數(shù)據(jù)處理中的幾種常用數(shù)字濾波算法

1、數(shù)據(jù)處理中的幾種常用數(shù)字濾波算法王慶河王慶山(濟鋼集團計量管理處，濟南250101)(濟鋼集團中厚板廠，濟南250101)摘要隨著數(shù)字化技術的發(fā)展，數(shù)字濾波技術成為數(shù)字化儀表和計算機在數(shù)據(jù)采集中的關鍵性技術，本文對常用的幾種數(shù)字濾波算法的原理進行描述，并給出必要的數(shù)學模型。關鍵詞：數(shù)據(jù)采樣噪聲濾波移動濾波一、引言在儀表自動化工作中，經(jīng)常需要對大量的數(shù)據(jù)進行處理，這些數(shù)據(jù)往往是一個時間序列或空間序列，這時常會用到數(shù)字濾波技術對數(shù)據(jù)進行預處

2、理。數(shù)字濾波是指利用數(shù)學的方法對原始數(shù)據(jù)進行處理，去掉原始數(shù)據(jù)中摻雜的噪聲數(shù)據(jù)，獲得最具有代表性的數(shù)據(jù)集合。數(shù)據(jù)采樣是一種通過間接方法取得事物狀態(tài)的技術如將事物的溫度、壓力、流量等屬性通過一定的轉換技術將其轉換為電信號，然后再將電信號轉換為數(shù)字化的數(shù)據(jù)。在多次轉換中由于轉換技術客觀原因或主觀原因造成采樣數(shù)據(jù)中摻雜少量的噪聲數(shù)據(jù)，影響了最終數(shù)據(jù)的準確性。為了防止噪聲對數(shù)據(jù)結果的影響，除了采用更加科學的采樣技術外，我們還要采用一些必要的技術

3、手段對原始數(shù)據(jù)進行整理、統(tǒng)計，數(shù)字濾波技術是最基本的處理方法，它可以剔除數(shù)據(jù)中的噪聲，提高數(shù)據(jù)的代表性。二、幾種常用的數(shù)據(jù)處理方法在實際應用中我們所用的數(shù)據(jù)濾波方法很多，在計算機應用高度普及的今天更有許多新的方法出現(xiàn)，如邏輯判斷濾波、中值濾波、均值濾波、加權平均2中值濾波中值濾波是對采樣序列按大小排濾波、眾數(shù)濾波、一階滯后濾波、移動濾波、復合濾波等。假設我們采用前端儀表采集了一組采樣周期為1s的溫度數(shù)據(jù)的時間序列T0為第0s采集的溫度值

4、，Ti為第is采集的溫度值。下面介紹如何應用幾種不同濾波算法來計算結果溫度T。1.程序判斷濾波當采樣信號由于隨機干擾、誤檢測或變送器不穩(wěn)定引起嚴重失真時，可采用程序判斷濾波算法，該算法的基本原理是根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，確定出相鄰采樣輸入信號可能的最大偏差△T若超過此偏差值，則表明該輸入信號是干擾信號，應該去掉，若小于偏差眾數(shù)濾波算法的原理是在采樣序列TiIi=0n中找出其最大值Tmax和最小值Tmln，再在區(qū)間[T_，T腿]上平均分為m組（5—

5、10組)，組間距為L=(Tmax—T_)m第1組的區(qū)間為[T_，T_L]，第2組的區(qū)間為[T_L，T_2XL)第3組的區(qū)間為[T_2XL，T_3XL]，......，第m組區(qū)間為[Tlnin(m—1)XLT]。確定完分組后，對序列Ti統(tǒng)計各組區(qū)間內(nèi)數(shù)據(jù)的個數(shù)，形成統(tǒng)計序列GiIi=l—?，查找其最大的值即眾數(shù)組序號k根據(jù)式（6)或式（7)計算眾數(shù)的近似值。6.—階滯后濾波一階滯后濾波算法屬于動態(tài)濾波算法，它對慢速隨機變化的量的濾波效果較

6、好，其算法公式如下所示。T=(1一《)TiaT’其中T為上次的結果，a為濾波平滑系數(shù)，它與濾波環(huán)節(jié)的時間常數(shù)和采樣周期相關，可以根據(jù)具體情況確定，一般取小于1的常數(shù)。7.移動濾波中值濾波、均值濾波、加權均值濾波、眾數(shù)濾波算法是對一個采樣序列進行處理得出一個結果數(shù)據(jù)，如果樣本數(shù)據(jù)較大時，數(shù)據(jù)采樣時間較長將造成結果數(shù)據(jù)的實際采樣周期過長，不能滿足實時性的要求。如果我們將算法處理中所應用的數(shù)據(jù)序列定義為當前采樣點及其以前的一組數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)序列是

7、采樣序列中一個可移動截取框內(nèi)的數(shù)據(jù)，由于截取框每次向后移動1個數(shù)據(jù)點，移動截取框第1個數(shù)據(jù)被丟棄，后序的數(shù)據(jù)點依次前移1個位置，然后増加1個新的數(shù)據(jù)，即當前時間采樣點數(shù)據(jù)，構成新的數(shù)據(jù)序列。由于新的數(shù)據(jù)序列與舊的數(shù)據(jù)序列相比，只有一個數(shù)據(jù)不同，所以在濾波算法中的排序、取和、求眾數(shù)的算法可以適當修改以適應這個特點，使得上次數(shù)據(jù)處理的中間結果可以在新的處理重復利用，有效提高運算速度。移動濾波的結果數(shù)據(jù)的產(chǎn)生速度與采樣速度相同，實時性大大優(yōu)于