[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）
A、方法：
4 T$ u4 X' N# ~8 z$ M4 |5 ]  H根据经验判断，确定两次采样允许的最大偏差值（设为A）
3 k+ \$ q  b1 ~; i1 ?+ X) u! [每次检测到新值时判断：
( ?& g3 k4 D) b6 A/ C% D3 g! n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：
. Y. |" p3 R4 w: n8 K& c2 j能有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰
C、缺点
无法抑制那种周期性的干扰
平滑度差

- J5 Z+ x: P, x0 y5 b  U" T7 n第2种方法、中位值滤波法
% [7 i4 g5 V8 m( q; `A、方法：
连续采样N次（N取奇数）
1 \( x4 G9 [" ]. O. Y* f: U把N次采样值按大小排列
: e' W* S* ~- b5 A6 B) D6 r取中间值为本次有效值
7 C% C, m9 c; u& |/ ZB、优点：
+ e( V/ n( O7 q9 w能有效克服因偶然因素引起的波动干扰
9 `* j5 @/ U& M; r% p* }0 u9 o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：
& ^( r* ~% a) t& P) m; L8 V' \对流量、速度等快速变化的参数不宜
$ }2 P* Z  M. @( }; J
  R1 R9 X; O7 I9 |第3种方法、算术平均滤波法
A、方法：
* i8 T- G  F: b5 e; p连续取N个采样值进行算术平均运算
N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
N值的选取：一般流量，N=12；压力：N=4
' j3 m# _7 Y2 ?- f; J; X5 g' F! HB、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：
3 n/ d& e. B; `8 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
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）
% x5 O* F5 R, ]- f! E$ @) g4 z) G9 UA、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
4 y/ ]! z; J. `4 {  @$ g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)
$ p: Q( s3 x. p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+ h2 |' L  z4 c% j* kN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：
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
9 p& x5 j4 E  J7 ~5 A- FC、缺点：
灵敏度低
对偶然出现的脉冲性干扰的抑制作用较差
7 H8 g0 w3 I& K& _: [8 H不易消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差
2 v) C8 {4 C% i8 o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）
( ~; o- t" Y$ CA、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
) d  X& {' ^; Q  I! {N值的选取：3~14
" A* d) W! u4 g' z* \B、优点：
融合了两种滤波法的优点
( C* j6 K# Z" K4 a+ 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
! Y9 c6 q- P0 `$ \1 |C、缺点：
$ j% v- i: S3 I! w测量速度较慢，和算术平均滤波法一样
  p3 a& j8 n5 {' C" n6 D比较浪费RAM


7 n* x5 z4 O. _: i* t第6种方法、限幅平均滤波法
7 N4 e  H' n/ D! k4 i+ J9 vA、方法：
2 b* X. L" p" h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
# m9 m( ?8 z1 h  h" E2 c. ^B、优点：
融合了两种滤波法的优点
' g0 k  `! S% }, o4 r# L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
6 l; u0 f- B( J9 _  Q' dC、缺点：
" R+ G2 }1 J6 C9 M比较浪费RAM
4 I- ?% Y( K  U6 _7 w
$ B: B8 E* S$ a0 L; w, l( K0 X: ?" t第7种方法、一阶滞后滤波法
9 X( `, s! Q- {" C0 @2 \) w! r$ t( aA、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
% A$ z* d( {; f$ [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：
9 {3 R2 P8 c: R. d: Y* b! G& h8 c相位滞后，灵敏度低
滞后程度取决于a值大小
9 N+ y8 G* ~4 _1 i不能消除滤波频率高于采样频率的1/2的干扰信号
' |+ v, r5 |, |. e+ u2 K
第8种方法、加权递推平均滤波法
A、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
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
: R, ~  n0 z% f/ ?/ yB、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
2 Z% O# d: n. Z2 ?2 EC、缺点：
2 ?5 p- Y3 M$ m7 V9 j2 l% u# ~4 Z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
) e9 z: S* R) k) d1 a
第9种方法、消抖滤波法
A、方法：
  N/ }# }! n; ?4 k- m4 k8 q3 x0 P设置一个滤波计数器
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：
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
; X! n- h7 u& O' O, `& jC、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

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
# ~0 ~$ I  u% z! }4 d9 ZB、优点：
# K4 ?! ]$ u) w继承了“限幅”和“消抖”的优点
$ j5 H" }  Y$ [' l' \. H. Y. s改进了“消抖滤波法”中的某些缺陷,避免将干扰值导入系统
( r$ ?/ t; t8 v' T" J$ ~$ BC、缺点：
" w* g; n9 T1 j' a( d3 r对于快速变化的参数不宜
) Q  P5 \9 c$ f, L
+ L5 q+ V0 C  p# `7 }& n
# a0 P) X, A/ i9 L2 [' f6 L$ c; K- _第11种方法：IIR 数字滤波器
- y" r0 q4 s4 f, t/ T0 ?4 M7 y4 F
+ p7 g1 i" m. M; hA. 方法：
7 W9 `  H% G  c- j: k2 M# G, s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)

8 _/ }. v: x1 \  L2 U* M: `B. 优点：高通，低通，带通，带阻任意。设计简单(用matlab）
2 Y% X  X4 p; d3 P( K: rC. 缺点：运算量大。

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