分享：经典的滤波算法（上）

经典的滤波算法

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。