滤波方法——2016-01-07解析

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1、滤波方法综述 报告人：关龙彪 1 3 2 目录 10种滤波方法简述 几种常用的MATLAB滤波方法 滤波应用 01 02 03 滤波应用 几种常用的 MATLAB滤波方法 10种滤波方法简述 1.限幅滤波法 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,则本次值无效,放弃本次值,用上次值代替本次值 优点：能有效克服因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.中位值滤波法 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 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

2、缓慢的被 测参数有良好的滤波效果 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 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 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 缺点 ：不适用 于测量速度较慢或要求数据计算速度较快的实时控制 4.递推平均滤波法（又称滑动平均滤波法） 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

3、) 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=412；温度，N=14 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 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 5.中位值平均滤波法（又称防脉冲干扰平均滤波法） 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：314 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

4、 缺点 ：测量速度较慢，和算术平均滤波法一样 6.限幅平均滤波法 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 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 7.一阶滞后滤波法 取a=01 本次滤波结果=（1-a）*本次采样值+a*上次滤波结果 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 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 是对递推平均滤波法的改进，即不同时刻的数据

5、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 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 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 反应系统当前所受干扰的严重程度，滤波效果差 9.消抖滤波法 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 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

6、的反复开/关跳动或显示器上数值抖动 缺点 ：对于快速变化的参数不宜 10.限幅消抖滤波法 相当于“限幅滤波法”+“消抖滤波法” 先限幅,后消抖 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 缺点： 对于快速变化的参数不宜 02 03 滤波应用 几种常用的 MATLAB滤波方法 01 10种滤波方法简述 MATLAB去噪方法 根据噪音的特征，有两种主要的滤噪信号处理技术：频率域和时空域 1）如果噪音和有效信号在频率域上具有不同的区域，那么通常使用频率域滤 噪方法，比如低通滤波、带通滤波等等。 2）如果噪音分布在整个频率域范围内，那么通过常规的选择频

7、率带宽的方法 就不能有效的过滤噪音，此时该选择时域去噪，如维纳滤波，卡尔曼滤波， 移动平均滤波（Wiener filter, Kalman filter, Savitzky-Golay filter）等等。 3）小波变换滤波去噪：对含噪声信号进行小波变换；对变换得到的小波系数 进行去噪处理；进行小波逆变换，得到去噪后的信号。 1）几种常用的时空域滤波方法 一种利用线性 系统状态方程 ，通过系统输 入输出观测数 据，对系统状 态进行最优估 计的算法。 当前应用最为 广泛的滤波方 法。 移动平均滤波器 是一个低通滤波 器，比起模拟滤 波器有更好的效 果，要实现低通 通过MATLAB编 程实现。 以

8、均方误差最小 为准则的，它根 据过去观测值和 当前观测值来估 计信号的当前值 ，因此它的解形 式是系统的传递 函数或单位脉冲 响应。 （现代滤波器） 无法得到信号 和噪声统计特 性的先验知识 下，自适应滤 波技术能够获 得极佳的滤波 性能，因而具 有很好的应用 价值。 卡尔曼滤波移动平均滤波维纳滤波去噪 自适应滤波去噪 2）几种常用的频率域滤波方法 切比雪夫滤波 器，巴特沃斯 滤波器，FIR 滤波器；高斯 滤波器； 切比雪夫滤波器 ，巴特沃斯滤波 器，FIR滤波器 ；高斯滤波器； 切比雪夫滤波器 ，巴特沃斯滤波 器，FIR滤波器 ；高斯滤波器； 切比雪夫滤波 器，巴特沃斯 滤波器，FIR滤 波

9、器；高斯滤 波器； 低通滤波去噪高通滤波去噪带通滤波去噪 带阻滤波去噪 3）几种常用的小波分析滤波方法 根据信号与噪 声在小波变换 下随尺度变化 呈现出的不同 变化特性而提 出来的，有很 好的理论保证 ，去噪效果非 常稳定。 信号的小波变换 在各尺度相应位 置上的小波系数 之间有很强的相 关性，而且在边 缘处有很强的相 关性；而噪声的 小波变换在各尺 度间却没有明显 的相关性。 最小均方误差意 义下可达近似最 优，并且取得了 良好的视觉效果 ，因而得到了深 入广泛的研究和 应用。 阈值去噪法与 模极大值和相 关性去噪相比 ，去噪效果好 ，计算量也最 少，因而取得 了最广泛的应 用。 模极大值原理系数相关性原理小波阈值去噪 去噪效果比较 03 滤波应用 02 几种常用的 MATLAB滤波方法 01 10种滤波方法简述 谢谢！