计算机测控技术第13课——常用数字滤波算法

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。
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
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
限幅滤波程序程序清单：
对于流量、压力等快速变化的参数一般不采用
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Biblioteka Baidu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
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。
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。
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。
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。
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
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。
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。
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
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
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