什么是移动平均线(FIR 滤波器)的传递函数?

信息处理 线性系统 有限脉冲响应 转换功能 数字滤波器 移动平均线
2022-01-16 19:14:30

为了使后处理更容易,我将示波器测量值导出为 CSV 文件,然后对其进行后处理(主要在 Microsoft Excel 中,这不是这项工作的最佳工具,但这是我可以使用的全部工具)。

使用的后处理之一是简单的移动平均,我想知道它如何转换源测量。我希望它的行为类似于低通滤波器,但我想它不一样。因此,我的问题。

我正在专门寻找一个波特图。提前致谢。

4个回答

移动平均线的频率响应称为asincpsinc混叠 sinc周期性 sincsinc表示基数正弦)或Dirichlet 函数

由于移动平均滤波器系数的总和等于 1,因此它保留了恒定信号,因此有点低通当长度N=2,频域中的形状像余弦一样,因此减小。

否则,它会在频域中波动。当长度为偶数时,奈奎斯特的放大为0, 奇数时, 的1/N, 如下所示:

在此处输入图像描述

所以它是全局低通的,不是最好的,但计算速度最快的之一,允许快速递归计算。

一般形式的移动平均线基本上是一个 FIR 滤波器,这意味着它可以通过选择长度和系数来模拟您想要的任何线性系统。

如果您通过长度过滤器表示移动平均线N并具有形式的系数1N那么这个恒定的滑动窗口确实会产生 LPF 效果。

它将在频率中具有 Sinc 的形式,因此它不是最好的 LPF。

下图是从运行平均滤波器的频率响应中借来的

Sinc 移动平均滤波器

这是应用于不同频率的增益(归一化为间隔 0-π),对于长度的运行平均值L=4(红色的),8(绿色),和16(蓝色)。正如你所看到的,低频比高频更好地保留,有波纹(除了L=2,唯一真正的低通,但不精确)。所以在全球范围内,行为是低通的。正如其他答案中所说,计算起来非常简单,而且不是很好。

但是,为了更好的工作:

  • 您可以在 Excel 中轻松实现更好的有限支持低通滤波器(价格几乎相同)
  • 你可以调用外部.exe。或 .dll 在 Excel 中调用更清晰的低通滤波器(15 年前做过,我的最高科学成就)
  • 您可以使用免费的、易于安装的软件/语言,如scilaboctavefreematjuliapython,其中实现了更好的过滤器(或易于编程,允许您读取、过滤和导出 csv 文件以用于其他目的。

移动平均是时域中的移动矩形,因此它转换为在频域中以 DC 为中心的(相位调制)sinc() 函数。它是一个低通滤波器,只是不是一个很好的滤波器:高旁瓣和非常慢的过渡。