CN107947759A - 一种具有高灵敏度的动态调整的一阶滞后滤波方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有高灵敏度的动态调整的一阶滞后滤波方法，该方法包括有调整滤波系数；判断本次数据变化方向；判断是否加速反应消抖计数，并更新滤波计数器；判断滤波计数器是否达到最大值；更新滤波系数等步骤。本发明能够不受硬件条件的制约，克服传统的一阶滞后滤波无法兼顾灵敏度和平稳度的缺陷。

Description

一种具有高灵敏度的动态调整的一阶滞后滤波方法

技术领域

本发明属于信号处理技术领域，特别涉及对于信号的滤波方法。

背景技术

信号处理的目前是人们消除不感兴趣的信号，消除的手段大体可以分为硬件和软件两大类。

硬件上通过增加滤波电路，采用高性能AD等做法。软件上是根据信号的规律，采用相关的算法，常用的信号处理算法有一阶滞后滤波。是使用软件编程实现硬件低通滤波器的功能。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。但是该算法也有明显的缺点：相位滞后，灵敏度低，对于没有乘除法指令的单片机，运算工作量较大。

专利申请201610525966.6公开了一种抑制GNSS信息异常的滤波增益动态调整方法，在标准卡尔曼滤波算法的基础上，通过新息向量构造符合X2分布的指标量并进行X2检验，对观测异常值进行检测。根据X2检验的参数构造比例因子，使用比例因子对相应的滤波增益矩阵进行降低，达到抑制异常观测值对系统影响的目的。本发明对正常噪声无影响，对异常值无错检、漏检，且对单独时刻异常值和持续异常值均有较高效作用，可使系统性能提高90％以上，将异常值的作用时间降5倍左右，大大提高了组合导航系统的性能。该专利申请是通过标准卡尔曼滤波算法实现滤波调整，然而该方法仍然存在相位滞后，灵敏度低，运算工作量较大的缺陷。

发明内容

基于此，因此本发明的首要目地是提供一种具有高灵敏度的动态调整的一阶滞后滤波方法，该方法能够不受硬件条件的制约，克服传统的一阶滞后滤波无法兼顾灵敏度和平稳度的缺陷。

本发明的另一个目地在于提供一种具有高灵敏度的动态调整的一阶滞后滤波方法，该方法能够消除滤波结果中的偶然干扰，使滤波曲线保持平滑，能克服相位滞后、灵敏度低、对于没有乘除法指令的单片机，运算工作量较大的缺点。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种具有高灵敏度的动态调整的一阶滞后滤波方法，其特征在于该方法步骤如下：

101、调整滤波系数；

要调整滤波系数，首先对传统的一阶滞后滤波公式进行改写，达到减小计算量的目的，提高计算效率。

然后，合理设置相关参数，相关参数包括：消抖计数加速反应阈值、消抖计数最大值、滤波系数增量、滤波系数最大值。

102、判断本次数据变化方向。

所述判断本次数据变化方向，先计算本次采样与上次滤波结果的差值，然后设置本次数据变化方向标识；再判断本次数据变化标识是否与上次变化标识一样；如果方向不一致，清除一阶滤波计数器，并且设置滤波系数为一较小的常数(一般为滤波系数最大值的5％)；如果方向一致，一阶滤波系数加上滤波系数最小增量。

103、再次调整滤波系数，使一阶滤波计数器+滤波系数最小增量；

104、判断是否加速反应消抖计数，并更新滤波计数器。

具体地说，判断是否加速反应消抖计数就是判断一阶滤波系数是否还要加上滤波系数最大增量，如果一阶滤波计数器达到消抖计数加速反应阈值，一阶滤波系数就要再加上滤波系数最大增量，否则不加。

105、判断滤波计数器是否达到最大值。

大于则执行下一步，更新一阶滤波系数，否则不更新，清除清除一阶滤波计数器，再判断一阶滤波系数是否达到最大滤波系数，如果达到，把一阶滤波系数设置为最大滤波系数。

106、更新滤波系数。

本发明所实现的一阶滞后滤波方法，具有以下效果：

1、当采样数据偶然受到干扰，能够将滤波结果中的干扰完全滤除。

2、当采样数据在一个范围内振荡时，滤波结果曲线非常平滑，几乎是一条直线。

3、当采样数据发生真实变化时，滤波结果也能及时跟进。

4、当采样数据趋于稳定时，滤波结果逐渐逼近并最终等于采样数据。

附图说明

图1是本发明所实施的一阶滤波流程图。

图2是本发明所实施的处理流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1所示，为本发明所实现的动态调整的一阶滞后滤波方法，图1中所示，滤波过程如下：

步骤1：首先，重新设计滤波公式，对传统的一阶滞后滤波公式进行改进，达到减小计算量的目的，为了便于高精度厨房秤的单片机计算，将滤波公式设计如下：

Yn＝Xn*α÷256+Yn-1*(256-α)÷256 (式1)

(式1)中，α是滤波系数(取值范围0～255)；Yn是本次滤波结果；Yn-1是上次滤波结果；Xn是本次采样值。

为了提高计算效率，将本次采样值与上次滤波结果比较，得到(式2)(式3)：

Yn＝Yn-1-(Yn-1-Xn)*α÷256(当Xn<Yn-1) (式2)

Yn＝Yn-1+(Xn-Yn-1)*α÷256(当Xn<Yn-1) (式3)

