数字滤波器常用算法有很多种,以下介绍几种常见的算法及其软件实现方式:
算法原理:对连续的N个采样数据进行求和,然后取平均值作为滤波输出。其目的是减少数据中的随机噪声,使信号更加平滑。
软件实现:在软件中,可以使用数组来存储N个采样数据。每次有新的采样数据到来时,将其放入数组中,并将最早的一个数据移出数组。然后对数组中的N个数据进行求和并计算平均值,得到滤波后的输出值。以C语言为例,代码大致如下:
```c float meanFilter(float newData, float buffer[], int N) { // 将新数据放入缓冲区 for (int i = N - 1; i > 0; i--) { buffer[i] = buffer[i - 1]; } buffer[0] = newData; // 计算缓冲区中数据的总和 float sum = 0.0; for (int i = 0; i < N; i++) { sum += buffer[i]; } // 返回平均值 return sum / N; } ```
算法原理:对连续的N个采样数据进行排序,取中间值作为滤波输出。它对于去除脉冲噪声等具有很好的效果,能够保留信号的边缘信息。
软件实现:同样可以使用数组来存储N个采样数据。当新数据到来时,将其放入数组并进行排序,然后取中间位置的数据作为滤波输出。在C语言中,可以使用冒泡排序等算法来实现排序,代码示例如下:
```c // 冒泡排序函数 void bubbleSort(float arr[], int n) { for (int i = 0; i < n - 1; i++) { for (int j = 0; j < n - i - 1; j++) { if (arr[j] > arr[j + 1]) { // 交换元素 float temp = arr[j]; arr[j] = arr[j + 1]; arr[j + 1] = temp; } } } } float medianFilter(float newData, float buffer[], int N) { // 将新数据放入缓冲区 for (int i = N - 1; i > 0; i--) { buffer[i] = buffer[i - 1]; } buffer[0] = newData; // 对缓冲区数据进行排序 bubbleSort(buffer, N); // 返回中值 if (N % 2 == 0) { // 如果N为偶数,取中间两个数的平均值 return (buffer[N / 2 - 1] + buffer[N / 2]) / 2.0; } else { // 如果N为奇数,取中间的数 return buffer[N / 2]; } } ```
算法原理:通过一个一阶差分方程来实现滤波,其传递函数具有低通特性,能够平滑信号并抑制高频噪声。算法公式为`y(n)=a*x(n)+(1-a)*y(n-1)`,其中`x(n)`是当前输入数据,`y(n)`是当前滤波输出,`y(n-1)`是上一时刻的滤波输出,`a`是滤波系数,取值范围通常在0到1之间。
软件实现:在软件中,需要保存上一时刻的滤波输出值。每次有新的输入数据时,根据上述公式计算当前的滤波输出。以下是用C语言实现的代码:
```c float firstOrderLowPassFilter(float newData, float* prevOutput, float a) { // 计算当前滤波输出 float currentOutput = a * newData + (1 - a) * *prevOutput; // 更新上一时刻的滤波输出 *prevOutput = currentOutput; // 返回当前滤波输出 return currentOutput; } ```