各種濾波算法比較

1、各種濾波算法比較數(shù)字濾波方法有很多種，每種方法有其不同的特點和使用范圍。從大的范圍可分為 3 類。1 、克服大脈沖干擾的數(shù)字濾波法.限幅濾波法 中值濾波法2、抑制小幅度高頻噪聲的平均濾波法算數(shù)平均 滑動平均 加權(quán)滑動平均 一階滯后濾波法3、復(fù)合濾波法四、介紹在這我選用了常用的 8 種濾波方法予以介紹（一）克服大脈沖干擾的數(shù)字濾波法： 克服由儀器外部環(huán)境偶然因素引起的突變性擾動或儀器內(nèi)部不穩(wěn)定引起誤碼等造 成的尖脈沖干擾，是儀器數(shù)據(jù)處理的第一步。 通常采用簡單的非線性濾波法。1、 限幅濾波法（又稱程序判斷濾波法）限幅濾波是通過程序判斷被測信號的變化幅度， 從而消除緩變信號中的尖脈沖干擾。A 、方

2、法： 根據(jù)經(jīng)驗判斷，確定兩次采樣允許的最大偏差值（設(shè)為A ） 每次檢測到新值時判斷： 如果本次值與上次值之差 A, 則本次值無效 ,放棄本次值 ,用上次值 代替本次值B 、優(yōu)點： 能有效克服因偶然因素引起的脈沖干擾C、 缺點無法抑制那種周期性的干擾平滑度差D、適用范圍：變化比較緩慢的被測量值2、中位值濾波法中位值濾波是一種典型的非線性濾波器， 它運算簡單， 在濾除脈沖噪聲的同時可以很好 地保護(hù)信號的細(xì)節(jié)信息。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（多采用冒泡法）取 中間值為本次有效值B、優(yōu)點： 能有效克服因偶然因素引起的波動 （脈沖）干擾C、缺點： 對流量、速度等快速變化

3、的參數(shù)不宜D、適用范圍： 對溫度、液位的變化緩慢的被測參數(shù)有良好的濾波效果（二）抑制小幅度高頻噪聲的平均濾波法小幅度高頻電子噪聲： 電子器件熱噪聲、 A/D 量化噪聲等。 通常采用具有低通特性的線 性濾波器：算數(shù)平均濾波法、加權(quán)平均濾波法、滑動加權(quán)平均濾波法一階滯后濾波法等。3、算術(shù)平均濾波法 算術(shù)平均濾波法是對 N 個連續(xù)采樣值相加，然后取其算術(shù)平均值作 為本次測量的濾波值。A、 方法： 連續(xù)取N個采樣值進(jìn)行算術(shù)平均運算N值較大時：信號平滑度較高，但靈 敏度較低 N 值較小時：信號平滑度較低，但靈敏度較高 N 值的選?。阂话懔髁浚?N=12； 壓力： N=4B、優(yōu)點： 對濾除混雜在被測信號上

4、的隨機干擾信號非常有效。被測信號的特點是有一 個平均值，信號在某一數(shù)值范圍附近上下波動C、缺點： 不易消除脈沖干擾引起的誤差。對于采樣速度較慢或要求數(shù)據(jù)更新率較高的 實時系統(tǒng)，算術(shù)平均濾法無法使用的。 比較浪費 RAM4、遞推平均濾波法（又稱滑動平均濾波法）對于采樣速度較慢或要求數(shù)據(jù)更新率較高的實時系統(tǒng)，算術(shù)平均濾法無法使用的。滑動平均濾波法把 N個測量數(shù)據(jù)看成一個隊列，隊列的長度固定為N，每進(jìn)行一次新的采樣，把測量結(jié)果放入隊尾，而去掉原來隊首的一個數(shù)據(jù)，這樣在隊列中始終有N 個“最新”的數(shù)據(jù)。A、方法：把連續(xù)取N個采樣值看成一個隊列 ，隊列的長度固定為 N，每次采樣到一各種濾波算法比較個新數(shù)