经过上面的方法，计算效率提高了一倍。

步骤2：然后，合理设置相关参数：所述参数包括有消抖计数加速反应阈值、消抖计数最大值、滤波系数增量、滤波系数最大值。

其中，消抖计数加速反应阈值，是反应当前采样值和上次采样值差值是否过大的参数，当当前采样值和上次采样值的差值大于消抖计数加速反应阈值，一阶滤波系数获得一个较大的步进增加，否则获得一个较小的步进增加。消抖计数最大值，是上述提到的较大步进，根据实际情况调节。滤波系数增量，是体现本次采样和上次滤波占本次滤波占比大小的量α增长步进，滤波系数最大值即α的最大值。

结合图2所示，根据上述参数设定调整滤波系数，然后，

步骤3.判断本次数据变化方向，设置本次数据变化方向，并且计算本次采样与上次采样的差值，判断本次方向和上次方向是否一致。

步骤4.根据步骤3方向的判断结果，如果方向不一致，清除一阶滤波计数器，并且设置滤波系数为一较小的常数(一般为滤波系数最大值的5％)；如果方向一致，一阶滤波系数加上滤波系数最小增量。

步骤5.判断一阶滤波系数是否还要加上滤波系数最大增量，如果一阶滤波计数器达到消抖计数加速反应阈值，一阶滤波系数就要再加上滤波系数最大增量，否则不加。

步骤6.判断一阶滤波计数器是否大于计数器阈值，大于则更新一阶滤波系数，否则不更新，清除清除一阶滤波计数器，再判断一阶滤波系数是否达到最大滤波系数，如果达到，把一阶滤波系数设置为最大滤波系数。

以此为例，本发明在高精度电子厨房秤中的应用方法为：

1：配置单片机ADC模块，使AD速率在15HZ。

2：获取本次采样ADC码，并且与上次滤波ADC码结果做比较。

3：当本次采样ADC码大于上次滤波ADC码，采用(式2)运算。

4：当本次采样ADC吗小与上次滤波ADC码，采用(式2)运算。

5：将得到的本次滤波结果与上次滤波结果相差和阈值比较。

6：当大于阈值时旁路一阶滤波，否则输出本次滤波并跟新上次滤波。

因此，本发明所实现的一阶滞后滤波方法，具有以下效果：

1、当采样数据偶然受到干扰，能够将滤波结果中的干扰完全滤除。

2、当采样数据在一个范围内振荡时，滤波结果曲线非常平滑，几乎是一条直线。

3、当采样数据发生真实变化时，滤波结果也能及时跟进。

4、当采样数据趋于稳定时，滤波结果逐渐逼近并最终等于采样数据。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种具有高灵敏度的动态调整的一阶滞后滤波方法，其特征在于该方法步骤如下：

101、调整滤波系数；

102、判断本次数据变化方向；

103、再次调整滤波系数，使一阶滤波计数器+滤波系数最小增量；

104、判断是否加速反应消抖计数，并更新滤波计数器；

105、判断滤波计数器是否达到最大值；

106、更新滤波系数。

2.如权利要求1所述的具有高灵敏度的动态调整的一阶滞后滤波方法，其特征在于所述101步骤中，要调整滤波系数，首先对传统的一阶滞后滤波公式进行改写，达到减小计算量的目的，提高计算效率；

然后，合理设置相关参数，相关参数包括：消抖计数加速反应阈值、消抖计数最大值、滤波系数增量、滤波系数最大值。

3.如权利要求2所述的具有高灵敏度的动态调整的一阶滞后滤波方法，其特征在于将滤波公式如下：

Yn＝Xn*α÷256+Yn-1*(256-α)÷256

(式1)中，α是滤波系数(取值范围0～255)；Yn是本次滤波结果；Yn-1是上次滤波结果；Xn是本次采样值；

将本次采样值与上次滤波结果比较，得到：

Yn＝Yn-1-(Yn-1-Xn)*α÷256(当Xn<Yn-1)

Yn＝Yn-1+(Xn-Yn-1)*α÷256(当Xn<Yn-1)。

4.如权利要求3所述的具有高灵敏度的动态调整的一阶滞后滤波方法，其特征在于消抖计数加速反应阈值，是反应当前采样值和上次采样值差值是否过大的参数，当当前采样值和上次采样值的差值大于消抖计数加速反应阈值，一阶滤波系数获得一个较大的步进增加，否则获得一个较小的步进增加。消抖计数最大值，是上述提到的较大步进，根据实际情况调节。滤波系数增量，是体现本次采样和上次滤波占本次滤波占比大小的量α增长步进，滤波系数最大值即α的最大值。

5.如权利要求1所述的具有高灵敏度的动态调整的一阶滞后滤波方法，其特征在于所述102步骤中，所述判断本次数据变化方向，先计算本次采样与上次滤波结果的差值，然后设置本次数据变化方向标识；再判断本次数据变化标识是否与上次变化标识一样；如果方向不一致，清除一阶滤波计数器，并且设置滤波系数为一较小的常数；如果方向一致，一阶滤波系数加上滤波系数最小增量。

6.如权利要求1所述的具有高灵敏度的动态调整的一阶滞后滤波方法，其特征在于所述104步骤中，判断是否加速反应消抖计数就是判断一阶滤波系数是否还要加上滤波系数最大增量，如果一阶滤波计数器达到消抖计数加速反应阈值，一阶滤波系数就要再加上滤波系数最大增量，否则不加。

7.如权利要求1所述的具有高灵敏度的动态调整的一阶滞后滤波方法，其特征在于所述105步骤中，大于则执行下一步，更新一阶滤波系数，否则不更新，清除清除一阶滤波计数器，再判断一阶滤波系数是否达到最大滤波系数，如果达到，把一阶滤波系数设置为最大滤波系数。