[原创]软件滤波

xjq2005

软件滤波方法
% g2 W5 A7 T" c0 c. J6 [
4 [5 ^+ u3 P% y  c- a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
6 {! S: e- r6 c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
; q: }  D8 |8 ~0 \B、优点：
能有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰
; T# r3 C7 o) QC、缺点
无法抑制那种周期性的干扰
1 \1 y, @( Z/ ]" }9 a$ }  q3 v平滑度差
) Y/ N7 Q. b9 H. _: z6 D
& K! c9 |  J# ~) Q. C6 i, p* ~第2种方法、中位值滤波法
A、方法：
连续采样N次（N取奇数）
; n# l2 j7 [2 ~% C6 e$ W把N次采样值按大小排列
; X# ], C3 X, |% {3 ?" O取中间值为本次有效值
2 N; s3 j4 B& K0 a/ gB、优点：
8 T: B7 A" P8 V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
C、缺点：
对流量、速度等快速变化的参数不宜
' f' N3 z' y2 q# f
第3种方法、算术平均滤波法
A、方法：
连续取N个采样值进行算术平均运算
+ p- y. Q) Z2 V! ]% M$ t* V2 Y) H7 SN值较大时：信号平滑度较高，但灵敏度较低
. Z$ b( n3 s1 t2 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
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
2 w% }: t- N$ P) qC、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
. I/ J! i8 T# z/ H3 J
8 }& E0 ^# _1 i. E3 l第4种方法、递推平均滤波法（又称滑动平均滤波法）
/ }+ y* P/ \( a' d* tA、方法：
把连续取N个采样值看成一个队列
; A" `2 t* W3 ^4 [- D/ R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
0 ^% x/ M. c* z7 F" X7 EB、优点：
对周期性干扰有良好的抑制作用，平滑度高
& F8 o# Q5 S6 G  l) j6 d适用于高频振荡的系统
0 O; R# t) @  p5 r; Z9 T" @: W; JC、缺点：
灵敏度低
对偶然出现的脉冲性干扰的抑制作用较差
1 }7 V  H' o. a- m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
! F$ [! {4 K1 H' B( |+ W9 z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
然后计算N-2个数据的算术平均值
, `$ w8 Z) [* R2 `6 g% n* [N值的选取：3~14
0 H7 S' `* R- {+ i7 MB、优点：
) i4 e% O, Y+ d" M融合了两种滤波法的优点
' u! ^% t& e8 ?1 X  t' T0 V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
* ?2 |4 A# T4 @( ^5 v9 nC、缺点：
# ~/ b* r) Y7 a6 u2 d测量速度较慢，和算术平均滤波法一样
比较浪费RAM
5 j! u" V3 W% n

4 M6 k6 u/ m! J0 k第6种方法、限幅平均滤波法
. L; h* ^8 D* E8 k; Y# zA、方法：
9 a# {! N4 r  S$ p) t8 W+ Q相当于“限幅滤波法”+“递推平均滤波法”
" @, }+ X+ P. P& _$ k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
, \( m; g) X+ b, vB、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
4 _% m0 |% U( T; h3 ~) K* aC、缺点：
$ e0 F$ j9 l4 O比较浪费RAM

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
B、优点：
5 M6 t! r# y" I$ h: R* W/ W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
8 d& n4 h0 V: c+ Q+ iC、缺点：
/ Q( J! ^4 ?# w4 O# |# _相位滞后，灵敏度低
% I9 m4 ]7 p) ]滞后程度取决于a值大小
  g# b& a* Y+ s' i不能消除滤波频率高于采样频率的1/2的干扰信号
% S+ T; y0 \( P( @& |% s0 P: p
, q: d9 b0 Q2 ?1 M第8种方法、加权递推平均滤波法
9 t5 Y$ x  o/ n' R7 GA、方法：
; L2 w( t, R" _" F' G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
B、优点：
" L& G/ ]: p1 X6 m5 ?3 i5 W2 K. g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
6 v4 J/ U  N1 I+ v0 k" b6 t# D  Z不能迅速反应系统当前所受干扰的严重程度，滤波效果差
9 M! A; ?, M( s, y: z. ~- N
  |4 j: ^& B! Q& y第9种方法、消抖滤波法
+ K: e0 W' Q8 F/ j1 ~  x+ kA、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：
+ _3 b7 A/ P* K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：
对于变化缓慢的被测参数有较好的滤波效果,
5 B5 o6 G9 V" t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
8 U' d' R( f3 I/ f: Q* [C、缺点：
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
2 M3 L" d4 c% P. @' k- K0 G6 v
  c! h4 b5 c3 {- f  K第10种方法、限幅消抖滤波法
! L- E0 ~8 V" n0 g! V2 ZA、方法：
5 N: s4 O: z9 e- `& s9 E相当于“限幅滤波法”+“消抖滤波法”
2 G& C% p. W8 R/ `" x先限幅,后消抖
B、优点：
) H+ |9 d# C# e* ~, Q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：
0 X$ o1 g) I% Y: U7 w对于快速变化的参数不宜


第11种方法：IIR 数字滤波器
  |3 ?9 A6 d5 U! L( o
" n& w2 a0 t! W3 d5 ]+ e! EA. 方法：
' f$ \) {8 K4 g* S! 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）
+ s/ Y6 c2 X1 ^! t( ~7 lC. 缺点：运算量大。

jin_geda