[信息与通信]第四章 测量数据处理.ppt

第 四 讲 测量数据处理 微机测控系统 测量数据处理的作用 4.2 量程自动切换 -- 基本概念 4.2 量程自动切换 -- 切换方法 4.2 量程自动切换 -- 切换方法 4.4 标度变换 – 基本概念 4.4 标度变换 – 硬件实现方法 4.4 标度变换 – 软件实现方法 4.6 数字滤波技术--基本概念 随机误差： 由串入仪表的随机干扰、仪器内部器件噪声和A/D量化噪声等引起的，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。 滤波方法： 硬件：采用模拟滤波器是主要硬件方法。 软件：数字滤波器 4.6 数字滤波技术--基本概念 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。 3。多输入通道可共用一个滤波程序，无须多个滤波 电路，节约大量成本。 4。计算机的高频时钟满足测控系统的实时要求。 4.6 数字滤波技术—种类 限幅滤波法 中位值滤波法 算术平均滤波法 递推平均滤波法 加权递推平均滤波法 一阶惯性滤波法 复合滤波法 4.6 数字滤波技术—常用数字滤波算法 一、克服大脉冲干扰的数字滤波法 1．限幅滤波法 2．中值滤波法 二、抑制小幅度高频噪声的平均滤波法 1．算术平均 2．滑动平均 3．加权滑动平均 三、复合滤波法 4.6.1 数字滤波技术—常用数字滤波算法 克服由仪器外部环境偶然因素引起的突变性扰动或仪器内部不稳定引起误码等造成的尖脉冲干扰。 通常采用简单的非线性滤波法。 4.6.1 数字滤波技术—限幅滤波法 限幅滤波法（又称程序判别法）通过程序判断被测信号的变化幅度，从而消除缓变信号中的尖脉冲干扰。 具体方法是，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。 4.6.1 数字滤波技术—限幅滤波法 4.6.1 数字滤波技术—限幅滤波法 a是相邻两个采样值的最大允许增量，其数值可根据y的最大变化速率Vmax及采样周期T确定，即 a = Vmax T　　　　　 实现本算法的关键是设定被测参量相邻两次采样值的最大允许误差a.要求准确估计Vmax和采样周期T。 4.6.1 数字滤波技术—中值滤波法 中值滤波是一种典型的非线性滤波器，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。 4.6.1 数字滤波技术—中值滤波法 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；Nn），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) 表示窗口2k+1内排序的第k个值，即排序后的中间值。 4.6.2 数字滤波技术—平均滤波 小幅度高频电子噪声：电子器件热噪声、A/D量化噪声等。 通常采用具有低通特性的线性滤波器：算术平均滤波法、递推平均滤波法、递推加权平均滤波法等。 4.6.2 数字滤波技术—算术平均滤波 N个连续采样值（分别为X1至XN）相加，然后取其算术平均值作为本次测量的滤波值。即 4.6.2 数字滤波技术—算术平均滤波 4.6.2 数字滤波技术—递推平均滤波 对于采样速度较慢或要求数据更新率较高的实时系统，算术平均滤法无法使用的。 递推平均滤波法把N个测量数据看成一个队列，队列的长度固定为N，每进行一次新的采样，把测量结果放入队尾，而去掉原来队首的一个数据，这样在队列中始终有N个“必威体育精装版”的数据。 4.6.2 数字滤波技术—递推平均滤波 4.6.2 数字滤波技术—加权递推平均滤波 增加新的采样数据在递推平均中的比重，以提高系统对当前采样值的灵敏度，即对不同时刻的数据加以不同的权。通常越接近现时刻的数据，权取得越大。 4.6.4 数字滤波技术—复合滤波 在实际应用中，有时既要消除大幅度的脉冲干扰，又要做数据平滑。因此常把前面介绍的两种以上的方法结合起来使用，形成复合滤波。 去极值平均滤波算法：先用中值滤波算法滤除采样值中的脉冲性干扰，然后把剩余的各采样值进行平均滤波。连续采样N次，剔除其最大值和最小值，再求余下N－2个采样的