[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）
' ~. x$ b- [% _% ~A、方法：
4 \5 L6 h$ O  t' @4 z# f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：
& h0 y: b* P/ v# y& e% \+ |' g5 v如果本次值与上次值之差<=A,则本次值有效
% D% Z4 I( l1 z$ g& w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
: ~! z' ?4 Z& I. i5 pB、优点：
能有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰
; _$ T# |. z6 P( s9 b' pC、缺点
1 b# L2 q: R1 [0 @无法抑制那种周期性的干扰
+ J$ D  G0 c$ g, e! s( q平滑度差
6 o2 T, [: z! V% T/ E
5 a" l: g' b# o1 w( H第2种方法、中位值滤波法
# }9 n$ T# o4 t2 \' M" e+ MA、方法：
2 J/ a1 Q4 e6 h6 W- [$ G2 j连续采样N次（N取奇数）
把N次采样值按大小排列
# k5 A  I- {! o/ m7 I# Q取中间值为本次有效值
B、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
C、缺点：
0 n# m$ t% d5 Q对流量、速度等快速变化的参数不宜
7 q3 h0 n+ h( L7 y0 v0 \- B8 _$ u
第3种方法、算术平均滤波法
' q3 G- w4 A1 _A、方法：
* b, z" g4 K3 }连续取N个采样值进行算术平均运算
, E; j. q$ [2 @0 k' xN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 ?5 e1 k: {- X" ?N值的选取：一般流量，N=12；压力：N=4
B、优点：
2 p$ c: B3 a$ }2 |  w6 L8 r4 h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
! m8 K' g9 g8 k& B8 kC、缺点：
8 ?9 h0 z+ J5 S6 i# D, d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
. p. @  G# p6 A5 A6 {* L4 P比较浪费RAM

9 S" R; S: @/ ]2 b第4种方法、递推平均滤波法（又称滑动平均滤波法）
% i- f8 s0 T6 R7 L0 G1 ~6 uA、方法：
把连续取N个采样值看成一个队列
5 J. v: Q& c1 A; }) U4 q; D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)
1 @1 u6 X$ V0 T" e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
: ]; X/ q. _' vB、优点：
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：
# L) d# g. G3 x# {7 Z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
不适用于脉冲干扰比较严重的场合
, u% u. S3 ]6 ^' Y/ l  b0 w比较浪费RAM
+ {  e: q' P* X1 V( s0 p
0 \* X7 u; e9 }4 v9 @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）
9 e6 B* P5 Z2 p& M0 l0 R* t8 KA、方法：
" U% ~: g6 [) R" M  B相当于“中位值滤波法”+“算术平均滤波法”
) Z/ p, Y+ }0 ]) {8 M" y, D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
: M# o5 _% w  {& `! m( eN值的选取：3~14
B、优点：
* \0 }3 i: u$ Y. U+ Q3 e0 U5 l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
- S! I4 e4 q5 P7 Z; cC、缺点：
测量速度较慢，和算术平均滤波法一样
4 G3 g9 }+ b! D! c, ]比较浪费RAM
. o5 n9 n( J7 q' Z

$ M- @# V7 ^0 _' M6 N( R3 V第6种方法、限幅平均滤波法
& q6 u$ p. T2 M& |: }: A; X0 JA、方法：
, M% s$ N# B  R+ V: n8 ~3 @6 F相当于“限幅滤波法”+“递推平均滤波法”
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
# \% p" u$ v( hC、缺点：
比较浪费RAM
/ c7 H; ^! }1 ?
0 {3 Q% v) B- J, h  r2 k  K2 o第7种方法、一阶滞后滤波法
A、方法：
取a=0~1
) q" e$ K8 u1 h/ \  w' s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
$ C3 {" @3 B( N1 W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

' S! z. n6 c5 Z% {) O+ a7 M第8种方法、加权递推平均滤波法
A、方法：
) V3 T5 o$ B1 Y$ Z& H# Y# ]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
! t" o7 ]: Q- o# S% H通常是，越接近现时刻的数据，权取得越大。
$ n9 O: E1 D& d5 i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：
7 ]. q0 t9 B7 }+ C! v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
% `, Z/ i; F. @7 P, xC、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
1 S" n' O1 s& n6 i+ {+ b8 y' m
第9种方法、消抖滤波法
A、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：
8 F% b; e$ Y  X' y3 D9 b  U- [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：
9 Q- `+ U( t: ]* E% n& L对于变化缓慢的被测参数有较好的滤波效果,
6 k* H3 |" Y8 w% T/ c$ R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
  C3 O6 q9 T4 U! f1 ZC、缺点：
对于快速变化的参数不宜
9 \& V3 R; W# U' b: S+ R. }) ~* U$ Q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 T  ]! s1 H$ N9 M
/ ]" M. ^4 I, O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
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
% @, ~) g% r1 [; {% I$ mC、缺点：
对于快速变化的参数不宜


; P. v. C, u$ n" u第11种方法：IIR 数字滤波器
9 `; d5 x, @$ ]( o
A. 方法：
0 o3 t) D9 u. ~- [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)
' j: w. J/ R3 b/ V# v$ ?# |
8 f. o6 Q6 d5 L6 @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。

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