《常用滤波方法[数据参考].doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《常用滤波方法[数据参考].doc（11页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、1、 限幅滤波法（又称程序判断滤波法） : r( O- M9 X( e2 |! Z% q- A、方法： - |$ q# & # D0 . I根据经验判断，确定两次采样允许的最大偏差值（设为A） % n1 l) Z1 9 % i6 k每次检测到新值时判断： * V( z; h; J+ O; J2 b4 D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 8 x7 M Y& 6 8 W+ 9 B、优点： # R/ : v3 R. & 能有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰 8 h3 J E6 4 |4 ) JC、缺点 bg1 ?0 X1 q : $ I1 X无法抑制那种周期性的干
2、扰 ; K8 k3 E) w) d1 e) 平滑度差 7 v3 I! a2 C0 l0 T0 _; S: r9 z! R% w+ C0 h8 sr: k7 Z 2、中位值滤波法 $ t& r* 1 R% e6 r- H6 ?- sA、方法： 7 s. I9 H0 M0 c; Q连续采样N次（N取奇数） / W M1 . 8 J# 把N次采样值按大小排列 , p2 v3 Q- Ak9 ; 7 B取中间值为本次有效值 , w& X& d! 3 G3 g: - R9 C- |. ?2 B、优点： ) * n* - J0 q, J能有效克服因偶然因素引起的波动干扰 $ U9 b- ! _6 K: u,
3、 z5 g* 5 o& 0 A对温度、液位的变化缓慢的被测参数有良好的滤波效果 . q3 L1 m1 Z$ qC、缺点： ; dd3 D, Q5 W! H. 0 S9 对流量、速度等快速变化的参数不宜 5 g5 % 8 T2 b4 a9 A( q. H4 L: b* 7 C4 d8 Y6 X! q( E$ L$ z4 O: T7 _8 H6 m6 A0 r# W R2 0 Q6 F3、算术平均滤波法 5 r D! a! 5 f+ L, WA、方法： # G J2 A4 |, $ d连续取N个采样值进行算术平均运算 5 Z5 j2 v8 t* Q, ; N值较大时：信号平滑度较高，但灵敏度较低
4、0 i7 t6 l/ j/ UN值较小时：信号平滑度较低，但灵敏度较高 7 G: M, x9 ! R& V& uN值的选取：一般流量，N=12；压力：N=4 9 r! t- G x/ H# & c- 2 tB、优点： & h5 k* g! N, c; F Y$ 3 y4 K6 8 I适用于对一般具有随机干扰的信号进行滤波 2 J! Y+ B/ Gp+ D+ Y& Z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 o/ * n+ E7 f9 1 k3 e P( C、缺点： * a$ m+ % 6 Jt8 R5 t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 r0 R3 w
5、( m H% J: T& 比较浪费RAM % q3 S) D3 o1 j2 c V/ y) n4 w# c$ n! d2 4、递推平均滤波法（又称滑动平均滤波法） ) Z$ J, R: L: E$ P; - iA、方法： 9 k: d* |0 v+ C2 B; 1 y把连续取N个采样值看成一个队列 l4 v- d8 O: P8 D) x9 m队列的长度固定为N / W& f& T T8 S: f# _- j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) $ % 5 c1 u1 b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 f& b. v8 I4 a TN
6、值的选取：流量，N=12；压力：N=4；液面，N=412；温度，N=14 , * G9 Q5 w1 X+ a9 K JB、优点： - O8 I9 ?9 E|2 h8 n! 1 Z对周期性干扰有良好的抑制作用，平滑度高 ! _6 Z% 3 N5 d适用于高频振荡的系统 ; y9 b) z; . ? uC、缺点： 9 P2 A; g( P5 Y7 f* g3 4 f灵敏度低 % f I/ A8 h5 x7 L! h0 M% h对偶然出现的脉冲性干扰的抑制作用较差 # S4 t4 t: 1 w3 G% d9 g# I1 a4 y不易消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差 ( s# _( X% j L5
7、X不适用于脉冲干扰比较严重的场合 ; v9 a8 N( F! j( Z8 k 比较浪费RAM 8 V j2 Mz: |* S- e! R h: 5、中位值平均滤波法（又称防脉冲干扰平均滤波法） - j) m# $ t- W% U& 6 ) rA、方法： : b+ X3 X1 L* _ j9 a1 _相当于“中位值滤波法”+“算术平均滤波法” # S9 q5 r1 4 R; h连续采样N个数据，去掉一个最大值和一个最小值 0 a( J# # X2 P+ V$ 8 r/ o v然后计算N-2个数据的算术平均值 9 9 O# T+ _+ _ KN值的选取：314 $ 6 |2 k( K9 hB、优点
8、： 7 0 o2 F4 , F+ D3 J5 x, o, 融合了两种滤波法的优点 8 T K; u# r- W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 9 U* t; g h: lC、缺点： 5 T0 V. cd! 8 & U5 j/ + U/ m测量速度较慢，和算术平均滤波法一样 $ r5 F! c) w& k6 x9 9 7 y% x4 Y% p比较浪费RAM , & A- Z! 6 s4 a# u. u7 6 j$ S- Z2 r- KC* r I& m1 . OL3 N% a; r. U K. p- F# A( ! _4 Q; R+ * w3 r/ t* y+ +
9、 O9 w6、限幅平均滤波法 2 w2 l- O( m1 8 w2 _8 OW/ jA、方法： D, x. |% n+ f. p- x5 Q相当于“限幅滤波法”+“递推平均滤波法” * p4 n# v4 E3 5 g+ Q7 c每次采样到的新数据先进行限幅处理， q3 K3 5 z- Y8 5 J& c* 再送入队列进行递推平均滤波处理 9 C4 _z/ _! A+ ; ?$ JEB、优点： : O* n( P2 r; b W. T1 r. D0 X融合了两种滤波法的优点 c! b7 p- u4 U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 C2 M3 t5 g! z: a
