11种经典软件滤波的原理_软件滤波原理

作者：很楠不爱3 | 2024-04-26 23:34:33

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软件滤波原理

1、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
   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：
   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

2、中位值滤波法
A、方法：
   连续采样N次（N取奇数）
   把N次采样值按大小排列
   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：
   对流量、速度等快速变化的参数不宜

3、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
   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
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：
   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

4、递推平均滤波法（又称滑动平均滤波法）
A、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
   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
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
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
   不适用于脉冲干扰比较严重的场合
   比较浪费RAM

5、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
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
C、缺点：
   测量速度较慢，和算术平均滤波法一样
   比较浪费RAM

6、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”
   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
C、缺点：
   比较浪费RAM

7、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：
   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

8、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
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
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
   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、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：
   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
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

10、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
C、缺点：
   对于快速变化的参数不宜

11、IIR 数字滤波器

A. 方法：
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）
C. 缺点：运算量大。

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