一种磁场模拟器实时干扰控制方法技术

本发明专利技术公开了一种磁场模拟器实时干扰控制方法，对磁场模拟器的干扰源进行分析，提取磁场数据作为磁场干扰模板库；将磁场干扰模板库的磁场数据平均值作为磁场干扰模板；构造相邻矩阵预测下一时刻即将发生的待匹配模板；当检测出现干扰信号后，选取此刻前发生的L个干扰数据作为待匹配数据，将待匹配数据和待匹配模板进行匹配，找到匹配程度最高的作为可能匹配的模板序列；假设磁场模拟器需要输出的磁场为Li(i＝0,1,2...n)，而实际磁场为Si(i＝0,1,2...n)，则这段时间内的实际噪声为(Ni＝Si‑Li)(i＝0,1,2...n)；用可能匹配的模板序列Ti来预测下一时刻的干扰磁场，记作：Ti+1，则下一时刻磁场模拟器输出Li+1‑Ti+1的磁场强度，便可对磁场干扰进行在线补偿，解决了环境磁场干扰对磁场模拟器正常工作造成的影响。

【技术实现步骤摘要】
一种磁场模拟器实时干扰控制方法
本专利技术属于通信
，具体涉及一种磁场模拟器实时干扰控制方法。
技术介绍
现有对磁场模拟器干扰控制的手段主要是借助于磁屏蔽的物理隔离方式，需要在环境的周围添加不同程度的物理隔离防护措施，价格昂贵且有可能对其他设备的正常使用产生干扰。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种磁场模拟器实时干扰控制方法，以解决环境磁场干扰对磁场模拟器正常工作造成的影响。本专利技术所采取的技术方案是：一种磁场模拟器实时干扰控制方法，按照以下步骤实施：步骤1.对磁场模拟器的干扰源进行分析，并通过控制干扰源的运动方式提取磁场数据作为磁场干扰模板库；步骤2.计算磁场干扰模板库的磁场数据平均值，将平均值作为磁场干扰模板；步骤3.构造步骤2中得到的磁场干扰模板的相邻矩阵，使用相邻矩阵可以预测下一时刻即将发生的候选模板，这些候选模板即为筛选出的待匹配模板；步骤4.当检测到磁场模拟器出现干扰信号后，选取此刻前发生的L个干扰数据作为待匹配数据，将待匹配数据和步骤3中的待匹配模板进行匹配，找到匹配程度最高的一组数据作为可能匹配的模板序列Ti(i＝0,1,2...n)；假设一段时间内磁场模拟器需要输出的磁场为Li(i＝0,1,2...n)，而磁场模拟器的实际磁场为Si(i＝0,1,2...n)，则这段时间内的实际噪声为(Ni＝Si-Li)(i＝0,1,2...n)；用可能匹配的模板序列Ti来预测下一时刻的干扰磁场，记作：Ti+1，则下一时刻磁场模拟器输出Li+1-Ti+1的磁场强度，便可对磁场干扰进行在线补偿。进一步的，步骤1的具体方法为：通过控制电梯在不同楼层之间的运动，同时使用高精度磁强计HMR2300测量产生的干扰磁场，电梯在1-5楼之间运动，根据其排列组合，共10中运动模式，并且每种运动模式反复运动30次，用所有磁场数据构建磁场干扰模板库。进一步的，步骤3中构造相邻矩阵的具体方法为：将N个磁场干扰模板分别记作：{T1,T2,···,TN}，构造(N+1)×(N+1)的矩阵M＝{Mi，j：(i＝0，1，...，N；j＝0，1，...，N)}，其中，Mi,j的取值是0或1，对于连续发生的模板序列，称前一模板为后一模板的先遣模板，称后一模板为前一模板的后续模板；相邻矩阵中元素Mi,j的含义为：若前一时间段第i模板发生，当Mi+1,j+1＝1，则第j个模板为后一时间段可能发生的模板；当Mi+1,j+1＝0，则表示第j个模板在后一个时间段不可能发生；相邻矩阵的第0行表示干扰开始时可能出现的模板，第0列表示一段干扰快结束时的最后一个模板。