Java 如何对角度值进行低通滤波

我从一个以弧度为单位的传感器接收角度更新，我想通过一个低通滤波函数来平滑它们，因为噪声

我的低通滤波器函数如下所示

protected void lowPass(float alpha, double[] input, double[] output) {
    for (int i = 0; i < input.length; i++) {
        output[i] = alpha * output[i] + (1 - alpha) * input[i];
    }
}

而且它在大多数情况下都非常有效

问题是，有时角度会转一整圈，例如从2π到0，0到-2π，等等。当然，这会导致不正确的输出，因为滤波函数将2π和0简单地视为6.28和0.0

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如何实现能够正确处理此类角度的过滤函数？

对于这样的指数平滑，最简单的方法是从每个输入中添加或减去2*pi，使其尽可能接近之前的平滑值。或者，等效地，在平滑到输入之前，从先前的输出中加上或减去2*pi。在任何一种情况下，您的输出都可能暂时超出[0,2*pi范围，因此，如果需要，请确保将其返回到该范围

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顺便说一句，您的代码有一个错误，因为它从错误的输出索引中读取，并且不能正确处理第一个时间值。

对于这样的指数平滑，最简单的方法是从每个输入中添加或减去2*pi，使其尽可能接近之前的平滑值。或者，等效地，从在平滑到输入之前，m是上一个输出。在任何一种情况下，您的输出都可能暂时超出[0,2*pi范围，因此，如果需要，请确保将其环绕回该范围

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顺便说一句，您的代码有一个bug，因为它从错误的输出索引中读取，并且不能正确处理第一时间值。

有一种有趣的方法用于

获取角度α的余弦和正弦作为向量的分量，并使用它们进行单独滤波，然后获取结果向量的角度

 cosa = alpha * cos(output) + (1 - alpha) * cos(input);
 sina = alpha * sin(output) + (1 - alpha) * sin(input);
 output = atan2(sina, cosa)

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有一种有趣的方法可以用于

获取角度α的余弦和正弦作为向量的分量，并使用它们进行单独滤波，然后获取结果向量的角度

 cosa = alpha * cos(output) + (1 - alpha) * cos(input);
 sina = alpha * sin(output) + (1 - alpha) * sin(input);
 output = atan2(sina, cosa)

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您需要执行相位展开，即恢复周期性发生的2π跳变。为此，您可以检测异常，例如接近2π的值紧接着接近0的值，反之，并进行补偿

注意，如果值以较大的增量变化，比如大于π，则跳转是不可恢复的

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请参阅。

您需要执行相位展开，即恢复周期性发生的2π跳变。为此，您可以检测异常，如接近2π的值紧接着接近0的值，反之，并进行补偿

注意，如果值以较大的增量变化，比如大于π，则跳转是不可恢复的

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参见。

确实有趣。α1/2有一点偏差，因为它在弦的分数α处构造点，而不是在弧的分数α处。但这是二阶效应。确实有趣。α1/2有一点偏差，因为它在弦的分数α处构造点，即s不完全在弧的分数α处，但这是二阶效应。