《軟件抗干擾技術(shù)》PPT課件

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1、6.6軟件抗干擾技術(shù)一、測控系統(tǒng)軟件的基本要求（3）可測試性兩方面含義：其一是比較容易制定出測試準(zhǔn)則，并根據(jù)這些準(zhǔn)則對軟件進(jìn)行測試；其二軟件設(shè)計完成后，首先在模擬環(huán)境下運(yùn)行，經(jīng)過靜態(tài)分析和動態(tài)仿真運(yùn)行，證明正確無誤后才可投入實(shí)際運(yùn)行。（1）易理解、易維護(hù)指軟件系統(tǒng)容易閱讀和理解，容易發(fā)現(xiàn)和糾正錯誤，容易修改和補(bǔ)充。（2）實(shí)時性要求系統(tǒng)及時響應(yīng)外部事件的發(fā)生，并及時給出處理結(jié)果。（4）準(zhǔn)確性算法選擇、位數(shù)選擇等要符合要求。（5）可靠性最重要的指標(biāo)之一，兩方面含義：第一是運(yùn)行參數(shù)環(huán)境發(fā)生變化時，軟件能可靠運(yùn)行并給出準(zhǔn)確結(jié)果，即軟件應(yīng)具有自適應(yīng)性；第二是工業(yè)環(huán)境極其惡劣，干擾嚴(yán)重

2、，軟件必須保證在嚴(yán)重干擾條件下也能可靠運(yùn)行。二.軟件抗干擾研究的主要內(nèi)容1.采用軟件的方法抑制疊加在輸入輸出信號上噪聲影響，如模擬輸入信號的數(shù)字濾波技術(shù)；2.由于干擾而使程序發(fā)生混亂，導(dǎo)致程序亂飛或陷入死循環(huán)，采取使程序納入正軌的措施，如指令冗余、軟件陷阱、“看門狗”技術(shù)等；3.發(fā)現(xiàn)程序失控后，解決系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行的方法，如重要信息的恢復(fù)，系統(tǒng)重入的條件等。6.6.1數(shù)字濾波技術(shù)由于工業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)場環(huán)境非常惡劣，各種干擾源很多，計算機(jī)系統(tǒng)通過輸入通道采集到的數(shù)據(jù)信號，雖經(jīng)硬件電路的濾波處理，但仍會混有隨機(jī)干擾噪聲。因此，為了提高系統(tǒng)性能，達(dá)到準(zhǔn)確的測量與控制，一般情況下還需要

3、進(jìn)行數(shù)字濾波。所謂數(shù)字濾波，就是通過一定的計算或判斷程序減少干擾在有用信號中的比重。故實(shí)質(zhì)上它是一種程序?yàn)V波。數(shù)字濾波可靠性高，穩(wěn)定性好，修改濾波參數(shù)也容易，而且一種濾波子程序可以被多個通道所共用，因而成本很低。另外，數(shù)字濾波可以對各種干擾信號，甚至極低頻率的信號進(jìn)行濾波。它的不足之處是需要占用CPU的機(jī)時。與模擬濾波器相比，有以下幾個優(yōu)點(diǎn):1.數(shù)字濾波是用程序?qū)崿F(xiàn)的，不需要增加硬設(shè)備，所以可靠性高，穩(wěn)定性好。2.數(shù)字濾波可以對頻率很低(如0．01HZ)的信號實(shí)現(xiàn)濾波，克服了模擬濾波器的缺陷。3.數(shù)字濾波器可以根據(jù)信號的不同，采用不同的濾波方法或?yàn)V波參數(shù)，具有靈活、方便、功

4、能強(qiáng)的特點(diǎn)。主要數(shù)字濾波算法：算術(shù)平均值法、中位值濾波法、限幅濾波法、慣性濾波法等1、算術(shù)平均值法算術(shù)平均值法是對輸入的N個采樣數(shù)據(jù)xi(i=1～N)，尋找這樣一個y，使y與各采樣值間的偏差的平方和為最小，即由一元函數(shù)求極值原理可得：意義假設(shè)某次測量的測量值包括信號成分Si和噪音成分Ci，進(jìn)行N次測量后信號成分之和為：噪音的強(qiáng)度是用均方根來衡量的：上兩式中，S、C分別表示進(jìn)行N次測量后信號和噪音的平均強(qiáng)度。信噪比：即算術(shù)平均值法使信噪比提高了倍。例：某壓力儀表采樣數(shù)據(jù)如下：1234567891024252027246024252623序號采樣值采樣數(shù)據(jù)明顯存在被干擾現(xiàn)象（彩

5、色數(shù)據(jù)）。采用算術(shù)平均值濾波后，其采樣值為：Y=(24+25+20+27+24+60+24+25+26+23)/10=28干擾被平均到采樣值中去了特點(diǎn)：1）N值決定了信號平滑度和靈敏度。隨著N的增大，平滑度提高，靈敏度降低。應(yīng)該視具體情況選擇N，以便得到滿意的濾波效果。一般地，流量參數(shù)N=8-16，常取12；壓力N=4；液面N=4-12；溫度N=1-4，溫度、成分等緩變信號可取2。在編制算法程序時,m一般取2、4、8等2的整數(shù)冪，以便于用移位來代替除法求得平均值。2）平均值濾波法一般適用于具有周期性干擾噪聲的信號，特別適用信號本身在某一數(shù)值范圍上下波動的情況，如壓力、流量、

6、液面等。但對偶然出現(xiàn)的脈沖干擾信號，濾波效果尚不理想。2．中位值濾波法（中值濾波）中位值濾波法的原理是對被測參數(shù)連續(xù)采樣m次(m≥3)且是奇數(shù)，并按大小順序排列；再取中間值作為本次采樣的有效數(shù)據(jù)。一般m取3~5次即可。特點(diǎn)：中位值濾波法對脈沖干擾信號等偶然因素引發(fā)的干擾有良好的濾波效果。如對溫度、液位等變化緩慢的被測參數(shù)采用此法會收到良好的濾波效果；對流量、速度等快速變化的參數(shù)一般不宜采用中位值濾波法。中位值濾波法和平均值濾波法結(jié)合起來使用，濾波效果會更好。即在每個采樣周期，先用中位值濾波法得到m個濾波值，再對這m個濾波值進(jìn)行算術(shù)平均，得到可用的被測參數(shù)。也稱為去脈沖干擾平

7、均值濾波法。123456789242520272460242526例：某壓力儀表采樣數(shù)據(jù)如下：序號采樣值采樣數(shù)據(jù)明顯存在被干擾現(xiàn)象（彩色數(shù)據(jù)）。采用去脈沖干擾平均值濾波后，其采樣值為：25對1、2、3次采樣中位值濾波后值：24對4、5、6次采樣中位值濾波后值：27對7、8、9次采樣中位值濾波后值：253.滑動平均值法濾波在RAM區(qū)中設(shè)置一個先進(jìn)先出的循環(huán)隊列作測量數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，其長度固定為N，每采樣一個新數(shù)據(jù)，就將其存入隊尾，而丟掉原來隊首的一個數(shù)據(jù)，而后求出包括新數(shù)據(jù)在內(nèi)的N個數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值。這樣每進(jìn)行一次采樣，