计算机测控技术第13课——常用数字滤波算法

COMPARE：CLRC
SUBB A,LIMIT ；│Yn-Yn-1│和△y比较 JC OVER ；如果│Yn-Yn- 1 │ ≤△y,
DATA2→DATA
MOV DATA,DATA1；如果│Yn-Yn-1│>△y， DATA1→DATA
OVER:
POP A ；恢复现场
POP PSW
RET；返回
限幅滤波总结
克服由测控系统外部环境偶 然因素引起的突变性扰动或测控 系统内部不稳定引起误码等造成 的尖脉冲干扰，是测控系统数据 处理的第一步。通常采用简单的 非线性滤波法。
1、限幅滤波
实际测控系统中，许多物理量的变化 需要一定的时间，因此相邻两次采样值之 间的变化幅度应在一定的限度之内。
限幅滤波原理：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。
随机误差与数字滤波
随机误差：由串入测控系统的随机干扰、测控
系统内部器件噪声和A/D量化噪声等引起，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。
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。
已滤波的采样结果：yn1, yn2 ,..., y1
本次采样值为yn，则本次滤波的结果由下式确定：
yn
|
yn
yn1
|
a, yn a, yn
yn yn1或yn
2 yn1
yn2
a──相邻两次采样值所允许的最大偏差，取决
于采样周期T和信号Y的最大变化速率Vmax即： a = VmaxT, 实现本算法的关键是设定被测参
值，即排序后的中间值。
原始信号
中值滤波后的信号
对不同宽度脉冲滤波效果
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。
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。
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
N
( Vi2 ) /(N 1)
i 1
（4）判断并剔除奇异项Vi＞3σ，则认为该Xi为坏值， 予以剔除。
常用的数字滤波算法
一、克服大脉冲干扰的数字滤波 1．限幅滤波 2.限速滤波（1、2又称为程序判别法
） 3．中值滤波 4．基于拉依达准则的奇异数据滤波法 5. 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
1．算数平均 2.去极值平均滤波 2．滑动平均
三、低通滤波
四、复合滤波
一、克服大脉冲干扰的数字滤波法
设顺序采样时刻t1、t2、t3所采集到的数据分别为Y(1)、 Y(2)、Y(3)
当|Y(2) - Y(1)|≤⊿Y 时，采用Y(2)
当|Y(2) - Y(1)| > ⊿Y 时，不采用Y(2) ，但保留，继 续采样取得Y(3)
当|Y(3) - Y(2)|≤⊿Y 时， 采用Y(2)
当|Y(3) - Y(2)| > ⊿Y 时，则取(Y(3) + Y(2))/2 为采样值
PUSH PUSH CLR MOV MOV SUBB JNC CPL INC
PSW ；保护现场
A
C ；进位标志位清零 DATA,DATA2 ；本次采样值 A,DATA1 ；经滤波的上次采样值 A,DATA ；求Yn-1 -Yn COMPARE ；如果Yn-1 -Yn≥0,转COMPARE A ；如果Yn-1 -Yn<0, 求补 A
限速滤波的特点：既照顾了采样的实时性，又顾及了采 样值变化的连续性。
2．中值滤波法
中值滤波是一种典型的非线性滤波，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。
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。
量相邻两次采样值的最大允许误差a.
限幅滤波用于滤掉由于大功率设备的启停， 所造成的电流尖峰干扰或误检测，以及变送器不 稳定而引起的严重失真等。
开始 现场保护 读Y n-1 ，Y n
Yn-1-Yn ≥0 是
Yn-1-Y n > Y 是
取上次采样值 现场恢复
返回
否 求 Yn -Yn-1
否
取本次采样值
限幅滤波程序程用
开始
现场保护 设置数据区首址
设置数据个数 读数据排序
否
排序完成据否？
是 取中值
现场恢复
返回
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），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+1) 表示窗口2k+1内排序的第k+1个
计算机测控技术第13课 ——常用数字滤波算法
北京航空航天大学自动化学院 ATE实验室 2010年5月
数字滤波的应用
实际测控系统的测量通道难免窜入随机干扰，经 A/D转换使误差进入测控系统。 克服随机干扰可以采 用：
1）硬件组成模拟滤波器；
2）采用软件实现数字滤波；（注意前提条件）
数字滤波：采用计算机程序对采集数据进行处理，从 而消除或减弱干扰噪声。
方法
根据经验判断采样数值的有效性。 １）如果本次值与上次值之差小于允许最大偏差
本次采样有效 ２）如果本次值与上次之差大于允许最大偏差
本次采样无效，采用上次采样值
优点 能有效克服偶然因素引起的脉冲干扰
缺点 无法抑制那种周期性的干扰、平滑度差
2、限速滤波
原理：当|Y(2)-Y(1)|>⊿Y时，不是取Y(1)作为本次的采样值 ，而是再采样一次，取得Y(3)，然后根据|Y(3)- Y(2)| 与 ⊿Y 的大小关系，来决定本次的采样值。