CN110996192A - 多来源采集数据基于关键参数的时间对准方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多来源采集数据基于关键参数的时间对准方法，所述时间对准方法包括如下步骤：S1.选取记录在多个采集设备中的同一个参数设为关键参数，分别查找该关键参数在多个采集设备中发生同一状态变化的采集时刻位置，将该采集时刻位置做为关键时间节点；S2.利用所述关键时间节点和采集设备的采集频率，实现多个采集设备起始时刻的对准；S3.利用数值内插，实现不同采集设备在任意时刻的时间对准。本发明可以实现较高的时间对准精度，通过不同采集设备对同一个关键参数发生相同的状态跃变的时刻进行时间对准，并通过插值计算得到任意时刻的值。

Description

多来源采集数据基于关键参数的时间对准方法

技术领域

本发明涉及时间对准方法，属于数据采集和测试技术领域，具体是一种多来源采集数据基于关键参数的时间对准方法。

背景技术

在数据采集和测试领域，经常需要对不同采集设备记录的参数数据进行对比分析。不同采集设备只有记录了时戳，即时间标记或时间信息，对同一时刻不同设备中参数数值的对比分析才会有意义。时间信息一般通过GPS或北斗导航系统获得，但是多数采集设备并没有配备导航系统，或者仅仅配设本地时钟。在上述情况下采集设备记录数据就缺少绝对时间信息。

如果不解决时间对准问题，数值对比分析的结果将会出现错误。实际上在数据采集过程中经常会出现多个采集设备都采集了同一个参数，比如在航空领域起落架收起既记录在了飞参数据中，也记录在了火控任务数据中。对于不同采集设备中同一个参数的记录数据，随时间状态变化过程理论上应该是相同的。

因此如何实现时刻统一，即时间对准，是不同采集设备记录数据对比分析的一个非常重要且必须解决的问题。

发明内容

本发明提供了一种多来源采集数据基于关键参数的时间对准方法，用于解决多个采集设备没有时间信息而无法对准的问题，利用采集设备对同一个关键参数发生相同的状态跃变的时刻进行时间对准，进而通过数字插值计算得到任意时刻的值。

为了实现本发明的目的，采用以下技术方案：

多来源采集数据基于关键参数的时间对准方法，所述时间对准方法包括如下步骤：

S1.选取记录在多个采集设备中的同一个参数设为关键参数，分别查找该关键参数在多个采集设备中发生同一状态变化的采集时刻位置，将该采集时刻位置做为关键时间节点；

S2.利用所述关键时间节点和采集设备的采集频率，实现多个采集设备起始时刻的对准；

S3.利用数值内插，实现不同采集设备在任意时刻的时间对准。

为了进一步提高本发明的效果，还可以采用以下技术方案：

如上所述的多来源采集数据基于关键参数的时间对准方法，步骤S1中，所述关键参数选择离散量或开关量。

如上所述的多来源采集数据基于关键参数的时间对准方法，所述采集设备设有两套，分别为采集设备1和采集设备2，两套所述采集设备的起始时刻对准包括如下步骤：

(1)设定采集设备1的采集起始时刻为T_{d1_0}，采集频率为f₁，采集设备2 的起始时刻为T_{d2_0}，采集频率为f₂；

(2)对于同一采集参数，设采集设备1中参数状态变化发生在第m个采集数据，采集设备2中参数同样的状态变化发生在第n个采集数据；

(3)统一两套采集设备的计零时刻，若T_{d1_0}<T_{d2_0}，设计零时刻T₀＝T_{d1_0}，两套采集设备在采集时刻t的记录时刻为：

t＝T₀+m/f₁＝T_{d2_0}+n/f₂ (1)

(4)根据上一步获得采集设备2的采集起始时刻为：

T_{d2_0}＝T₀+m/f₁-n/f₂ (2)

如上所述的多来源采集数据基于关键参数的时间对准方法，在两套采集设备频率相同的情况下，两套所述采集设备在任意采集点的采集时刻为，

采集设备1在第i个采集点的发生时刻为：

t₁(i)＝T₀+i/f₁ (3)

采集设备2在第k个采集点的发生时刻为：

t₂(k)＝T_{d2_0}+k/f₂＝T₀+m/f₁+(k-n)/f₂ (4)

如上所述的多来源采集数据基于关键参数的时间对准方法，在两套采集设备频率相同的情况下，所述采集设备的数值内插包括如下步骤：

①设采集设备需要t时刻的参数值；

②t时刻前一个采集点n的采集时刻为t₁(n)，对应的参数值为z_n；t时刻后一个采集点n+1的采集时刻为t₁(n+1)，对应的参数值为z_n+1；通过对z_n和z_n+1进行线性插值；

