[發明專利]管道內檢測變徑慣導子系統數據的時間同步方法

有效

• 申請號: 201711457704.1
• 申請日: 2017-12-28
• 公開（公告）號: CN108196616B
• 公開（公告）日: 2021-01-08
• 發明（設計）人: 靳鵬;楊理踐;邢燕好;張佳
• 申請（專利權）人: 沈陽工業大學
• 主分類號: G06F1/12
• 分類號: G06F1/12;F17D5/00
• 代理公司: 沈陽智龍專利事務所(普通合伙) 21115
• 代理人: 宋鐵軍

1.管道內檢測變徑慣導子系統數據的時間同步方法，PIG系統的一個里程計信號同時被引入安裝在一個艙體的變徑和慣導兩個子系統；在發球筒階段，里程數據完整；在上電運行過程中，兩個子系統各自的系統時鐘處于相同的精度水平；其特征在于：方法步驟如下：

步驟一，分別將變徑和慣導輸出數據矩陣中的里程計原始數據圖形化，定義為慣導子系統里程計原始數據圖和變徑子系統里程計原始數據圖；

慣導子系統和變徑子系統輸出數據的格式類似，都是組織成二維表格形式，每一行數據包括多個數據項，里程計原始信號也是其中之一，每一行數據被稱為一個采樣點；從上電、自檢、啟動后正常采集數據開始，采樣點按照時間排列的正整數序列稱為采樣點數，定義為m，m為正整數；

將上電后獲得的第一個采樣點放置在坐標軸原點上，即0點，將后續的采樣點數m對映橫軸的正整數，即1到N個采樣點數；每個采樣點數對應的里程計原始信號值作為縱軸；

步驟二，定義PIG在發球筒中從靜止狀態轉換到運動狀態的瞬間為啟動點，變徑和慣導兩個子系統的啟動點的物理時間是一樣的；對兩個子系統的里程計原始信號采用啟動點搜索算法，分別在慣導子系統里程計原始數據圖和變徑子系統里程計原始數據圖中標記啟動點的采樣點數，定義為m1和m2；

所述啟動點搜索算法如下：

1)確定搜索啟動點算法的精度目標search_time，該精度必須和整個同步算法的精度目標相匹配，即搜索算法的精度目標比整個同步算法的精度目標高一個數量級，即搜索算法的誤差時間search_time是同步算法誤差時間goal_time的N分之一；

2)確定搜索步長step：定義某個子系統的采樣頻率(一秒鐘的采樣點個數)為sample_times，則搜索的步長為搜索啟動點算法的精度目標乘以采樣頻率

step＝search_time×sample_times

搜索過程中，當第i次搜索的采樣點數是m_i，則第i+1次搜索的采樣點數m_i+1有

m_i+1＝m_i+step

3)定義搜索空間S_s：

S_s區間是采樣點數組成的集合，是里程原始數據橫坐標上的一段連續區間，由搜索的起點m_start和終點m_end定義；

定義S_s的原則是：保證搜索的目標，即啟動點，在m_start和m_end之間；

設定S_s的方法如下：觀察里程原始數據的圖形，啟動點必然處于平直區域向振蕩區域的過渡區域，把這個過渡區域的左邊界設定為m_start；

m_start是開始搜索的采樣點數，m_end是結束搜索的采樣點數，進行后續的搜索計算，此時能夠確定最大搜索次數N_s為

N_s＝(m_end－m_start)/step

令i為當前搜索的次數，定義搜索空間

S_s＝{m_i∣m_start≤m_i≤m_end,i＝1,2,…,N_s}

其中m_i為第i次搜索的采樣點數；

4)確定發球筒內PIG的靜置區間S；靜置區間，即在子系統里程計原始信號圖中標記的，PIG處于靜置狀態，沒有微小移動的采樣點數的集合區間，定義靜置區間邊界采樣點數分別為m_s0和m_s1，則能夠定義