10、3 q$ 2 QC、缺点： 2 ?) J! a+ a- _3 R比较浪费RAM 7 m- H3 + Y0 x: f: J* g3 4 W+ U$ I) b& C! V$ T# ?+ y8 z0 C k9 j+ h6 _, k7 E% a0 Nl7 n! f9 T$ c) F6 V9 7 x0 T7、一阶滞后滤波法 $ A$ I, v) m6 i* NA、方法： * o( l 4 | d% F! xD取a=01 5 I0 / j, Q0 L+ W3 I: Z本次滤波结果=（1-a）*本次采样值+a*上次滤波结果 & _7 7 I- S. a* . p, dB、优点： + R6 ) B5 W6 C
11、7 b0 V对周期性干扰具有良好的抑制作用 , R- L% P+ W, I5 h/ 2 o; S适用于波动频率较高的场合 ; B B / Q; K0 n( fC、缺点： + V4 x3 l% r& y1 _5 c4 n( g$ O, Z相位滞后，灵敏度低 h+ s( s5 G3 U/ d% 9 ) M8 滞后程度取决于a值大小 , 5 f& s 7 v, K7 u- L% C8 P不能消除滤波频率高于采样频率的1/2的干扰信号 1 O6 N/ k_; A* r d4 A0 l( F8 i1 vp h1 O% P+ D, B9 G8、加权递推平均滤波法 9 _6 v# L+ o1 ) t3 E*
12、 sA、方法： 4 u% U; K% J$ z5 u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 3 Z- D) F8 l- _* u% l通常是，越接近现时刻的数据，权取得越大。 ; f, E, y7 o4 a/ Z2 # w/ a7 Y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 6 p6 W, i7 i) u) N$ O! d9 ZB、优点： ! Z; F$ 4 ?; j适用于有较大纯滞后时间常数的对象 & H5 T( 5 T4 WK) V# 和采样周期较短的系统 0 Y4 d% ?3 U) Y0 W) C、缺点： . H: C v o# t1 g7 . l% a4
13、 对于纯滞后时间常数较小，采样周期较长，变化缓慢的信号 _$ ) w& F! ; N; ?w( y不能迅速反应系统当前所受干扰的严重程度，滤波效果差 G2 N# k ; J7 R/ k+ x- g V) I& 9 o* u& ; _- J$ D t! f# |7 C. n; s- n$ h1 X+ C! g9、消抖滤波法 ; n8 M) u& I5 3 a1 a$ QA、方法： 6 |% N# C9 f# X+ t0 d* t7 F& v设置一个滤波计数器 3 j) w$ s: F+ N. ? m/ K1 o将每次采样值与当前有效值比较： & ?8 ?8 N: g8 / l K如果采样值当前有
14、效值，则计数器清零 6 X# d* H F$ 2 |. d0 d9 Hx( |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) % . A Z; t & e$ t如果计数器溢出,则将本次值替换当前有效值,并清计数器 / m Y+ z. Z8 Q2 % ( eB、优点： $ o c4 D- d$ y! h0 ?( U对于变化缓慢的被测参数有较好的滤波效果, 8 x0 V# F0 ?& Q5 w M7 h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 0 ?3 3 e. i$ F7 C, W0 sC、缺点： 7 ?% R. B- C! i3 B7 n! R对于快速变
15、化的参数不宜 / C% B; P8 p4 V) T1 n5 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 . w% u# U) l$ X# N6 mm( t7 V1 f/ g7 # lX1 Y) j 9 _4 d: m+ 0 p7 X# 8 % e& O8 k& 0 O0 e5 E2 0 s3 R+ 0 X$ Y: Y9 B% 10、限幅消抖滤波法 * Z! M u! F# E1 : Z+ wA、方法： w4 H4 _3 u, ; l相当于“限幅滤波法”+“消抖滤波法” ; Q, 3 w* # o0 e3 m A+ S先限幅,后消抖 t# s6 J) UB、优
16、点： ) 9 z4 Y% X4 ) _6 m ) b继承了“限幅”和“消抖”的优点 ) c( v# R, E& _ F/ p0 Y改进了“消抖滤波法”中的某些缺陷,避免将干扰值导入系统 t, Y9 6 X2 h% Y/ fC、缺点： 2 c$ g( em n; V; h对于快速变化的参数不宜 * v% n3 R: 1 Q; t3 L/ |, b1 z8 G7 f5 J0 g: I2 d5 a5 _! , - f* u h J( T9 u11、IIR 数字滤波器 / l# P( G- p* X2 u3 f: d% H: q4 g1 Y& A+ w1 F8 N9 JA. 方法： 4 pQ- t/
17、u确定信号带宽， 滤之。 8 k o0 Q+ m, za* Z9 V1 S1 iY(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) 1 1 N: * 7 K. Z; e; l5 v5 5 g. ZB. 优点：高通，低通，带通，带阻任意。设计简单(用matlab） , N% w9 c; V8 z; j( b% iC. 缺点：运算量大。引言 在微机控制系统的模拟输入信号中，一般均含有各种噪声和干扰，他们来自被测信号源本身、传感器、外界干扰等。为了进行准确测量和控
18、制，必须消除被测信号中的噪声和干扰。噪声有2大类：一类为周期性的，其典型代表为50 Hz的工频干扰，对于这类信号，采用积分时间等于20 ms整倍数的双积分A/D转换器，可有效地消除其影响；另一类为非周期的不规则随机信号，对于随机干扰，可以用数字滤波方法予以削弱或滤除。所谓数字滤波，就是通过一定的计算或判断程序减少干扰信号在有用信号中的比重，因此他实际上是一个程序滤波。 数字滤波器克服了模拟滤波器的许多不足，他与模拟滤波器相比有以下优点： (1)数字滤波器是用软件实现的，不需要增加硬设备，因而可靠性高、稳定性好，不存在阻抗匹配问题。 (2)模拟滤波器通常是各通道专用，而数字滤波器则可多通道共享，
