[發明專利]一種基于小波分析的轉臺動態角速率測量方法與測量裝置

有效

• 申請號: 202011233166.X
• 申請日: 2020-11-06
• 公開（公告）號: CN112326988B
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發明（設計）人: 何學軍;李太景;王一璋;王愛軍;王卓然
• 申請（專利權）人: 中國航空工業集團公司北京長城計量測試技術研究所
• 主分類號: G01P3/486
• 分類號: G01P3/486;G06F17/15
• 代理公司: 北京正陽理工知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 王民盛

本發明公開的一種基于小波分析的轉臺動態角速率測量方法與測量裝置，屬于動態角測量技術領域。所述的基于小波分析的轉臺動態角速率測量方法，包括確定轉臺動態角速率測量所需的小波基函數、確定頻率序列與尺度序列、計算頻率序列對應的小波系數、計算轉臺動態角正弦信號的瞬時頻率、將瞬時頻率轉化為轉臺動態角速率五個步驟。所述轉臺動態角速率測量裝置包括轉臺的角度編碼器、高速模數采樣模塊、數字信號處理模塊、轉臺動態角速率顯示模塊。本發明利用小波分析的時頻分析特性，能夠將頻率分量的分離與時域聯系起來，從而實現對信號各個時刻的頻率成分估算，并最終轉化為各個時刻的動態角速率，實現高精度動態角速率測量。

技術領域

本發明屬于動態角測量技術領域，涉及一種轉臺動態角速率測量方法與測量裝置。

背景技術

動態測量是測控技術發展的新興需求，相比于靜態測量的測量對象限制，即被測量在測量過程中不能發生變化，動態測量能夠適應更復雜的測量條件，因此被廣泛應用于航空航天、機械控制、交通行駛等領域。動態角測量的“動態”主要體現在，目標物體時刻處于運動狀態，被測量也保持不斷變化，持續并準確地獲取測量結果是動態測量中的關鍵，這對測量方法和測量裝置都提出了更高的要求。

小波分析是信號處理的新方法，它能夠在一定程度上克服傅里葉變換無法將頻率分量對應至時域上的弊端，可以建立信號的時頻分析關系，從而更加適合表達信號的動態特性。動態測量強調變化過程中的測量，凸顯每個采樣時刻的頻率與速率變化是小波分析能夠實現的，在實際計算中更加精確。

經典的角度測量儀器有機械結構、電氣結構與光學結構，在高精度測量場合，光學測量擁有明顯優勢，主要表現在其對微小的位移更加敏感，符合高精度的需要。實時性也是動態測量中重要的一項指標，在高精度的前提下，若要求系統能夠迅速響應并計算得到結果，運算能力必須匹配數據傳輸速率，才能保證測量的實時性不受影響。因此要完成動態角測量，需要集中針對角速率測算的精度與實時性兩點做出相應舉措，以實現高精度動態角速率測量。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于小波分析的轉臺動態角速率測量方法與測量裝置，將小波分析方法與基于光學角度編碼器的高速信號采集硬件設備結合，實現高精度動態角速率測量。

本發明的目的是通過下述技術方案實現的：

本發明公開的一種基于小波分析的轉臺動態角速率測量方法，包括以下步驟：

步驟1：確定轉臺動態角速率測量所需的小波基函數。

所測量的轉臺動態角速率信號以角度編碼器輸出的正弦信號為測量基準，選用與正弦波形相似的Morlet函數作為小波基，函數表達式為：

其中ω₀為小波基函數的中心頻率，t為時間，j為虛數單位符號。

步驟2：將所測量的轉臺動態角的頻段范圍均勻劃分為n-1等分，形成頻率序列。通過頻率序列與信號采樣頻率F_s、小波基中心頻率F_c的關系，將頻率序列轉換為尺度序列，建立頻率序列與尺度序列一一對應。

所測量的轉臺動態角的頻段范圍為[f_min，f_max](f_min0),將其均勻劃分為n-1等分，形成頻率序列f₁,f₂,...,f_n-1,f_n，其中f₁＝f_min,f_n＝f_max。通過頻率序列與信號采樣頻率F_s、小波基中心頻率F_c的關系，將頻率序列轉換為尺度序列scale₁，scale₂,...,scale_n。頻率序列與尺度序列一一對應，具體轉化方式為：