通常，信號(hào)的頻譜處于有限的頻率范圍內(nèi)，而噪聲的頻譜則散布在很廣的頻率范圍內(nèi)，為了消除噪聲，可以把FIR濾波器或者IIR濾波器設(shè)計(jì)成合適的頻帶濾波器，進(jìn)行頻域?yàn)V波。

 

一般濾波器可以分為經(jīng)典濾波器和數(shù)字濾波器。

 

經(jīng)典濾波器：假定輸入信號(hào)中的有用成分和希望去除的成分各自占有不同的頻帶。如果信號(hào)和噪聲的頻譜相互重迭，經(jīng)典濾波器無(wú)能為力。比如 FIR 和 IIR 濾波器等。

 

現(xiàn)代濾波器：從含有噪聲的時(shí)間序列中估計(jì)出信號(hào)的某些特征或信號(hào)本身?，F(xiàn)代濾波器將信號(hào)和噪聲都視為隨機(jī)信號(hào)。包括 Wiener Filter、Kalman Filter、線(xiàn)性預(yù)測(cè)器、自適應(yīng)濾波器等

 

 

IIR濾波器又叫IIR數(shù)字濾波器，“遞歸濾波器”。遞歸濾波器，也就是IIR數(shù)字濾波器，顧名思義，具有反饋。IIR數(shù)字濾波器是一類(lèi)遞歸型的線(xiàn)性時(shí)不變因果系統(tǒng)。

 

特點(diǎn)：

 

lIR數(shù)字濾波器的系統(tǒng)函數(shù)可以寫(xiě)成封閉函數(shù)的形式，具有反饋回路；

 

IIR數(shù)字濾波器的相位非線(xiàn)性，相位特性不好控制，隨截止頻率變化而變化，對(duì)相位要求較高時(shí)，需加相位校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)；

 

IIR濾波器有歷史的輸出參與反饋，同F(xiàn)IR相比在相同階數(shù)時(shí)取得更好的濾波效果；

 

IIR數(shù)字濾波器采用遞歸型結(jié)構(gòu)，由于運(yùn)算中的舍入處理，使誤差不斷累積，有時(shí)會(huì)產(chǎn)生微弱的寄生振蕩。

 

IIR濾波原理圖

 

#define Pi 3.1415927f

/**************************************************************************

函數(shù)原型：void Calculate_FilteringCoefficient(float Time, float Cut_Off)

功    能：iir低通濾波參數(shù)計(jì)算

**************************************************************************/

void Calculate_FilteringCoefficient(float Time, float Cut_Off)

{

ACC_IIR_FACTOR = Time /( Time + 1/(2.0f*Pi*Cut_Off) );

// ACC_IIR_FACTOR為IIR濾波器因數(shù)

}

/**************************************************************************

函數(shù)原型： void ACC_IIR_Filter(struct _acc *Acc_in,struct _acc *Acc_out)

功    能： iir低通濾波

**************************************************************************/

void ACC_IIR_Filter(struct _acc *Acc_in,struct _acc *Acc_out)

{

Acc_out->x = Acc_out->x + ACC_IIR_FACTOR*(Acc_in->x - Acc_out->x);

Acc_out->y = Acc_out->y + ACC_IIR_FACTOR*(Acc_in->y - Acc_out->y);

Acc_out->z = Acc_out->z + ACC_IIR_FACTOR*(Acc_in->z - Acc_out->z);

}

 

 

FIR（Finite Impulse Response）濾波器：有限長(zhǎng)單位沖激響應(yīng)濾波器，又稱(chēng)為非遞歸型濾波器，是數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)中最基本的元件，它可以在保證任意幅頻特性的同時(shí)具有嚴(yán)格的線(xiàn)性相頻特性，同時(shí)其單位抽樣響應(yīng)是有限長(zhǎng)的，因而濾波器是穩(wěn)定的系統(tǒng)。因此，F(xiàn)IR濾波器在通信、圖像處理、模式識(shí)別等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。

 

特點(diǎn)：

 

FIR濾波器的最主要的特點(diǎn)是沒(méi)有反饋回路，穩(wěn)定性強(qiáng)，故不存在不穩(wěn)定的問(wèn)題；

 

FIR具有嚴(yán)格的線(xiàn)性相位，幅度特性隨意設(shè)置的同時(shí)，保證精確的線(xiàn)性相位；

 

FIR設(shè)計(jì)方式是線(xiàn)性的，硬件容易實(shí)現(xiàn)；

 

FIR相對(duì)IIR濾波器而言，相同性能指標(biāo)時(shí)，階次較高，對(duì)CPU的性能要去較高。

 

 

滑動(dòng)平均濾波算法只采樣一次，將一次采樣值和過(guò)去的若干次采樣值一起求平均，得到的有效采樣值即可投入使用。如果取N個(gè)采樣值求平均，存儲(chǔ)區(qū)中必須開(kāi)辟N個(gè)數(shù)據(jù)的暫存區(qū)。每新采集一個(gè)數(shù)據(jù)便存入暫存區(qū)中，同時(shí)去掉一個(gè)最老數(shù)據(jù)，保存這N個(gè)數(shù)據(jù)始終是最新更新的數(shù)據(jù)。采用環(huán)型隊(duì)列結(jié)構(gòu)可以方便地實(shí)現(xiàn)這種數(shù)據(jù)存放方式。

 

#define Filter_Num 2

/**************************************************************************

函數(shù)原型： void Gyro_Filter(struct _gyro *Gyro_in,struct _gyro *Gyro_out)

功    能： gyro窗口滑動(dòng)濾波

**************************************************************************/

void Gyro_Filter(struct _gyro *Gyro_in,struct _gyro *Gyro_out)

{

static int16_t Filter_x[Filter_Num],Filter_y[Filter_Num],Filter_z[Filter_Num];

static uint8_t Filter_count;

int32_t Filter_sum_x=0,Filter_sum_y=0,Filter_sum_z=0;

uint8_t i=0;

 

Filter_x[Filter_count] = Gyro_in->x;

Filter_y[Filter_count] = Gyro_in->y;

Filter_z[Filter_count] = Gyro_in->z;

 

for(i=0;i<Filter_Num;i++)

{

Filter_sum_x += Filter_x[i];

Filter_sum_y += Filter_y[i];

Filter_sum_z += Filter_z[i];

}

 

Gyro_out->x = Filter_sum_x / Filter_Num;

Gyro_out->y = Filter_sum_y / Filter_Num;

Gyro_out->z = Filter_sum_z / Filter_Num;

 

Filter_count++;

if(Filter_count == Filter_Num)

Filter_count=0;

}