几种经典的滤波算法

16 5 月, 2024 565点热度 2人点赞 0条评论

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。

李嘉诚

这个人很懒,什么都没留下