _. I2 E* d+ u- C7 T' s- ~$ g比较浪费RAM
* t1 k# N- e) T& K  M' D
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）
' Y6 ?0 n- ^) H4 c% A/ S% `9 PA、方法：
7 m2 J1 q: U/ ^" O; ]( b相当于“中位值滤波法”+“算术平均滤波法”
/ I6 _2 q& D- }7 D7 |. m3 A- J连续采样N个数据，去掉一个最大值和一个最小值
% p7 j8 r# k0 l  n6 w. _1 A. c然后计算N-2个数据的算术平均值
N值的选取：3~14
! \# S1 p, m: k; R1 {5 s, QB、优点：
+ J* I9 m' ]( T9 E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：
8 g( }2 J! w- @! `% A: l测量速度较慢，和算术平均滤波法一样
, j6 `( K) F: c比较浪费RAM
( j0 t5 H$ D9 S8 i7 g& B

第6种方法、限幅平均滤波法
& v* P/ _$ C7 Q3 k) [A、方法：
相当于“限幅滤波法”+“递推平均滤波法”
" C' ~+ }( o/ ?" v6 _8 w: P& O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
5 ?( L0 L& I6 m  RB、优点：
/ ~: a# Z& U7 ^0 a; d$ o# c( Z融合了两种滤波法的优点
6 {& X( ]; H. R+ t. i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
: V: b+ n3 L1 h$ p3 X5 X0 a" ^C、缺点：
* x* K1 f  g: o( [) W. |3 U+ @1 a比较浪费RAM
9 ]; ~1 k' D' E; a
第7种方法、一阶滞后滤波法
A、方法：
9 m' o: ]4 r% t取a=0~1
8 }7 t+ q% G1 k& S5 l4 [. d本次滤波结果=（1-a）*本次采样值+a*上次滤波结果
7 `3 a* \( D( P7 v! jB、优点：
1 g' i1 w0 e" j( k/ c1 X' f: F8 y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
4 I+ [" @/ p# }- }% SC、缺点：
3 s# z2 L! K7 n% k* A" ~* W- n相位滞后，灵敏度低
" Y- P1 H1 P& K8 Y) J8 k" 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
0 ^; p0 Z" b0 N( D& L
第8种方法、加权递推平均滤波法
& y% q7 r5 L# L* rA、方法：
: `' z/ T, X6 r3 I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
+ n) v: i( o* V  C2 ]9 A, f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
& l* w1 b4 _4 ]6 a/ ?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
% O1 V: [  \; EC、缺点：
7 U7 g* ~5 U5 _5 Y, X' x7 C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
6 ~( K6 d4 B% q+ q5 |3 {2 R1 _A、方法：
* e, M8 `3 p) ]$ c6 `- |* |设置一个滤波计数器
将每次采样值与当前有效值比较：
2 _; x: L; G  Y0 [# p6 J如果采样值＝当前有效值，则计数器清零
/ O, P6 A% s& M5 ]- ]5 N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)
0 ~& a  r/ X, E! s7 X, H6 E3 ~% _如果计数器溢出,则将本次值替换当前有效值,并清计数器
5 n* l, u& U" N1 P8 k" P. I4 bB、优点：
1 t. O6 a& `! v0 C, [+ Z; h( }3 i  y对于变化缓慢的被测参数有较好的滤波效果,
1 q' ?& n: D" ~) M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
' I3 `  w) h1 D3 J$ LC、缺点：
对于快速变化的参数不宜
2 }4 s6 j# N5 c3 p0 K- Y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

1 }& N/ o2 @2 `第10种方法、限幅消抖滤波法
) f& k% f  r. XA、方法：
相当于“限幅滤波法”+“消抖滤波法”
先限幅,后消抖
B、优点：
# L$ u$ _* w$ w) {+ O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：
% s+ x0 e' }" ?. V0 @1 O对于快速变化的参数不宜
3 b2 y, a6 w- n1 [

第11种方法：IIR 数字滤波器

A. 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)
1 L: O: D$ G- g5 D2 s* z+ F
B. 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