幾種軟件濾波算法的原理和比較

1、幾種軟件濾波算法的原理和比較（帶源碼） 第1種方法：限幅濾波法（又稱(chēng)程序判斷濾波法）A方法：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷，確定兩次采樣允許的最大偏差值（設(shè)為A）,每次檢測(cè)到新值時(shí)判斷： 如果本次值與上次值之差A(yù),則本次值無(wú)效，放棄本次值，用上次值代替本次值。B優(yōu)點(diǎn)：能有效克服因偶然因素引起的脈沖干擾。C缺點(diǎn)：無(wú)法抑制那種周期性的干擾，平滑度差。第2種方法：中位值濾波法A方法：連續(xù)采樣N次（N取奇數(shù)），把N次采樣值按大小排列，取中間值為本次有 效值。B優(yōu)點(diǎn)：能有效克服因偶然因素引起的波動(dòng)干擾，對(duì)溫度、液位的變化緩慢的被測(cè)參 數(shù)有良好的濾波效果。C缺點(diǎn)：對(duì)流量、速度等快速變化的參數(shù)不宜。第3種方法：算術(shù)平均濾波法

2、A方法：連續(xù)取N個(gè)采樣值進(jìn)行算術(shù)平均運(yùn)算，N值較大時(shí)：信號(hào)平滑度較高，但靈敏度較低；N值較小時(shí)：信號(hào)平滑度較低，但靈敏度較高。N值的選?。阂话懔髁?，N=12 ;壓力：N=4。B優(yōu)點(diǎn)： 適用于對(duì)一般具有隨機(jī)干擾的信號(hào)進(jìn)行濾波，這樣信號(hào)的特點(diǎn)是有一個(gè)平均 值，信號(hào)在某一數(shù)值范圍附近上下波動(dòng)。C缺點(diǎn)：對(duì)于測(cè)量速度較慢或要求數(shù)據(jù)計(jì)算速度較快的實(shí)時(shí)控制不適用，比較浪費(fèi)RAM。第4種方法：遞推平均濾波法（又稱(chēng)滑動(dòng)平均濾波法）A方法：把連續(xù)取N個(gè)采樣值看成一個(gè)隊(duì)列，隊(duì)列的長(zhǎng)度固定為N,每次采樣到一個(gè) 新數(shù)據(jù)放入隊(duì)尾，并扔掉原來(lái)隊(duì)首的一次數(shù)據(jù)（先進(jìn)先出原則）。把隊(duì)列中的N個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)平均運(yùn)算，就可獲得新的濾

3、波結(jié)果。N值的選取：流量，N=12 ;壓力：N=4 ;液面，N=412 ;溫度，N=14。B優(yōu)點(diǎn)：對(duì)周期性干擾有良好的抑制作用，平滑度高，適用于高頻振蕩的系統(tǒng)。C缺點(diǎn)：靈敏度低，對(duì)偶然出現(xiàn)的脈沖性干擾的抑制作用較差，不易消除由于脈沖干 擾所引起的采樣值偏差，不適用于脈沖干擾比較嚴(yán)重的場(chǎng)合，比較浪費(fèi)RAM。第5種方法：中位值平均濾波法（又稱(chēng)防脈沖干擾平均濾波法）A方法：相當(dāng)于中位值濾波法”+W平均濾波法”，連續(xù)采樣N個(gè)數(shù)據(jù)，去掉一個(gè)最 大值和一個(gè)最小值，然后計(jì)算N-2個(gè)數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值。N值的選?。?14。B優(yōu)點(diǎn)： 融合了兩種濾波法的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于偶然出現(xiàn)的脈沖性干擾，可消除由于脈沖干 擾所引起的采

4、樣值偏差。C缺點(diǎn)：測(cè)量速度較慢，和算術(shù)平均濾波法一樣，比較浪費(fèi)RAM。第6種方法：限幅平均濾波法A方法：相當(dāng)于 限幅濾波法”礎(chǔ)推平均濾波法”，每次采樣到的新數(shù)據(jù)先進(jìn)行限幅處 理，再送入隊(duì)列進(jìn)行遞推平均濾波處理。B優(yōu)點(diǎn)： 融合了兩種濾波法的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于偶然出現(xiàn)的脈沖性干擾，可消除由于脈沖干 擾所引起的采樣值偏差。C缺點(diǎn)：比較浪費(fèi)RAM。第7種方法：一階滯后濾波法A方法： 取a=01，本次濾波結(jié)果=(1-a ) *本次采樣值+a*上次濾波結(jié)果。B優(yōu)點(diǎn)：對(duì)周期性干擾具有良好的抑制作用，適用于波動(dòng)頻率較高的場(chǎng)合。C缺點(diǎn)：相位滯后，靈敏度低，滯后程度取決于a值大小，不能消除濾波頻率高于采樣 頻率的1/2的

