[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）
  U' z- i3 g' I5 PA、方法：
& t4 g, d4 A  {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
/ \) ]7 R4 m' r6 C( U3 M6 Z0 Z7 c$ \! y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
% F/ D5 H5 @$ L2 ]; NB、优点：
能有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰
- _  i& \; ~% U, Z, CC、缺点
无法抑制那种周期性的干扰
平滑度差
4 |: g7 G$ O5 X- ~9 D  L
9 s& C; K4 ~& g. v& ]第2种方法、中位值滤波法
A、方法：
连续采样N次（N取奇数）
1 [+ g5 q7 b: S7 [# T把N次采样值按大小排列
: V! U$ N" y( I; m4 n0 K取中间值为本次有效值
. m8 M; w' Y) tB、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
! [7 K# E% {# M: ^! f; Y! _C、缺点：
8 F$ F6 t( b" }( p9 C对流量、速度等快速变化的参数不宜
* }5 z1 `  _8 T9 P1 i3 ?
第3种方法、算术平均滤波法
# B5 l! l0 |" N6 J& KA、方法：
& m6 I+ E( U( |6 A连续取N个采样值进行算术平均运算
: K5 {& z+ d! r* G/ ]# `/ zN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
2 |3 Q# ]# @8 J: a3 o! x6 CN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
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：
* w  ?; [3 Z( j5 N  E) p' r1 T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

第4种方法、递推平均滤波法（又称滑动平均滤波法）
0 ?5 W, L0 k3 f* U7 ^4 bA、方法：
6 v+ Q& e+ L# Z* ~! \/ {$ ~把连续取N个采样值看成一个队列
) n% O2 w/ g9 v  w  Y) K. c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)
- m' o, a. M& X' X- ~  i. a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
1 j2 X$ a2 b6 ^, N/ D5 z8 f+ jN值的选取：流量，N=12；压力：N=4；液面，N=4~12；温度，N=1~4
* v" F% e7 `7 ~. Q; ]( WB、优点：
: w/ B/ Z, J/ w, y. P3 b" D( g+ D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：
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
' m; o7 H8 s/ m0 j' l( K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：
& m* Z( w7 u  {, p相当于“中位值滤波法”+“算术平均滤波法”
; q/ v# V3 ]3 p; r$ Y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
; H- x0 `) n9 TN值的选取：3~14
: k/ F& k1 }; Z6 I0 O5 P* eB、优点：
' E8 l5 t: X" }& {, N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
比较浪费RAM

5 j3 `3 V+ o6 c( @: `% P
0 p! U4 L3 T& y  V第6种方法、限幅平均滤波法
( e0 Y1 ^; ^. u% D& `8 QA、方法：
6 V/ ?) T* _5 x3 {2 d相当于“限幅滤波法”+“递推平均滤波法”
) Z$ O  |) s% ^: f每次采样到的新数据先进行限幅处理，
6 W- j" U( c( V0 c: D再送入队列进行递推平均滤波处理
B、优点：
& \2 x' o3 }( P! u' v; Q融合了两种滤波法的优点
0 Q( z6 v: J8 }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
3 x5 N" l: X, X3 b6 h
8 w: o0 b6 k7 h1 F6 T* _0 E第7种方法、一阶滞后滤波法
" O3 p# q# d" Q, U& e0 R0 F5 A# f2 SA、方法：
7 o0 {$ L' b6 k" P6 L取a=0~1
! a& a9 \% F" }' U' O+ e本次滤波结果=（1-a）*本次采样值+a*上次滤波结果
B、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
C、缺点：
相位滞后，灵敏度低
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

第8种方法、加权递推平均滤波法
- ?/ H& d& P6 VA、方法：
6 G- q/ m. F$ i. K" Q! ~$ d) n) F- Q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。
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
. M. H( F9 b  `. p: W" oB、优点：
7 y- P7 W/ t" a( Q7 o0 @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
C、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
7 l9 z' t% H" M1 Q6 X, {6 [7 s不能迅速反应系统当前所受干扰的严重程度，滤波效果差
$ X$ i$ x1 p& c3 z/ r9 [
6 l. I1 H! W7 u3 h5 c第9种方法、消抖滤波法
% M  a4 h3 m& _4 bA、方法：
设置一个滤波计数器
# K2 ^( P5 v/ B, E% Q% a+ W9 Z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
B、优点：
6 O1 B9 u& r+ G, l8 p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
C、缺点：
1 A. V# h8 q3 L% u0 N* I- _$ o对于快速变化的参数不宜
, ^& X- g$ d0 C5 u. w( t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
A、方法：
相当于“限幅滤波法”+“消抖滤波法”
先限幅,后消抖
& H/ _( r1 o  N. l! ~' o, w* ^B、优点：
1 q6 j5 W: H  t$ B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
& g" k: H4 D9 ^8 m2 fC、缺点：
对于快速变化的参数不宜
4 I! J8 @, r5 l8 V7 O
$ d% J4 K! t- u
6 r3 H& K) e) f) W第11种方法：IIR 数字滤波器

! B; b8 V8 u6 x5 O+ }4 u$ FA. 方法：
  l1 v9 N4 s0 _3 Z4 m7 d! i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)

, P5 p6 b- d: j$ [9 P8 qB. 优点：高通，低通，带通，带阻任意。设计简单(用matlab）
5 o4 Q- W/ ]3 fC. 缺点：运算量大。

jin_geda