智能仪器的基本数据处理算法

4. 基于中值数绝对偏差的决策滤波器
二、抑制小幅度高频噪声的平均滤波法
1．算数平均 2．滑动平均 3．加权滑动平均
三、复合滤波法
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一、克服大脉冲干扰的数字滤波法
克服由仪器外部环境偶然因 素引起的突变性扰动或仪器内部 不稳定引起误码等造成的尖脉冲 干扰，是仪器数据处理的第一步。 通常采用简单的非线性滤波法。
窗口，，…，，
利用m个数据来确定的有
效性。如果滤波器判定该x 0数(k)据x有1(k效) ，xm则－1(输k)出，否
， 则，如果判定该数据为奇异数据，用中值来取代。
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（1）．确定当前数据有效性的判别准则
• 一个序列的中值对奇异数据的灵敏度远无小于
序列的平均值，用中值构造一个尺度序列，设
抗匹配、特性波动、非一致性等问题。模拟滤波器在
频率很低时较难实现的问题，不会出现在数字滤波器
的实现过程中。（2）只要适当改变数字滤波程序有关
参数，就能方便的改变滤波特性，因此数字滤波使用
时方便灵活。
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常用的数字滤波算法
一、克服大脉冲干扰的数字滤波法
1．限幅滤波法
2．中值滤波法
3．基于拉依达准则的奇异数据滤波法（剔除粗大误差）
• 对某一被测参数连续采样n次（一般n应为奇数）， 然后将这些采样值进行排序，选取中间值为本次采 样值。
• 对温度、液位等缓慢变化的被测参数，采用中值滤 波法一般能收到良好的滤波效果。
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• 设滤波器窗口的宽度为n=2k+1，离散时间信号x （i）的长度为N，（i=1，2，…，N；N>>n），
若本次采样值为yn，则本次滤波的结果由下式确定：
y n |y n y n 1| a a ,,y y n n y y n n 1 或 y n 2 y n 1 y n 2
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y n |y n y n 1| a a ,,y y n n y y n n 1 或 y n 2 y n 1 y n 2
●建立移动数据窗口(宽度m）
｛ w 0 (w k 1 (w k ) 2 (, k ) w m - 1 , ( ) k { ,0 ( ) x x k 1 ( } x k 2 ) ( , k ) x m - 1 ( ,)k , )
则当窗口在信号序列上滑动时，一维中值滤波器 的输出:
med[x（i）]=x(k) 表示窗口2k+1内排序的第k个
值，即排序后的中间值。
原始信号
中值滤波后的信号
对不同宽度PPT脉学习冲交流滤波效果
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3．基于拉依达准则的奇异数据滤波法 （剔除粗大误差）
• 拉依达准则法的应用场合与程序判别法 类似，并可更准确地剔除严重失真的奇 异数据。
• a是相邻两个采样值的最大允许增量，其数值可
根据y的最大变化速率Vmax及采样周期T确定，
即 a = Vmax T
实现本算法的关键是设
定被测参量相邻两次采样值的最大允许误差a.
要求准确估计Vmax和采样周期T。
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2．中值滤波法
• 中值滤波是一种典型的非线性滤波器，它运算简单， 在滤除脉冲噪声的同时可以很好地保护信号的细节 信息。
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基本数据处理算法内容提要
• 克服随机误差的数字滤波算法 • 消除系统误差的算法、非线性校正 • 工程量的标度变换。 • 诸如频谱估计、相关分析、复杂滤波等算法，
阅读数字信号处理方面的文献。
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第一节 克服随机误差的数字滤波算法
• 随机误差：由串入仪表的随机干扰、仪器内部器件
{
}中值为Z，则
x i (k)
给出了每个数据点偏离参照值的尺度
令{d(k)}的中值为D，著名的统计学家FR.Hampel
提出并证明了中值数绝对偏差MAD＝1.4826*D，
MAD可以代替标准偏差σ。对3σ法则的这一修正
有时称为“Hampel标识符”。
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(2)．实现基于L*MAD准则的滤波算法
第四章 智能仪器的基本数据处理算法
数据处理能力是智能仪器水平的标志,不能充分发挥软件 作用,等同硬件化的数字式仪器.
测量精度和可靠性是仪器的重要指标，引入 数据处理算法后，使许多原来靠硬件电路难以 实现的信号处理问题得以解决，从而克服和弥 补了包括传感器在内的各个测量环节中硬件本 身的缺陷或弱点，提高了仪器的综合性能。
N
( Vi2)/(N1)
i1
（4）判断并剔除奇异项Vi＞3σ，则认为该Xi为
坏值，予以剔除。
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依据拉依达准则净化数据的局限性
采用3σ准则净化奇异数据，有的仪器通过选择Lσ中的 L值（L＝2，3，4，5）调整净化门限，L＞3，门限放 宽，L＜3，门限紧缩。采用3σ准则净化采样数据有 其局限性，有时甚至失效。
• 拉依达准则：当测量次数N足够多且测 量服从正态分布时，在各次测量值中， 若某次测量值Xi所对应的剩余误差Vi＞ 3σ，则认为该Xi为坏值，予以剔除。
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拉依达准则法实施步骤
（1）求N次测量值X1至XN的算术平均值
X
1 N
N
Xi
i 1
（2）求各项的剩余误差Vi Vi Xi X
（3）计算标准偏差σ
• （1）该准则在样本值少于10个时不能判别任何奇异 数据；
• （2）3σ准则是建立在正态分布的等精度重复测量基 础上，而造成奇异数据的干扰或噪声难以满足正态分 布。
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4. 基于中值数绝对偏差的决策滤波器
• 中值绝对偏差估计的决策滤波器能够判别出奇异
Байду номын сангаас
数据，并以有效性的数值来取代。采用一个移动
噪声和A/D量化噪声等引起的，在相同条件下测量同一 量时，其大小和符号作无规则变化而无法预测，但在 多次测量中符合统计规律的误差。采用模拟滤波器是 主要硬件方法。（注：误差分为：随机误差，系统误
差，粗大误差）
• 数字滤波算法的优点：（1）数字滤波只是一个
计算过程，无需硬件，因此可靠性高，并且不存在阻
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1．限幅滤波法
• 限幅滤波法（又称程序判别法）通过程序判断被测信 号的变化幅度，从而消除缓变信号中的尖脉冲干扰。 具体方法是，依赖已有的时域采样结果，将本次采样 值与上次采样值进行比较，若它们的差值超出允许范 围，则认为本次采样值受到了干扰，应予易除。
已滤波的采样结果： yn1,yn2,yn1