进一步的，步骤4中，匹配的具体方法为：采用归一化互相关匹配算法，假设磁场干扰模板库内部任意两个模板分别为{X:x1,x2,···,xN}和{Y:y1,y2,···,yN}，则此两模板之间的匹配度为：其中，和分别表示两个模板的平均值，两模板的平均值越相近，其匹配度越高，数值解算的结果也越大。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术使用模板匹配的方法消除环境磁场干扰对磁场模拟器的影响，不使用物理电磁屏蔽的手段，不需要添加专门的磁屏蔽设备；干扰控制实时性比较高，且干扰控制效果明显。【附图说明】图1～图10是使用高精度磁强计测得的电梯在1-5楼之间的10种运动磁特性模板库；图11是使用磁强计实时测量磁场强度，并进行实时补偿控制测试中窗口长度L＝20时在线匹配结果图；图12是使用磁强计实时测量磁场强度，并进行实时补偿控制测试中窗口长度L＝8时在线匹配结果图。【具体实施方式】下面结合附图对本专利技术的结构原理和工作原理做进一步说明。本专利技术提供了一种磁场模拟器实时干扰控制方法，按照以下步骤实施：步骤1.对磁场模拟器的干扰源进行分析，并通过控制干扰源的运动方式提取磁场干扰模板库。例如：干扰源为电梯时，通过控制电梯在不同楼层之间的运动，同时使用高精度磁强计HMR2300测量产生的干扰磁场，电梯在1-5楼之间运动，根据其排列组合，共10中运动模式，并且每种运动模式反复运动30次，得到运动磁特性模板库。在轨磁场模拟器闭环控制系统的设计，理论上使用这一磁场模拟系统可以生成理想磁场，然而，由于受到外界强磁场干扰，实际生成的磁场数据和理论值之间存在着一些偏差，正因为这些强干扰的存在，使得磁场模拟器的精度大幅降低。进一步分析发现，磁场干扰的具有比较规则的形状且呈现周期的特点，但其周期和形状均不固定。对于此类周期性较强的实时控制问题时，使用传统的控制方法往往存在一个比较长的状态过度过程，往往效果不佳。通过排查分析，发现实验室周围电梯上下运动时电机的工作产生的影响。因此，为方便对干扰模板的获取，本文通过控制电梯在不同楼层之间的运动，同时使用高精度磁强计HMR2300测量产生的干扰磁场。电梯在1-5楼之间运动，根据其排列组合，共10中运动模式，并且每种运动模式反复运动30次，得到磁强计X轴测试结果分别如图1～图10所示的运动磁特性模板库。步骤2.计算磁场干扰模板库的平均值，将这些平均值作为磁场干扰模板；通过控制干扰源，获取了磁场模板的数据库，但仍需要进一步处理才能获得用于实时匹配的模板。专利使用模板库的平均值作为代表模板库的模板。步骤3.构造步骤2中得到的磁场干扰模板的相邻矩阵，使用相邻矩阵可以预测下一时刻即将发生的候选模板，这些候选模板即为筛选出的待匹配模板。根据干扰源运动的客观规律，模板的发生也存在相互依存的先后顺序，而不是随机排列组合的。因此，根据前一个模板的发生情况，推算下一个可能出现的模板或者可以排除的模板，可以大幅度的缩小待匹配的模板数量。本文通过构造相邻矩阵的方法，使用相邻矩阵表示某模板发生后的下一个待发生的候选模板。其中，构造相邻矩阵的具体方法为：将N个磁场干扰模板分别记作：{T1,T2,···,TN}，根据概率统计，足够长的采样数据可以包含所有模板的相邻情况，这里只考虑模板的直接相邻。构造(N+1)×(N+1)的矩阵M＝{Mi，j：(i＝0，1，...，N；j＝0，1，...，N)}，其中，Mi,j的取值是0或1，矩阵第0行表示干扰开始时的模板，第1行表示模板1的后续模板，以此类推，第i行表示模板i的后续模板；矩阵第0列表示干扰结束的模板，第1列表示模板1的先遣模板，以此类推，第j列表示模板j的先遣模板。相邻矩阵的含义：对于连续发生的模板序列，称前一模板为后一模板的先遣模板，称后一模板为前一模板的后续模板。