CN103487601B - 一种自适应多传感器动态匹配滤波器调试方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于机电工程技术领域，具体涉及一种自适应多传感器动态匹配滤波器调试方法。本发明的方法通过不同传感器与基准传感器进行自适应滤波，实现了各传感器间的相互匹配。本发明要解决的技术问题为：提供一种能够自适应的完成多传感器动态匹配的滤波器调试方法，该方法能够使不同类型的角速度敏感传感器输出信号相互匹配，显著减小合成误差。本发明的有益效果为能够使不同类型的角速度敏感传感器输出信号相互匹配，显著减小合成误差；无需进行反复试验以摸索合理的匹配参数，提高调试效率。

Description

一种自适应多传感器动态匹配滤波器调试方法

技术领域

本发明属于机电工程技术领域，具体涉及一种自适应多传感器动态匹配滤波器调试方法。

背景技术

在当前机电工程系统中，经常会出现需要多种不同类型的角速度敏感传感器（如陀螺、旋转变压器等）协同工作，合成期望信号的情况。目前在该类工程调试中需要事先对传感器输入输出的动态特性进行人工测试和分析，然后根据其幅相特性匹配合适的调节器，以优化·传感器的输出性能。当系统中有多种不同类型的角速度传感器协同工作，相互配合合成信息时，各传感器之间的动态特性稍有区别就会给产生的合成信号带来较大合成误差，进而影响全系统控制回路的性能指标。故在实际调试过程中需反复试验以摸索合理的匹配参数。

发明内容

本发明要解决的技术问题为：提供一种能够自适应的完成多传感器动态匹配的滤波器调试方法，该方法能够使不同类型的角速度敏感传感器输出信号相互匹配，显著减小合成误差。

本发明的技术方案如下所述：

一种自适应多传感器动态匹配滤波器调试方法，包括以下步骤：

步骤一

将需要调试的n种目标传感器搭配工装安装到单轴速率转台上；

步骤二

选择上述目标传感器中精度和幅相特性最优的一个传感器a的输出信号为基准；设传感器a的输出为s₁，其他第i#传感器的输出为s_i，2≤i≤n；

步骤三

转动单轴速率转台；转台驱动输入为特定频率范围的正弦波，输入信号频率ω从小到大渐变扫频，单轴速率转台在收到正弦扫频输入要求后输出相应的扫频角速度V_angle振动；

步骤四

将其他传感器的输出信号s₂、s₃、…、s_n分别进行自适应滤波：

（4.1）其滤波结果s₂'、s₃'、…、s_n'，分别与基准传感器a的输出信号s₁进行作差，得到ε₁、ε₂、…、ε_n-1，其中，ε_i-1=s₁-s_i'，2≤i≤n；

（4.2）将ε_i-1反馈到第i#传感器自适应滤波器中，完成自适应滤波；

步骤五

采集第i#传感器自适应滤波器收敛后的传递函数；

步骤六

对第i#传感器进行调试，其结果即与a相互匹配。

步骤三所述扫频角速度V_angle振动采用下式计算：

V_angle=Asin(ωt)，

其中，A表示转台转动幅值，ω表示输入信号频率。

作为优选方案，1≤ω≤5Hz，A=1。

步骤（4.2）所述第i#传感器自适应滤波器采用LMS算法，通过两个FIR滤波器结构实现。

本发明的有益效果为：

（1）能够使不同类型的角速度敏感传感器输出信号相互匹配，显著减小合成误差；

（2）无需进行反复试验以摸索合理的匹配参数，提高调试效率。

附图说明

图1为IIR型滤波器；

图2为两个FIR滤波器结构。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的一种自适应多传感器动态匹配滤波器调试方法进行详细说明。

步骤一

将需要调试的两种或多种目标传感器搭配工装安装到单轴速率转台上。

步骤二

选择上述目标传感器中精度和幅相特性最优的一个传感器a的输出信号为基准。设传感器a的输出为s₁，其他传感器的输出分别为s₂、s₃、…、s_n。本实施例中，需要对三个目标传感器进行调试，其中，传感器b的输出为s₂，传感器c的输出为s₃。

步骤三

转动单轴速率转台。转台驱动输入为特定频率范围的正弦波，且输入信号频率ω从小到大渐变扫频，频率范围可根据需要匹配的具体使用频率范围确定。本实施例中，1≤ω≤5Hz。单轴速率转台在收到正弦扫频输入要求后输出相应的扫频角速度V_angle振动，如下式所示：

V_angle=Asin(ωt)

其中A代表转台转动幅值，为一常数，本实施例中，A=1。

步骤四

将传感器b的输出信号s₂和传感器c的输出信号s₃分别进行如图1所示自适应滤波。

（4.1）其滤波结果s₂'、s₃'，分别与基准传感器a的输出信号s₁进行作差，得到ε₁和ε₂，其中，ε₁=s₁-s₂'，ε₂=s₁-s₃'。

（4.2）将ε₁反馈到传感器b对应的自适应滤波器1，将ε₂反馈到传感器c对应的自适应滤波器2，完成自适应滤波。

其中，自适应滤波器1和自适应滤波器2采用LMS算法，其结构如下：

$H\left(z\right)=\frac{A\left(z\right)}{1-B\left(z\right)}$

滤波器收敛后得到的参数A(z)、B(z)即为动态匹配滤波器调试结果。因滤波器为IIR型，误差曲面非单峰形状，难以保证参数收敛，优选方案为采用如图2所示自适应结构，将IIR转换为两个FIR滤波器结构，从而保证了参数的收敛性。

步骤五

采集自适应滤波器1和自适应滤波器2收敛后的传递函数。

步骤六

在工程应用中协和使用上述滤波器时，通过步骤五采集的传递函数对传感器b和c进行调试，其结果即可与a相互匹配。

Claims (4)

1.一种自适应多传感器动态匹配滤波器调试方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一

将需要调试的n种目标传感器搭配工装安装到单轴速率转台上；

步骤二

选择上述目标传感器中精度和幅相特性最优的一个传感器a的输出信号为基准；设传感器a的输出为s₁，其他第i#传感器的输出为s_i，2≤i≤n；

步骤三

转动单轴速率转台；转台驱动输入为特定频率范围的正弦波，输入信号频率ω从小到大渐变扫频，单轴速率转台在收到正弦扫频输入要求后输出相应的扫频角速度V_angle振动；其中，所述特定频率范围的正弦波的频率范围为1≤ω≤5Hz；

步骤四

将其他传感器的输出信号s₂、s₃、…、s_n分别进行自适应滤波：

(4.1)其滤波结果s₂'、s₃'、…、s_n'，分别与基准传感器a的输出信号s₁进行作差，得到ε₁、ε₂、…、ε_n-1，其中，ε_i-1＝s₁-s_i'，2≤i≤n；

(4.2)将ε_i-1反馈到第i#传感器自适应滤波器中，完成自适应滤波；

步骤五

采集第i#传感器自适应滤波器收敛后的传递函数；

步骤六

对第i#传感器进行调试，其结果即与a相互匹配。

2.根据权利要求1所述的自适应多传感器动态匹配滤波器调试方法，其特征在于：

步骤三所述扫频角速度V_angle振动采用下式计算：

V_angle＝Asin(ωt)，

其中，A表示转台转动幅值，ω表示输入信号频率。

3.根据权利要求1或2所述的自适应多传感器动态匹配滤波器调试方法，其特征在于：

步骤(4.2)所述第i#传感器自适应滤波器采用LMS算法，通过两个FIR滤波器结构实现。

4.根据权利要求2所述的自适应多传感器动态匹配滤波器调试方法，其特征在于：

A＝1。