5、干擾信號(hào)。第8種方法：加權(quán)遞推平均濾波法A方法： 是對(duì)遞推平均濾波法的改進(jìn)，即不同時(shí)刻的數(shù)據(jù)加以不同的權(quán)，通常是，越 接近現(xiàn)時(shí)刻的資料， 權(quán)取得越大，給予新采樣值的權(quán)系數(shù)越大，則靈敏度越高，但信號(hào)平滑 度越低。B優(yōu)點(diǎn)：適用于有較大純滯后時(shí)間常數(shù)的對(duì)象和采樣周期較短的系統(tǒng)。C缺點(diǎn)：對(duì)于純滯后時(shí)間常數(shù)較小，采樣周期較長(zhǎng)，變化緩慢的信號(hào)，不能迅速反應(yīng) 系統(tǒng)當(dāng)前所受干擾的嚴(yán)重程度，濾波效果差。第9種方法：消抖濾波法A方法：設(shè)置一個(gè)濾波計(jì)數(shù)器， 將每次采樣值與當(dāng)前有效值比較：如果采樣值=當(dāng)前有效值，則計(jì)數(shù)器清零。如果采樣值當(dāng)前有效值，則計(jì)數(shù)器+1 ,并判斷計(jì)數(shù)器是否 =上限N(溢出)，如果計(jì)數(shù)器溢出，則

6、將本次值替換當(dāng)前有效值，并清計(jì)數(shù)器。B優(yōu)點(diǎn)：對(duì)于變化緩慢的被測(cè)參數(shù)有較好的濾波效果，可避免在臨界值附近控制器的 反復(fù)開(kāi)/關(guān)跳動(dòng)或顯示器上數(shù)值抖動(dòng)。C缺點(diǎn)： 對(duì)于快速變化的參數(shù)不宜，如果在計(jì)數(shù)器溢出的那一次采樣到的值恰好是干擾值，則會(huì)將干擾值當(dāng)作有效值導(dǎo)入系統(tǒng)。第10種方法：限幅消抖濾波法A方法：相當(dāng)于限幅濾波法”+丫肖抖濾波法”，先限幅后消抖。B優(yōu)點(diǎn)：繼承了限幅”和消抖”的優(yōu)點(diǎn)，改進(jìn)了 消抖濾波法”中的某些缺陷，避免將干 擾值導(dǎo)入系統(tǒng)。C缺點(diǎn)：對(duì)于快速變化的參數(shù)不宜。第11種方法：IIR數(shù)字濾波器A方法：確定信號(hào)帶寬，濾之。Y(n) = a1*Y(n-1) + a2*Y(n-2) + . +

7、ak*Y(n-k) +b0*X(n) + b1*X(n-1) + b2*X(n-2) + . + bk*X(n-k)。B優(yōu)點(diǎn)：高通，低通，帶通，帶阻任意。設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單(用matlab )。C缺點(diǎn)：運(yùn)算量大。部分程序：1、 限副濾波/* A值可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整value為有效值，new_value為當(dāng)前采樣值濾波程序返回有效的實(shí)際值*/#define A 10char value;char filter()char new_value;new_value = get_ad();if ( ( new_value - value A ) | ( value - new_value A ) return

8、value;return new_value;2、 中位值濾波法/* N值可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)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)(temp = value_buf;value_buf = value_bufi+1;value_bufi+1 = temp;return value_buf(

9、N-1)/2;3、 算術(shù)平均濾波法/*/#define N 12char filter()(int sum = 0;for ( count=0;countN;count+)(sum + = get_ad();delay();return (char)(sum/N);4、 遞推平均濾波法(又稱(chēng)滑動(dòng)平均濾波法)/*/#define N 12char value_bufN;char i=0;char filter()(char count;int sum=0;value_bufi+ = get_ad();if ( i = N ) i = 0;for ( count=0;countN,count+)s

10、um = value_bufcount;return (char)(sum/N);5、中位值平均濾波法(又稱(chēng)防脈沖干擾平均濾波法)/*/#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_buf;value_buf = value_bufi+1;value_bufi+1 = temp

11、;for(count=1;countN-1;count+)sum += valuecount;return (char)(sum/(N-2);6、限幅平均濾波法/*/略參考子程序1、37、一階滯后濾波法/*為加快程序處理速度假定基數(shù)為100 , a=0100 */#define a 50char value;char filter()char new_value;new_value = get_ad();return (100-a)*value + a*new_value;8、加權(quán)遞推平均濾波法/* coe數(shù)組為加權(quán)系數(shù)表，存在程序存儲(chǔ)區(qū)。*/#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_