相邻矩阵中元素Mi,j的含义为：若前一时间段第i模板发生，当Mi+1,j+1＝1，则第j个模板为后一时间段可能发生的模板；当Mi+1,j+1＝0，则表示第j个模板在后一个时间段不可能发生；相邻矩阵的第0行和第0列比较特殊，其第0行表示干扰开始时可能出现的模板，第0列表示一段干扰快结束时的最后一个模板。步骤4.当检测到磁场模拟器出现干扰信号后，选取此刻前发生的L个干扰数据作为待匹配数据，将待匹配数据和步骤3中的待匹配模板进行匹配，找到匹配程度最高的一组数据作为可能匹配的模板序列Ti(i＝0,1,2...n)；其中，匹配的具体方法为：采用归一化互相关匹配算法，假设磁场干扰模板库内部任意两个模板分别为{X:x1,x2,···,xN}和{Y:y1,y2,···,yN}，则此两模板之间的匹配度为：其中，和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁场模拟器实时干扰控制方法，其特征在于，按照以下步骤实施：步骤1.对磁场模拟器的干扰源进行分析，并通过控制干扰源的运动方式提取磁场数据作为磁场干扰模板库；步骤2.计算磁场干扰模板库的磁场数据平均值，将平均值作为磁场干扰模板；步骤3.构造步骤2中得到的磁场干扰模板的相邻矩阵，使用相邻矩阵可以预测下一时刻即将发生的候选模板，这些候选模板即为筛选出的待匹配模板；步骤4.当检测到磁场模拟器出现干扰信号后，选取此刻前发生的L个干扰数据作为待匹配数据，将待匹配数据和步骤3中的待匹配模板进行匹配，找到匹配程度最高的一组数据作为可能匹配的模板序列Ti(i＝0,1,2...n)；假设一段时间内磁场模拟器需要输出的磁场为Li(i＝0,1,2...n)，而磁场模拟器的实际磁场为Si(i＝0,1,2...n)，则这段时间内的实际噪声为(Ni＝Si‑Li)(i＝0,1,2...n)；用可能匹配的模板序列Ti来预测下一时刻的干扰磁场，记作：Ti+1，则下一时刻磁场模拟器输出Li+1‑Ti+1的磁场强度，便可对磁场干扰进行在线补偿。

【技术特征摘要】
1.一种磁场模拟器实时干扰控制方法，其特征在于，按照以下步骤实施：步骤1.对磁场模拟器的干扰源进行分析，并通过控制干扰源的运动方式提取磁场数据作为磁场干扰模板库；步骤2.计算磁场干扰模板库的磁场数据平均值，将平均值作为磁场干扰模板；步骤3.构造步骤2中得到的磁场干扰模板的相邻矩阵，使用相邻矩阵可以预测下一时刻即将发生的候选模板，这些候选模板即为筛选出的待匹配模板；步骤4.当检测到磁场模拟器出现干扰信号后，选取此刻前发生的L个干扰数据作为待匹配数据，将待匹配数据和步骤3中的待匹配模板进行匹配，找到匹配程度最高的一组数据作为可能匹配的模板序列Ti(i＝0,1,2...n)；假设一段时间内磁场模拟器需要输出的磁场为Li(i＝0,1,2...n)，而磁场模拟器的实际磁场为Si(i＝0,1,2...n)，则这段时间内的实际噪声为(Ni＝Si-Li)(i＝0,1,2...n)；用可能匹配的模板序列Ti来预测下一时刻的干扰磁场，记作：Ti+1，则下一时刻磁场模拟器输出Li+1-Ti+1的磁场强度，便可对磁场干扰进行在线补偿。2.如权利要求1所述的一种磁场模拟器实时干扰控制方法，其特征在于，所述步骤1的具体方法为：通过控制电梯在不同楼层之间的运动，同时使用高精度磁强计HMR2300测量产生的干扰磁场，电梯在1-5楼之间...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘勇，刘昆鹏，张聪哲，侯晓磊，周康博，李毅兰，杨家男，冯乾，智永锋，潘泉，张骏，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61