19、从而降低了成本。 (3)数字滤波器可以对频率很低(如0.01 Hz)的信号进行滤波，而模拟滤波器由于受电容容量的限制，频率不可能太低。 (4)数字滤波器可以根据信号的不同，采用不同的滤波方法或滤波参数，具有灵活、方便、功能强的特点。10种软件滤波方法的示例程序 OurWay 发表于 2005-9-2 22:24:00 10种软件滤波方法的示例程序(JKRL)假定从8位AD中读取数据（如果是更高位的AD可定义数据类型为int),子程序为get_ad();1、限副滤波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,则本次值无效,放弃本
20、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。 /* A值可根据实际情况调整 value为有效值，new_value为当前采样值 滤波程序返回有效的实际值 */#define A 10char value;char filter() char new_value; new_value = get_ad(); if ( ( new_value - value A ) | ( value - new_value A ) return value; return new_value; 2、中位值滤波法A、方法：连续采样N次（N
21、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。 /* N值可根据实际情况调整 排序采用冒泡法*/#define N 11char filter() char value_bufN; char count,i,j,temp; for ( count=0;countN;count+) value_bufcount = get_ad(); delay(); for (j=0;jN-1;j+) for (i=0;ivalue_bufi+1 ) tem
22、p = value_bufi; value_bufi = value_bufi+1; value_bufi+1 = temp; return value_buf(N-1)/2;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。#define N 12char f
23、ilter() int sum = 0; for ( count=0;countN;count+) sum + = get_ad(); delay(); return (char)(sum/N);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=412；温度，N=14#define N 12 char value_bufN;char i=0;char filte
24、r() char count; int sum=0; value_bufi+ = get_ad(); if ( i = N ) i = 0; for ( count=0;countN,count+) sum = value_bufcount; return (char)(sum/N);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：314 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
25、量速度较慢，和算术平均滤波法一样，比较浪费RAM。#define N 12char filter() char count,i,j; char value_bufN; int sum=0; for (count=0;countN;count+) value_bufcount = get_ad(); delay(); for (j=0;jN-1;j+) for (i=0;ivalue_bufi+1 ) temp = value_bufi; value_bufi = value_bufi+1; value_bufi+1 = temp; for(count=1;countN-1;count+) su
26、m += valuecount; return (char)(sum/(N-2);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。/*/ 略 参考子程序1、37、一阶滞后滤波法A、方法：取a=01，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
27、能消除滤波频率高于采样频率的1/2的干扰信号。/* 为加快程序处理速度假定基数为100，a=0100 */#define a 50char value;char filter() char new_value; new_value = get_ad(); return (100-a)*value + a*new_value; 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
28、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。/* coe数组为加权系数表，存在程序存储区。*/#define N 12char code coeN = 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12;char code sum_coe = 1+2+3+4+5+6+7+8+9+10+11+12;char filter() char count; char value_bufN; int sum=0; for (count=0,countN;count+) value_bufcount = get_ad(); delay(); for (c
29、ount=0,countN;count+) sum += value_bufcount*coecount; return (char)(sum/sum_coe);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
30、值当作有效值导入系统。#define N 12char filter() char count=0; char new_value; new_value = get_ad(); while (value !=new_value); count+; if (count=N) return new_value; delay(); new_value = get_ad(); return value; 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。/*/略 参考子程序1、9 11网络软硬件