[發(fā)明專利]一種二維絕對位置測量傳感器的編碼及解碼算法

有效

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• 申請日: 2018-07-13
• 公開（公告）號: CN109163743B
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 夏豪杰;吳曉婷
• 申請（專利權(quán)）人: 合肥工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01D5/249
• 分類號: G01D5/249
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 34112
• 代理人: 余成俊

本發(fā)明公開了一種二維絕對位置測量傳感器的編碼及解碼算法。該方法包括：基于M序列的性質(zhì)構(gòu)造二維編碼，通過循環(huán)移位相互轉(zhuǎn)換的n階M序列作為行組成二維編碼，該編碼具有窗口特性（編碼內(nèi)任一子陣列只出現(xiàn)一次）；相鄰行M序列間相對循環(huán)移位值構(gòu)成的序列被稱為移位序列，也具有窗戶特性；給出了相應(yīng)的可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確解碼的算法，將二維解碼問題簡化成一維解碼問題，大大提高了解碼效率；解碼算法與移位序列相關(guān)，具有一定的容錯能力。本發(fā)明公開的編碼及解碼算法為二維絕對位置測量傳感器的開發(fā)提供理論與方法基礎(chǔ)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及傳感器編解碼算法領(lǐng)域，具體是一種二維絕對位置測量傳感器的編碼及解碼算法。

背景技術(shù)

絕對式傳感器具有上電即得測量結(jié)果、累計(jì)誤差小、易于拼接等技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，在幾何量測量中相比增量式測量傳感器具有更強(qiáng)的適用性，同時絕對式測量方法由于受到編碼加工工藝和讀數(shù)系統(tǒng)的限制往往難以實(shí)現(xiàn)高分辨率、高速的測量。目前絕對式測量傳感器主要應(yīng)用于角度測量的編碼器，由于角度具有一周360度的自然基準(zhǔn)，角度測量編碼器可實(shí)現(xiàn)較高的測量精度，如海德漢的ECN425、EQN437等型號產(chǎn)品可實(shí)現(xiàn)25bit的測量分辨率；在更多的高分辨率角度和位移傳感器產(chǎn)品中，多采用增量碼與絕對碼混合的編碼結(jié)構(gòu)，利用增量碼實(shí)現(xiàn)傳感器的高分辨率。隨著微加工技術(shù)的進(jìn)步和電子技術(shù)的發(fā)展，絕對式傳感器分辨率也可以媲美增量式傳感器，如瑞士ECLO傳感器。

現(xiàn)有的絕對式位移測量傳感器主要為一維測量系統(tǒng)，但在影像測量系統(tǒng)、掃描系統(tǒng)、坐標(biāo)測量機(jī)、機(jī)床等領(lǐng)域往往需要進(jìn)行二維測量，目前的常用做法是在X、Y兩個方向分別貼裝一維位移傳感器來實(shí)現(xiàn)二維測量。該做法在測量結(jié)構(gòu)上不可避免引入了阿貝誤差，同時不利于系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)。因此研發(fā)二維絕對式位移傳感器對優(yōu)化二維數(shù)控平臺系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)、保證測控精度的具有現(xiàn)實(shí)工程價值。

絕對式傳感器的核心技術(shù)是編碼與解碼方法，目前一維絕對編碼方式主要有格雷碼、矩陣碼和偽隨機(jī)碼。二維絕對編碼是一維編碼的擴(kuò)展，主要有：包含所有可能子陣列的Perfect Maps；除全零子陣列外包含其余所有可能子陣列偽隨機(jī)序列。這些二維編碼雖然滿足窗口特性，但是它們的構(gòu)造方式及解碼算法比較復(fù)雜，執(zhí)行起來效率不高。因此，設(shè)計(jì)出更加高效的編碼及解碼算法是很有必要的。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種二維絕對位置測量傳感器的編碼及解碼算法，基于M序列構(gòu)造具有窗口特性的二維編碼，同時給出了高效的解碼算法。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：

一種二維絕對位置測量傳感器的編碼算法，其特征在于：以2ⁿ-1個通過循環(huán)移位相互轉(zhuǎn)換的n階M序列作為行構(gòu)成二維編碼，且該二維編碼滿足窗口特性，二維編碼中任意一個n×n子陣列在整個二維編碼中只出現(xiàn)一次，對應(yīng)平面內(nèi)的一個位置；

以第一行的M序列作為初始序列，其余行均是初始序列通過循環(huán)移位得到，所有相鄰M序列間的相對循環(huán)移位值構(gòu)成的一維序列(稱作移位序列)滿足窗口特性，即任意連續(xù)n-1個元素構(gòu)成的子序列在整個序列中只存在一次，根據(jù)M序列的性質(zhì)，二維編碼中任意一個n×n子陣列的行均為n階M序列的子序列，子陣列中任意相鄰兩行在M序列中的位置差值等于這兩行所在二維編碼行間的相對循環(huán)移位值。

一種二維絕對位置測量傳感器的解碼算法，其特征在于：首先根據(jù)子陣列的行在M序列中的位置恢復(fù)該子陣列對應(yīng)的循環(huán)移位序列的子序列，然后解碼該子序列得到縱向位置值，之后根據(jù)移位序列及縱向位置值得到子陣列首行所處M序列相對于初始M序列的循環(huán)移位值，最后將該移位值與該行在初始M序列中的位置值相加即得到橫向位置值。

所述的一種二維絕對位置測量傳感器的解碼算法，其特征在于：根據(jù)二維編碼和子陣列的性質(zhì)，將解碼簡化為兩個一維解碼過程，分別解碼M序列和移位序列。