[原创]软件滤波

xjq2005

软件滤波方法
0 R, G1 _' V2 V5 k
- X2 Z( S( t1 j3 T第1种方法、限幅滤波法（又称程序判断滤波法）
+ a2 p9 C9 ~' HA、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）
+ w1 h. j) ~& b; x4 F* X: {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
$ H- d: w0 t, n- t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：
, O1 M+ ~  ~- C2 I) }0 J$ N能有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰
  z4 ?0 k! A. P; ]3 KC、缺点
6 J7 Q/ a2 v0 p2 [3 X无法抑制那种周期性的干扰
- w0 F2 r1 c& v( `平滑度差
& r% p7 Z8 Z2 i/ m5 n9 g7 ~
第2种方法、中位值滤波法
0 w+ L' |, E4 d0 M! u% M1 wA、方法：
4 Y7 L3 L. m: Q+ C$ ~连续采样N次（N取奇数）
4 l, v5 n# b/ G0 W  z把N次采样值按大小排列
) y7 h2 G  q( s1 w9 h. H/ w0 a取中间值为本次有效值
& r" ]9 o4 I! q* Y3 h! ?$ YB、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
% v9 Q7 L; _. {1 W& YC、缺点：
4 c2 N2 q: N/ o4 r( {9 C" r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：
- s& @" {7 j- `# x, k连续取N个采样值进行算术平均运算
5 C! Z# U$ `3 L& D' ON值较大时：信号平滑度较高，但灵敏度较低
$ v4 Y5 y) s6 k2 B5 HN值较小时：信号平滑度较低，但灵敏度较高
! [6 R5 ~' a+ `N值的选取：一般流量，N=12；压力：N=4
, y- C& |1 n. b$ E& V5 x' L% {B、优点：
9 s! ~; \! h# W2 W: I5 o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：
& o7 O  Y, u7 r: f2 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

第4种方法、递推平均滤波法（又称滑动平均滤波法）
( Z  _& d6 _2 @* d- n1 p/ fA、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
1 z2 ~: r( o# z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)
$ f5 X, g" d. A9 k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
- X2 t% O4 e) E- |1 TN值的选取：流量，N=12；压力：N=4；液面，N=4~12；温度，N=1~4
0 j3 c: z+ A5 VB、优点：
对周期性干扰有良好的抑制作用，平滑度高
5 d5 o: z9 d: ^  H& Y0 U7 F适用于高频振荡的系统
1 q$ T" k+ \6 f* r; Q$ CC、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 r- e  o1 d8 E( A- N+ n) C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
. g. A: J7 U/ S1 W; \; O4 Q+ ^比较浪费RAM

6 d& W8 Y6 q! O% [/ P$ J% J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
N值的选取：3~14
! H4 ?4 Z, H6 RB、优点：
融合了两种滤波法的优点
- @  j4 _7 l0 B7 W' F/ x9 j. k! D- ?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
/ R1 x2 a$ T. D! H0 s8 l比较浪费RAM
4 I. Z# f$ w' n

( A1 i; C) W' U; @; \! `第6种方法、限幅平均滤波法
A、方法：
相当于“限幅滤波法”+“递推平均滤波法”
0 a! x0 T+ D9 ]每次采样到的新数据先进行限幅处理，
9 `* G' {' \! h& O& u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
( J1 z# ~0 `, S! b% y4 F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
. H$ n+ U- k) U2 Q/ J1 ?: OC、缺点：
比较浪费RAM
( Z+ S5 \! ~6 t' c$ P( [
第7种方法、一阶滞后滤波法
4 M2 T0 s( k3 v! R9 t/ x6 L! [0 ZA、方法：
6 u. ^  x6 k1 x9 G" r& g% D& Y取a=0~1
本次滤波结果=（1-a）*本次采样值+a*上次滤波结果
- B2 T$ y& u9 s1 j/ U7 a$ }! i8 vB、优点：
4 P! Z& @- R) `2 n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
. v5 v7 e/ C  l  u! MA、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
+ \# h) q/ q; C1 [6 V$ A8 g通常是，越接近现时刻的数据，权取得越大。
9 ~$ w7 ?! R/ }4 q- ]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
4 r& ]; k% U$ t4 F# z# R1 ?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
1 j1 [) w* g% k  o+ QC、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

第9种方法、消抖滤波法
2 q. M: U; Q3 l  T: b8 _A、方法：
设置一个滤波计数器
- \4 f/ {7 Q( B. f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
$ u  O' x1 X2 v- u0 EB、优点：
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：
) ?4 B7 F. d) a/ R8 q7 x+ J对于快速变化的参数不宜
, j& e7 w# P- A9 g$ i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
: Q9 V) s8 h/ Z5 G4 `
. Q% H/ G6 e) p4 Q) a; w: F& d1 c第10种方法、限幅消抖滤波法
3 }/ x6 d7 E' ^7 B3 EA、方法：
相当于“限幅滤波法”+“消抖滤波法”
/ n% Y3 s' f% n9 q6 g先限幅,后消抖
B、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
4 X1 m. a/ ]; f, }4 P; ]C、缺点：
对于快速变化的参数不宜
+ R, P" `. l% N0 ~6 y( n2 T

第11种方法：IIR 数字滤波器
- K! R7 K: ^2 H8 e* ^0 t& |
( V/ d: O- V5 S9 ~A. 方法：
确定信号带宽， 滤之。
6 ]; F% Y5 f2 P& d. LY(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）
! c3 D( D# {- i  O5 }9 eC. 缺点：运算量大。

jin_geda