5、據(jù)放入隊尾 ,并扔掉原來隊首的一次數(shù)據(jù) .（先進(jìn)先出原則 ） 把隊列中的 N 個數(shù)據(jù)進(jìn)行 算術(shù)平均運算，就可獲得新的濾波結(jié)果N值的選取：流量，N=12 ;壓力：N=4 ;液面，N=412 ;溫度，N=14B、 優(yōu)點： 對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：靈敏度低對偶然出現(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)重的場合 比較浪費 RAM5、加權(quán)遞推平均濾波法A、方法： 是對遞推平均濾波法的改進(jìn)，即不同時刻的數(shù)據(jù)加以不同的權(quán)通常是，越接近現(xiàn)時刻的數(shù)據(jù)，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

6、平滑度 低B、 優(yōu)點： 適用于有較大純滯后時間常數(shù)的對象和采樣周期較短的系統(tǒng)C、 缺點： 對于純滯后時間常數(shù)較小，采樣周期較長，變化緩慢的信號不能迅速反應(yīng)系 統(tǒng)當(dāng)前所受干擾的嚴(yán)重程度，濾波效果差6、一階滯后濾波法 一階低通數(shù)字濾波器是用軟件的方法實現(xiàn)硬件的 RC 濾波，以抑制干擾信號。在模擬量輸入通道中，常用一階滯后 RC 模擬濾波器來抑制干擾。用此種方法來 實現(xiàn)對低頻干擾時，首先遇到的問題是要求濾波器有大的時間常數(shù)（時間常數(shù)=RC）和高精度的 RC 網(wǎng)絡(luò)。時間常數(shù)越大，要求 RC 值越大，其漏電流也必然增大，從而使RC 網(wǎng)絡(luò)精度下降。采用一階滯后的數(shù)字濾波方法， 能很好的克服這種模擬量濾波器

7、的缺點，在濾波常數(shù)要求較大的場合，此法更適合。A、 方法：a= T f 1（ T f +T） T f為濾波時間常數(shù)。T為采樣周期 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： 對周期性干擾具有良好的抑制作用適用于波動頻率較高的場合C、 缺點：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 的干擾信號（三）復(fù)合濾波法 在實際應(yīng)用中，有時既要消除大幅度的脈沖干擾，有要做到數(shù)據(jù)平滑。因此常把前面 介紹的兩種以上的方法結(jié)合起來使用， 形成復(fù)合濾波。去極值平均濾波算法： 先用中值濾波 算法濾除采樣值中的脈沖性干擾，然后把剩余的各采樣值進(jìn)行平均

8、濾波。連續(xù)采樣N 次，剔除其最大值和最小值，再求余下N2 個采樣的平均值。顯然，這種方法既能抑制隨機干擾，又能濾除明顯的脈沖干擾。7、中位值平均濾波法（又稱防脈沖干擾平均濾法） 中位值平均濾波法相當(dāng)于 “中位值濾波法”+算“術(shù)平均濾波法” 。A、 方法： 連續(xù)采樣N個數(shù)據(jù)，去掉一個最大值和一個最小值然后計算N-2個數(shù)據(jù) 的算術(shù)平均值 N 值的選?。?314B、 優(yōu)點： 融合了兩種濾波法的優(yōu)點這種方法既能抑制隨機干擾，又能濾除明顯的脈 沖干擾。C、 缺點： 測量速度較慢，和算術(shù)平均濾波法一樣比較浪費RAM8、限幅平均濾波法 在脈沖干擾較嚴(yán)重的場合，如采用一般的平均值法，則干擾會平均到結(jié)果中去。限 幅平均濾波法相當(dāng)于 “限幅濾波法”+“遞推平均濾波法”A、方法：每次采樣到的新數(shù)據(jù)先進(jìn)行限幅處理，再送入隊列進(jìn)行遞推平均濾波處理各種濾波算法比較B 、優(yōu)點： 融合了兩種濾波法的優(yōu)點， 對于偶然出現(xiàn)的脈沖性干擾，可消除由于脈