滤波(Wave filtering)是将信号中特定波段频率滤除的操作,是抑制和防止干扰的一项重要措施。总之,根据自身需求,合理选择滤波算法,并做好相关的测试,你的交易系统效率一定会更高。
1 限幅滤波法
1.1 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
1.2 优点
- 能有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰
1.3 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
2.1 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
2.2 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
2.3 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
3.1 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
3.2 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
3.3 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
4.1 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
4.2 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
4.3 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
5.1 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
5.2 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
5.3 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
6.1 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
6.2 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
6.3 缺点:
- 比较浪费RAM
7 一阶滞后滤波法
7.1 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
7.2 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
7.3 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
8.1 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
8.2 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
8.3 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
- 不能迅速反应交易系统当前所受干扰的严重程度,滤波效果差
9 消抖滤波法
9.1 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
9.2 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
9.3 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交易系统
10 限幅消抖滤波法
10.1 方法:
- 相当于“限幅滤波法”+“消抖滤波法”
- 先限幅,后消抖
10.2 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
10.3 缺点:
- 对于快速变化的参数不宜
11 IR 数字滤波器
11.1 方法
- 确定信号带宽,滤之。 Y(n) = a1Y(n-1) + a2Y(n-2) + … + akY(n-k) +b0X(n) + b1X(n-1) + b2X(n-2) + … + bk*X(n-k)
11.2 优点
- 高通,低通,带通,带阻任意。设计简单(用matlab)
11.3 缺点
- 运算量大。
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