常用數(shù)字濾波算法及其應用

胡超然　徐楓　陳永勝

摘要：：數(shù)字濾波具有精度高、可編程、可移植、可復用、便于集成等優(yōu)點，而被廣泛應用于各種數(shù)字設備。本文主要利用信號的隨機特性，考慮信號本身以及噪聲并進行統(tǒng)計，并估算逼近出信號本身。從本質(zhì)上講數(shù)字濾波技術(shù)，其實就是多種數(shù)字算法技術(shù)的應用。本文以C語言為編程媒介，介紹幾種常用的數(shù)字濾波技術(shù)。

關(guān)鍵詞：算法；濾波；實用；信號

1 限幅濾波算法

1.1 限幅濾波算法原理及其應用

限幅濾波算法是將最近相鄰兩次采集到的數(shù)據(jù)求差，并求其絕對值。并與系統(tǒng)兩次采樣最大允許的差值進行比較，若小于等于系統(tǒng)最大允許差值，則認為此次采樣有效，否則認為本次采樣無效，系統(tǒng)將上次采樣的數(shù)據(jù)作為本次的采樣數(shù)據(jù)。

由于限幅濾波的這種特性，限幅濾波一般被用于一些被測物理量變化相對緩慢的系統(tǒng)，比如溫度、濕度、位移等。當然要取得較好的濾波效果，必須根據(jù)實際的物理對象，設定合適的系統(tǒng)最大允許差值。

1.2 限幅濾波算法的代碼實現(xiàn)

若定義當前采集數(shù)據(jù)為DataCurrent，上次采樣數(shù)據(jù)為DataLast，系統(tǒng)最大允許差值為Value_D，濾波后的數(shù)據(jù)為Data那么限幅濾波的核心C代碼可以這么寫：

If（（DataCurrentDataLast）>Value_D||（DataLastDataCurrent）>Value_D）Data=DataLast；

elseData=DataCurrent；

return Data；

2 算術(shù)平均濾波算法

2.1 算術(shù)平均濾波算法原理及其應用

算術(shù)平均濾波的算法比較簡單，就是系統(tǒng)采樣多組數(shù)據(jù)，求其平均數(shù)即可。

系統(tǒng)采用算術(shù)濾波算法后，系統(tǒng)的信噪比將提高N倍。算術(shù)平均濾波算法，適用于被測信號在一定時間內(nèi)，采樣數(shù)據(jù)在某個數(shù)據(jù)范圍內(nèi)上下浮動的物理量。比如液位、壓力、流量等物理量。需要注意的是采用這種算法時應根據(jù)實際情況選取合適的N，否則若N數(shù)值較大時系統(tǒng)平滑度變高，但靈敏度變低，即外界物理量實際的變化，對于我們通過算法得出的數(shù)據(jù)影響較小；若N的數(shù)值較小時，平滑度變低。

2.2 算術(shù)平均濾波算法的代碼實現(xiàn)

若定義當前一組數(shù)據(jù)的和為DataSum，系統(tǒng)數(shù)據(jù)為Data，get_data為采樣函數(shù)，定義濾波后的數(shù)據(jù)為Data，N為采樣次數(shù).那么算術(shù)平均濾波算法的核心C代碼可以這么寫：

for（i=0；iData=DataSum/N；

returnData；

3 加權(quán)平均濾波算法

3.1 加權(quán)平均濾波算法原理及其應用

加權(quán)平均濾波算法是系統(tǒng)連續(xù)N次采樣，并對每次采樣乘以加權(quán)系數(shù)，最后求和。

加權(quán)平均濾波算法能夠快速反映系統(tǒng)當前所受干擾的嚴重程度，但由于這種方法需要處理器不斷計算各權(quán)系數(shù)，增加了計算量，降低了控制速度，因此這種算法一般應用于純滯后且時間常數(shù)T較大、采用周期過程較短的系統(tǒng)。

3.2 加權(quán)平均濾波算法的代碼實現(xiàn)

定義系統(tǒng)采樣緩存為DataBuff[N]；定義采樣次數(shù)N；定義采樣函數(shù)get_data；定義加權(quán)系數(shù)數(shù)組為DataParameter[N]={0.1，0.15，0.2，0.25，0.3}這里注意各權(quán)值相加為1，定義濾波后數(shù)據(jù)為Data需要注意的是在使用這種算法時要根據(jù)實際情況選擇合適的N以及分配好每次采樣相對應的權(quán)值。加權(quán)平均濾波法的核心代碼為：

for（count=0；count