數字濾波技術

1.限幅濾波

限幅濾波又稱為程式判斷濾波，根據多次採集到的資料，如果當前採集值與前一次採集的數值相差般維持在一定的偏差△d內，則將每次採集到的資料和前一次的資料進行比較，如果他們的差的絕對值小於△d則本次採集到的資料有效，否則無效捨棄。以前次資料作為本次採祥值。

適應分析：

優點：程式設計簡單、運算速度快、占用ram少，是種最簡單的基本濾波方法。能夠克服偶然因素引入的脈衝干擾，也可以消除波形上的尖峰毛刺；

缺陷：不能抑制週期性的干擾,而且其完全削除大幅度的階躍訊號，容易造成控制失調；

2.中值濾波

其基本濾波思路是將原來的取樣間隔△t進行細分,也就是在原來的取樣間隔△t內取樣n次,然後把n次取樣值按照大小排序，取中間值為本次取樣值。

適用分析：

優點：能夠有效的克服偶然因素引起的波動干擾；

缺陷：對於快速變化的訊號引數則不適合使用這種方法。中值濾波法的程式設計要稍複雜些，排序可以使用冒泡法或者選擇排序法等，由於引入了排序演算法，所以該方法不能處理速度要求很高的訊號。其運算處理速度和占用的ram直接受所選擇的數值n決定；

3.算術平均濾波

該方法也是先將原來設計要求的取樣間隔△t進行細分，在△t內取樣n次，但是對於採集進來的資料不是進行排序，而是進行算術平均，算術平均的結果作為本次取樣值。n值的選取比較關鍵，n值較大者處理訊號的平滑度會較高，但是靈敏度降低;相反，n值較小者處理訊號的靈敏度提高，但是平滑度降低。

適用分析：

優點：適用於對具有隨機干擾的訊號進行處理，並且被處理的訊號必須具有乙個平均值，訊號在這個平均值上下波動；

缺陷：該方法對於高速訊號並不適用。對於毛刺訊號，可以看到均值濾波將其分擔到了周圍的取樣點上，不如中值濾波那樣能夠完全去除。但是對於隨機雜訊訊號，由於其理論均值為0，均值濾波對第段雜訊有良好的濾除效果。該濾波方法運算處理速度和ram的佔用率也受所選擇的數值n決定，可以使用時間複雜度較低的排序方法降低運算開銷；

4.遞推平均濾波

遞推平均濾波又稱為滑動平均濾波，是將連續n個取樣值設為乙個先入先出的佇列，佇列的長度為n，每次取樣得到的新資料加入隊尾，並扔掉原佇列的隊首，然後對佇列中的n個資料進行算術平均,獲得的結果作為此次取樣值。

適用分析：

優點：對於週期性干擾有良好的抑制作用，平滑度也很高。但是靈敏度較低；

缺陷：對於偶然出現的脈衝干擾的抑制作用較差，不適用於脈衝干擾比較嚴重的場合，其運算處理速度和ram的佔用率也直接受n值影響；

另外，這種方法還有乙個特殊用法：製作成軟體陷波器，濾除某個單一頻率訊號的干擾(如工頻干擾)。具體實現方法介紹如下：

由於正弦波乙個週期內任取n個等分點的幅值和為零，其它週期波形的n等分點的幅值和為常數c,設每次取樣值為xi，取樣的平均值為：y=(x0+x1+…+xn-2+xn-1)/n

若取n= s/f (其中s為每秒的取樣次數即取樣率;f是要消除的波形的頻率，s和n都取整數)，這樣最終的結果就是y-c，對於50hz的工頻干擾，c為零，只要選擇合適的n和s就可以直接將其消除，構成乙個陷波器。

5.中值平均濾波

中值平均濾波也稱為防脈衝干擾平均濾波，相當於中值濾波和算術平均濾波思想的結合。連續取樣n個資料，去掉其中的最大值和最小值，求剩下的n-2個資料的算術平均作為一次取樣值。

適用分析：

優點：可以有效抑制、消除脈衝干擾，同時相對於純中值濾波更加平滑；

缺陷：但由於計算開銷加上均值的延遲作用，它也只能用在速度比較慢的場合, 不適合高速環境，運算處理速度和ram占有率由n決定；

6.遞推中值濾波

遞推中值平均濾波也稱為滑動中值平均濾波，與上種不同的是採用滑動方法對序列取樣，不降低系統取樣率與取樣速度。設定乙個長度為n的先進先出佇列，同時為了方便排序同時構造乙個同樣長度為n的已排序陣列，每個週期取樣乙個新的數值，插入取樣佇列隊尾並移除隊首的舊值。對這個佇列進行插入排序(其他快速排序方法均可)，然後去掉使用者指定個數的較大值與較小值，取中間剩下值的平均數作為最終結果。

適用分析：

優點：綜合性和平衡性好，被大量使用；

缺陷：波形向後的延遲很高，差不多與濾波長度相當，這也是此方法的弊端。所以我們經常使用32點或者64點甚至更長的滑動中值平均濾波進行資料校準階段的訊號濾波,在恆壓恆流等達到準確的穩態值後換用前面的中值濾波等高靈敏度方法進行pid的整定與調節，獲得系統高速的動態響應；

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數字濾波技術總結

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