数字滤波

滤波一词起源于通信理论,是从含有干扰的接收信号中提取有用信号的一种技术。更广泛地,滤波是指利用一定的手段抑制无用信号,增强有用信号的数字信号处理过程。

无用信号,也称为“噪声”,是指在采集数据中对系统没有贡献或起干扰作用的数据。在通信时,无用信号表现为特定波段频率、杂波;在传感器采集数据时,无用信号表现为幅度干扰。例如,在测量温度时,传感器测量值与真实温度之间往往有一定的随机波动。这个波动就是随机干扰。

其实噪声是一个随机过程,而随机过程有其功率谱密度函数,功率谱密度函数的形状决定了噪声的“颜色”。如果这些随机干扰信号幅度分布服从高斯分布,而它的功率谱密度又是均匀分布的,则称它为高斯白噪声。高斯白噪声是大多数传感器所具有的一种测量噪声。在工程应用中,如雷达测距、声呐测距、图像采集、声音录制等,只要是传感器采集和测量的数据,都携噪声干扰。这种干扰有的很微小,有的则会使信号变形、失真,有的严重导致数据不可用。

值得一提的是,并不是所有的噪声都能通过滤波算法完全消除,滤波不是万能的,滤波的目的是最大限度地降低噪声干扰。