互补滤波器的数学证明?

信息处理 过滤器 过滤器设计 低通滤波器 高通滤波器
2022-02-08 10:13:33

在找到了一些关于Complementary Filter的非官方资源( Shane Colton 的Thousand Thoughts Sensor FusionThe Balance Filter)后,我希望对其进行严格的数学证明。

Complementary Filter其中 \是滤波器参数,通常选择为 ~0.98,因此命名为这样,因为滤波器有效地通过了和低

y=α×y+(1α)×x
αyx

通过这种设置(),man 声称滤波器可以滤除的高频部分α=0.98yx

这里的数学证明是什么?

目前还没有严格的证据可用。所有的消息来源都只是理所当然地用实验数据来验证它,这在科学验证中是不可接受的。

2个回答

这是一阶低通无限冲激响应滤波器 (IIR)。有时称为指数加权移动平均线。 你可以在维基百科上找到推导。 Orfanidis 的信号处理简介也给出了很好的描述。

图片来自 Orfanidis,第 573 页。

不要认为它是高通过y和低通过x,这会导致混乱。它对 y 的权重比 x 更大,结果是 x 的短时间变化对 y 的影响很小,因此去除了更高的频率。

还查看您的其他问题,您似乎认为这也是一个高通滤波器。不是这种情况。α 从 0 到 1 有效,因此您可以看到您将获得很多低通滤波(高时间常数,受您的数字精度限制)或在 y = x 时没有滤波(在 x = 0 的情况下)。如果您需要高通滤波器,请阅读高通滤波器,维基百科给出了单阶高通滤波器的差分方程(您提供了低通滤波器)。

这就是我在 MatLab 上实现过滤器时得到的结果。请注意,黄线是通常的实现,alpha = 0.95。所以,确实,它似乎并没有消除直流漂移,尽管它确实过滤了高频输入,alpha 越大。

互补滤波器的实现