③利用插值公式：

得到采集设备在t时刻记录的参数测量值z(t)。

本发明的有益效果：

当采集设备没有时间信息时，可通过不同采集设备对同一个关键参数发生相同的状态跃变的时刻进行时间对准，并通过插值计算得到任意时刻的值。本方法可以实现较高的时间对准精度。对准误差与两个采集设备的采集频率有关，采集频率越高，对准误差越小。当两个采集设备采集频率相差较多时，对准误差由低频率的采集设备确定。

附图说明

图1是本发明的实施例中两个采集设备的时间对应关系；

图2是本发明的实施例中参数采集时间示意图；

图3是本发明的实施例中独立变量差值概率分布积分区域示意图；

图4是本发明的实施例中f₁≥f₂条件下概率密度函数曲线；

图5是本发明的实施例中f₁＜f₂条件下概率密度函数曲线。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

如图1-图5所示，本实施例公开的一种多来源采集数据基于关键参数的时间对准方法，所述时间对准方法包括如下步骤：

S1.选取记录在多个采集设备中的同一个参数设为关键参数，分别查找该关键参数在多个采集设备中发生同一状态变化的采集时刻位置，将该采集时刻位置做为关键时间节点；

S2.利用所述关键时间节点和采集设备的采集频率，实现多个采集设备起始时刻的对准；

S3.利用数值内插，实现不同采集设备在任意时刻的时间对准。

具体而言，用于时间对准的关键参数优先选择离散量或开关量，本实施例中以开关量为例说明。当一个开关量同时被两个采集设备采集，在不考虑采集时间误差的情况下，该开关量在两个采集设备中状态发生相同变化的时刻是一致的。因此，只要在该时刻对两个采集设备的采集时间进行对准，并且两个采集设备的采集频率已知，那么两个采集设备任意一个采集点都可以通过计算时间差来实现对准。

以两套采集设备的时间校准为例，采集设备的起始时间对准如下：

设定采集设备1的采集起始时刻为T_{d1_0}，采集频率为f₁；采集设备2的起始时刻为T_{d2_0}，采集频率为f₂。对于同一采集参数，设采集设备1中参数状态变化发生在第m个采集数据，采集设备2中参数同样的状态变化发生在第n个采集数据。

为了实现时间对准，两个采集设备需要统一的计零时刻，一般取两个采集设备起始时刻的最小值，因此，若T_{d1_0}<T_{d2_0}，取计零时刻T₀＝T_{d1_0}。

如图1所示参数状态变化采集时刻t，在两个采集设备的记录时刻表示为：

t＝T₀+m/f₁＝T_{d2_0}+n/f₂ (1)

由上式可以得到采集设备2的采集起始时刻为：

T_{d2_0}＝T₀+m/f₁-n/f₂ (2)

进而，可得到采集设备1和采集设备2在任意一个采集点的采集时刻。采集设备1第i个采集点的发生时刻为：

t₁(i)＝T₀+i/f₁ (3)

采集设备2第k个采集点的发生时刻为：

t₂(k)＝T_{d2_0}+k/f₂＝T₀+m/f₁+(k-n)/f₂ (4)

如图1所示，由于不同采集设备的采集频率一般情况下不同，两个采集设备不同采集点发生的时刻是相互错开的。当选定的对比时刻，处于两个采集点之间时，为提高精度参数值需要通过数值内插得到。

以采集设备1为例，设需要t时刻的参数值。由上面的公式(3)可得到，t时刻前一个采集点n的采集时刻为t₁(n)，对应的参数值为z_n；t时刻后一个采集点 n+1的采集时刻为t₁(n+1)，对应的参数值为z_n+1。由于t₁(n)到t₁(n+1)之间的时间间隔很短，可以认为在这段时间内测量值是线性变化的，通过对z_n和z_n+1进行线性插值，就可以得到采集设备1在t时刻记录的参数测量值z(t)。具体的插值公式为：

利用同样的方法，也可以得到采集设备2在任意时刻的值。

由于采集设备等时间间隔取值，参数状态发生变化可能出现相邻采集时刻的任意位置，因此上述对准方法是存在时间对准误差的。

如图2所示，设t_x和t_y是参数状态发生跃变的真实时刻，设采集设备1中参数状态发生变化的采集为m，采集设备2中参数状态发生变化的采集点为n。由于是同一个参数，两者在真实世界里同一时刻的取值是相等的，m和n的取值需要同时满足(m+1)/f₂≥n/f₁且(n+1)/f₁≥m/f₂。