S＝{(m,S_V)∣m_s0≤m≤m_s1}

其中m為靜置區間的采樣點數，S_V為m所對應的里程計原始信號；

設定S的方法如下：在里程原始數據圖上觀察，從原點開始，圖像會迅速趨于穩定，并進入一個平直的區域，該區域從橫坐標看，將持續很多個采樣點數，在這個平直區域中，圖像只有高頻的噪聲信號，而不會出現縱坐標的較大起伏，把這個區域的左邊界標記為采樣點數m_s0，右邊界標記為采樣點數m_s1；

在保證PIG處于靜止狀態的前提下，S區間應盡可能大，從統計意義上能夠更精確的求出靜置時S_V的觀測值，即靜置區間S內所有S_V的均值，定義為E(S_V)；

5)設置搜索中使用的參數：

定義第i次搜索的目標采樣點數為m_i，m_i∈S_s；

定義第i次搜索時需要用到的兩個集合：左集合(S_l)和右集合(S_r)，定義左集合包含的采樣點數為m_l，定義右集合包含的采樣點數為m_r；兩個集合S_l和S_r，他們分別是以當前搜索的采樣點數m_i為中心，位于m_i左、右兩側的兩個采樣點集合，這兩個集合內元素的個數設為1秒內的全部采樣點的個數，即sample_times，有

S_l＝{(m_l,S_V)∣m_i－sample_times≤m_l≤m_i,m_i∈S_s}

S_r＝{(m_r,S_V)∣m_i≤m_r≤m_i+sample_times,m_i∈S_s}

兩個集合全部S_V的均值分別定義為E_l(S_V)和E_r(S_V)，即E_l(S_V)為S_l內的全部S_V的觀測值，E_r(S_V)為S_r內的全部S_V的觀測值，當m_i是啟動點，則E_l(S_V)必然趨近于E(S_V)，而E_r(S_V)必然大于E(S_V)；當m_i不是啟動點，則E_l(S_V)和E_r(S_V)必然同樣趨近于E(S_V)或者同樣大于E(S_V)；

定義本次搜索用于判定的兩個門檻值ε_l和ε_r，初始設定的原則是ε_l＞0，且盡可能小，而ε_r比ε_l大一個數量級，即ε_r比ε_l大M倍，M取2到10的整數；如果初始設定搜索得到的啟動點多于1個，則減小ε_l并增加ε_r，重新搜索；

6)在S_s范圍內，從m_start開始，到m_end結束，搜索啟動點，共進行N_s次搜索計算；對第i次搜索，i＝1,2,…,N_s，當有

∣E_l(S_V)－E(S_V)∣＜ε_l而且E_r(S_V)－E(S_V)＞ε_r

成立，則接受m_i為啟動點；當

∣E_l(m_i)－E(S_V)∣≥ε_l或者E_r(m_i)－E(S_V)≤ε_r

成立，則需要對m_i+1采樣點數繼續進行第i+1次搜索，其中m_i+1＝m_i+step；

7)如果上面的搜索完成，得到的啟動點只有一個，則該子系統的啟動點搜索算法結束，如果在整個S_s范圍內，按照當前的ε_l和ε_r搜索，可以得到多個啟動點，則需要調整ε_l和ε_r，重新進行搜索，直至剩下一個為止；調整的方法是，減小ε_l或者增加ε_r；該ε_l和ε_r必須在兩個子系統的里程計原始數據中同時使用，分別得到啟動點m1和m2；

步驟三，根據變徑和慣導兩個子系統各自的采樣頻率sample_times，分別在變徑和慣導兩個子系統里程計原始信號圖中求出每個采樣點數m在各自系統時鐘下的對應時間t，包括m1和m2在各自系統時鐘中對應的時間t1和t2；

t＝m/sample_times

把原來采樣點數m的橫軸轉化為當前子系統時鐘t的橫軸；

步驟四，求出t1和t2的差值Δt：Δt＝t2-t1，Δt作為兩個子系統時鐘的差值；

步驟五，利用Δt，把兩個子系統的時鐘修正成同一時間，實現變徑、慣導兩個子系統數據的同步；

當需要把變徑子系統時鐘作為后續處理的標準時間時，則慣導子系統所有采樣點的對應時間需要減Δt；當需要慣導子系統時間為標準時間時，則變徑子系統的所有時間參數需要加Δt。