[發明專利]基于灰色系統理論的重復動態測量數據處理方法

無效

• 申請號: 200810224569.0
• 申請日: 2008-10-21
• 公開（公告）號: CN101398311A
• 公開（公告）日: 2009-04-01
• 發明（設計）人: 王中宇;葛樂矣
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01D3/02
• 分類號: G01D3/02;G06F17/10
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司
• 代理人: 王順榮;唐愛華

(一)技術領域

本發明涉及一種基于灰色系統理論的重復動態測量數據處理方法，屬于測 試計量技術領域。

(二)背景技術

隨著科學技術的發展，在工程技術領域中，測量位移、振動、速度、加速 度、應力應變、壓力等參量，以及光學、聲學、熱力學、電學中測量各種參量 時，越來越重視動態測試及其數據處理。動態測試數據中，包含大量有關被測 物理量及所用測量器具以及外界環境加入的干擾等方面的信息，正確分析和處 理動態測試數據就能得到很多反映客觀事物規律的有用信息。

與靜態測量相比，動態測量有其特殊性。所謂動態測量指對確定量的瞬時 值及其隨時間變化的量所進行的測量，即動態測量的被測量實際上是時間的函 數。動態測量數據處理一般采用傳統的隨機過程理論體系，這往往要求測量數 據具有典型的概率分布(如正態分布)和大量的測量數據，以便于進行概率論 和統計意義上的數學處理。在重復測量條件下，使用統計學和概率論的方法分析 動態測量數據，其適用性需要斟酌，而應用不確定度非統計評定方法則顯現出 優越性。

在實際的測量數據處理中，當邊界條件已知，可以用三彎矩法或者以B次 樣條為基底的k次樣條插值函數擬合，這種方法通過測量點，能夠使殘差平方 和最小，同時它不依賴于坐標，保凸性好；但是它認為誤差曲線都是低階的， 光順性不是很理想，且應用前提是邊界點處1階或者2階導數已知，擬合的曲 線嚴格依賴于邊界條件。作為另一種擬合方法，正交多項式擬合在階次比較小 (小于10)時，擬合的效果和原始數據的趨勢非常吻合，并且和最小二乘也能 達到非常好的一致性。當階次比較大，它擬合的效果比最小二乘法效果要好很 多，在測量過程的特征標定和誤差計算時，能達到很好效果。以上所敘就是正 交多項式擬合動態測量期望函數曲線參數的意義所在。

灰色系統理論是一門研究信息部分清楚、部分不清楚并帶有不確定性現象 的應用數學學科。傳統的系統理論，大部研究那些信息比較充分的系統。對一 些信息比較貧乏的系統.利用黑箱的方法，也取得了較為成功的經驗。但是， 對一些內部信息部分確知、部分信息不確知的系統，卻研究得很不充分。這一 空白區便成為灰色系統理論的誕生地。在客觀世界中，大量存在的不是白色系 統(信息完全明確)也不是黑色系統(信息完全不明確)，而是灰色系統。因此灰 色系統理論以這種大量存在的灰色系統為研究而獲得進一步發展。其基本證 有：(1)灰色系統理論認為，系統是否會出現信息不完全的情況、取決于認識的 層次、信息的層次和決策的層次，低層次系統的不確定量是相當的高層次系統 的確定量，要充分利用已知的信息去揭示系統的規律。灰色系統理論在相對高 層次上處理問題，其視野較為寬廣；(2)應從事物的內部，從系統內部結構和參 數去研究系統。灰色系統的內涵更為明確具體；(3)社會、經濟等系統，一般部 存在隨機因素的干擾，這給系統分析帶來了很大困難，但灰色系統理論把隨機 量看作是在一定范圍內變化的灰色量，盡管存在著無規則的干擾成分.經過一 定的技術處理總能發現它的規律性；(4)灰色系統用灰色數、灰色方程、灰色矩 陣、灰色群等來描述，突破了原有方法的局限.更深刻地反映了事物的本質； (5)用灰色系統理論研究社會經濟系統的意義，在于一反過去那種純粹定性描述 的方法，把問題具體化、量化，從變化規律不明顯的情況中找出規律，并通過 規律去分析事物的變化和發展。例如人體本身就是一個灰色系統，身高、體重、 體型等是已知的可測量的指屬于白色系統，而特異功能、穴位機理、意識流等 又是未知的難以測量的，屬黑色系統，介于此間便屬灰色系統。體育領域也是 一個巨大的灰色系統，可以用灰色系統理論來進行研究。

在動態測量過程中，由于測量誤差的存在，使測量結果在一定程度內是不 確定的，從灰色系統理論的觀點來看，測量過程可認為是用一定程度或精度等 級的器具作為標準量，來對相對不完善的被測量進行比較的過程。由于作為標 準量的測量器具本身具有一定的誤差，加之測量環境的影響，致使測量系統的 特性不能全部得到，測量結果在一定程度內是不確定的。因此可以把動態測量 系統看做一個灰色系統，而具有不確定性的測量結果被看成灰色量，應用灰色 系統理論實現重復動態測量條件下測量不確定度的評定。

(三)發明內容