由于采集设备的AD变换一般采取向下取值(其它方式只会产生一个偏差，不影响结论)。在采集设备1中采集时刻t₀与信号真实时刻t_x的误差设为x，误差范围为[0，1/f₁]，并且服从均匀分布；采集设备2中采集时刻t₀与信号真实时刻t_y的误差设为y，误差范围为[0，1/f₂]，也服从均匀分布，并且与设备1的采集误差x相互独立。采集设备2与采集设备1在t₀时刻的采集时间误差设为z，那么z＝y-x。根据x和y的误差取值范围，z＝y-x的误差范围为[-1/f₁，1/f₂]。

为了得到采集时间误差z的概率分布特性，计算z的概率密度函数。由于x 与y相互独立，因此z＝y-x其实是两个独立变量差的概率密度函数求解。计算z 的概率分布函数，求导后可得到概率密度函数。设两个独立变量x与y的概率密度函数分别为p₁(x)和p₂(y)，两者的表达式如下式。

p₁(x)＝f₁,x∈[0,1/f₁] (6)

p₂(y)＝f₂,y∈[0,1/f₂] (7)

那么z＝y-x的概率分布函数，是x与y联合概率密度函数在图中阴影部分的积分，如图3所示。

引入一个中间变量v，令v＝y-x，则上式可表示为：

对F(z)求导得到z的概率密度函数p(z)，如下式所示。

再由p₁(x)和p₂(y)的表达式(6)和(7)可以得到，当f₁≥f₂时，p(z)的表达式为：

当f₁＜f₂时，p(z)的表达式为：

两种情况下的概率密度函数曲线如图4、图5所示。

根据概率密度函数p(z)，z的均值为：

z的方差为：

由z的方差求解结果可以看出，采用关键参数对两个记录设备的采集时间进行对准时，对准误差跟两个采集设备的采集频率有关。两采集设备的采集频率越高，时间对准的误差越小。

在实际工作过程中，往往会出现一个采集设备的频率远高于另一个，比如飞参采集设备的采集频率一般为1Hz，而任务采集设备频一般高于50Hz。当一个采集设备的频率远高于另一个时，由式(14)可以看出时间对准误差取决于较低的采集频率。

本发明未详尽描述的技术内容均为公知技术。

Claims (5)

1.多来源采集数据基于关键参数的时间对准方法，其特征在于，所述时间对准方法包括如下步骤：

S1.选取记录在多个采集设备中的同一个参数设为关键参数，分别查找该关键参数在多个采集设备中发生同一状态变化的采集时刻位置，将该采集时刻位置做为关键时间节点；

S2.利用所述关键时间节点和采集设备的采集频率，实现多个采集设备起始时刻的对准；

S3.利用数值内插，实现不同采集设备在任意时刻的时间对准。

2.根据权利要求1所述的多来源采集数据基于关键参数的时间对准方法，其特征在于，步骤S1中，所述关键参数选择离散量或开关量。

3.根据权利要求1所述的多来源采集数据基于关键参数的时间对准方法，其特征在于，所述采集设备设有两套，分别为采集设备1和采集设备2，两套所述采集设备的起始时刻对准包括如下步骤：

(1)设定采集设备1的采集起始时刻为T_{d1_0}，采集频率为f₁，采集设备2的起始时刻为T_{d2_0}，采集频率为f₂；

(2)对于同一采集参数，设采集设备1中参数状态变化发生在第m个采集数据，采集设备2中参数同样的状态变化发生在第n个采集数据；

(3)统一两套采集设备的计零时刻，若T_{d1_0}<T_{d2_0}，设计零时刻T₀＝T_{d1_0}，两套采集设备在采集时刻t的记录时刻为：

t＝T₀+m/f₁＝T_{d2_0}+n/f₂(1)

(4)根据上一步获得采集设备2的采集起始时刻为：

T_{d2_0}＝T₀+m/f₁-n/f₂(2)。

4.根据权利要求3所述的多来源采集数据基于关键参数的时间对准方法，其特征在于，在两套采集设备频率相同的情况下，两套所述采集设备在任意采集点的采集时刻为，

采集设备1在第i个采集点的发生时刻为：

t₁(i)＝T₀+i/f₁(3)

采集设备2在第k个采集点的发生时刻为：

t₂(k)＝T_{d2_0}+k/f₂＝T₀+m/f₁+(k-n)/f₂(4)。

5.根据权利要求3所述的多来源采集数据基于关键参数的时间对准方法，其特征在于，在两套采集设备频率相同的情况下，所述采集设备的数值内插包括如下步骤：

①设采集设备需要t时刻的参数值；

②t时刻前一个采集点n的采集时刻为t₁(n)，对应的参数值为z_n；t时刻后一个采集点n+1的采集时刻为t₁(n+1)，对应的参数值为z_n+1；通过对z_n和z_n+1进行线性插值；

③利用插值公式：

得到采集设备在t时刻记录的参数测量值z(t)。

Images