软件抗干扰技术.ppt

6.6软件抗干扰技术一、测控系统软件的基本要求（3）可测试性两方面含义：其一是比较容易制定出测试准则，并根据这些准则对软件进行测试；其二软件设计完成后，首先在模拟环境下运行，经过静态分析和动态仿真运行，证明正确无误后才可投入实际运行。（1）易理解、易维护指软件系统容易阅读和理解，容易发现和纠正错误，容易修改和补充。（2）实时性要求系统及时响应外部事件的发生，并及时给出处理结果。（4）准确性算法选择、位数选择等要符合要求。可靠性最重要的指标之一，两方面含义：第一是运行参数环境发生变化时，软件能可靠运行并给出准确结果，即软件应具有自适应性；第二是工业环境极其恶劣，干扰严重，软件必须保证在严重干扰条件下也能可靠运行。01采用软件的方法抑制叠加在输入输出信号上噪声影响，如模拟输入信号的数字滤波技术；02由于干扰而使程序发生混乱，导致程序乱飞或陷入死循环，采取使程序纳入正轨的措施，如指令冗余、软件陷阱、“看门狗”技术等；03发现程序失控后，解决系统恢复正常运行的方法，如重要信息的恢复，系统重入的条件等。二.软件抗干扰研究的主要内容由于工业生产的现场环境非常恶劣，各种干扰源很多，计算机系统通过输入通道采集到的数据信号，虽经硬件电路的滤波处理，但仍会混有随机干扰噪声。因此，为了提高系统性能，达到准确的测量与控制，一般情况下还需要进行数字滤波。所谓数字滤波，就是通过一定的计算或判断程序减少干扰在有用信号中的比重。故实质上它是一种程序滤波。数字滤波可靠性高，稳定性好，修改滤波参数也容易，而且一种滤波子程序可以被多个通道所共用，因而成本很低。另外，数字滤波可以对各种干扰信号，甚至极低频率的信号进行滤波。它的不足之处是需要占用CPU的机时。1236.6.1数字滤波技术与模拟滤波器相比，有以下几个优点:1.数字滤波是用程序实现的，不需要增加硬设备，所以可靠性高，稳定性好。2.数字滤波可以对频率很低(如0．01HZ)的信号实现滤波，克服了模拟滤波器的缺陷。3.数字滤波器可以根据信号的不同，采用不同的滤波方法或滤波参数，具有灵活、方便、功能强的特点。主要数字滤波算法：算术平均值法、中位值滤波法、限幅滤波法、惯性滤波法等STEP1STEP2算术平均值法是对输入的N个采样数据xi(i=1～N)，寻找这样一个y，使y与各采样值间的偏差的平方和为最小，即由一元函数求极值原理可得：1、算术平均值法意义假设某次测量的测量值包括信号成分Si和噪音成分Ci，进行N次测量后信号成分之和为：噪音的强度是用均方根来衡量的：上两式中，S、C分别表示进行N次测量后信号和噪音的平均强度。信噪比：即算术平均值法使信噪比提高了倍。例：某压力仪表采样数据如下：1234567891024252027246024252623序号采样值采样数据明显存在被干扰现象（彩色数据）。采用算术平均值滤波后，其采样值为：Y=(24+25+20+27+24+60+24+25+26+23)/10=28干扰被平均到采样值中去了特点：N值决定了信号平滑度和灵敏度。随着N的增大，平滑度提高，灵敏度降低。应该视具体情况选择N，以便得到满意的滤波效果。一般地，流量参数N=8-16，常取12；压力N=4；液面N=4-12；温度N=1-4，温度、成分等缓变信号可取2。在编制算法程序时,m一般取2、4、8等2的整数幂，以便于用移位来代替除法求得平均值。平均值滤波法一般适用于具有周期性干扰噪声的信号，特别适用信号本身在某一数值范围上下波动的情况，如压力、流量、液面等。但对偶然出现的脉冲干扰信号，滤波效果尚不理想。中位值滤波法的原理是对被测参数连续采样m次(m≥3)且是奇数，并按大小顺序排列；再取中间值作为本次采样的有效数据。一般m取3~5次即可。01中位值滤波法和平均值滤波法结合起来使用，滤波效果会更好。即在每个采样周期，先用中位值滤波法得到m个滤波值，再对这m个滤波值进行算术平均，得到可用的被测参数。也称为去脉冲干扰平均值滤波法。03特点：中位值滤波法对脉冲干扰信号等偶然因素引发的干扰有良好的滤波效果。如对温度、液位等变化缓慢的被测参数采用此法会收到良好的滤波效果；对流量、速度等快速变化的参数一般不宜采用中位值滤波法。022．中位值滤波法（中值滤波）例：某压力仪表采样数据如下：123456789242520272460242526序号采样值采样数据明显存在被干扰现象（彩色数据）。采用去脉