一种消除加速度计绝对测量漂移的方法技术

本发明专利技术公开了一种消除加速度计绝对测量漂移的方法，通过加速度数据滤除频率低于f

【技术实现步骤摘要】
一种消除加速度计绝对测量漂移的方法


[0001]本专利技术涉及传感器
，具体涉及一种消除加速度计绝对测量漂移的方法。

技术介绍

[0002]目前测量一点位移可采用激光位移传感器或者超声波传感器直接测量，也可以先测量加速度数据再进行数值积分或者频域积分计算位移。数值积分法是对一段时间内的加速度数据插值求积得到该时间段内各个时刻的速度，再由速度插值求积得到该时间段内各个时刻的位移。频域积分方法利用了谐波的位移函数等于加速度函数除以负的谐波圆频率的平方这一关系，在频域对代表加速度各个频率分量的复数做数乘运算，将得到频域位移信号变换为时域位移信号.
[0003]加速度数据做数值积分求位移的方法存在很大的误差。第一，每一步积分都累计了前一步的误差，每一次积分也累计了前一次的误差，这包括了截断误差和插值带来的误差；对于频域积分而言，由于傅里叶变换可能引起信号的泄露，一段加速度信号做傅里叶变换可能产生一些低频误差，这些误差在频域积分时会被显著地放大。因而这种算法往往不能求出正确的位移。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供了一种消除加速度计绝对测量漂移的方法。
[0005]为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0006]一种消除加速度计绝对测量漂移的方法，包括如下步骤：
[0007]S1、获取一个时段的加速度信号，并将其拼接成为加速度信号数列；
[0008]S2、对步骤S1得到的加速度信号数列进行傅立叶变换，得到加速度信号的频域信号；
[0009]S3、将步骤S2得到的频域信号的零频分量移动到频谱中心形成新的数列，并对所形成的新的数列构造频率数列；
[0010]S4、对步骤S3构造的频率数列进行滤波，并根据滤波之后的频率数列计算频域位移，得到新的频域位移的多维向量；
[0011]S5、对步骤S4得到的多维向量进行逆零频平移，并对逆零频平移之后的多维向量做离散傅里叶逆变换，得到高频位移数列；
[0012]S6、获取与步骤S1同一时段的加速度信号，计算该时段内的低频位移并拼接成低频位移数列；
[0013]S7、对比步骤S5得到的高频位移数列和步骤S6得到的低频位移数列的长度，对元素少的一组数据通过插值至与另一组数据等长；
[0014]S8、对步骤S7处理后的低频位移数列进行高频滤波得到新的低频位移数列，将得到的新的低频位移数列和高频位移数列融合得到真实位移数列。
[0015]进一步的，所述步骤S2中加速度信号的频域信号表示为：
[0016][0017]其中，a(n)为加速度信号中的元素，A(k)为加速度信号的频域信号中的元素，k为元素索引，N为元素个数；
[0018]A(k)和A(N
‑
k)表示频率为的信号分量，f
s
为加速度信号的采样频率。
[0019]进一步的，所述步骤S3中频域信号的零频分量移动到频谱中心形成新的数列具体方式为：
[0020]N为偶数时，当时，A0中的元素当时，A0中的元素n＝0，1，...，N
‑
1；
[0021]N为奇数时，当时，A0中的元素当时，A0中的元素n＝0，1，...，N
‑
1；
[0022]其中，A0为新的数列，A0(n)为A0中的元素。
[0023]进一步的，所述步骤S3中对所形成的新的数列构造频率数列的方式为：
[0024]当N为偶数时，F中的元素n＝0，1，...，N
‑
1；
[0025]当N为奇数时，F中的元素n＝0，1，...，N
‑
1；
[0026]其中F表示频率数列，F(n)为F中的元素。
[0027]进一步的，所述步骤S4中滤波的方式为：
[0028]对F中的每个元素，若|F(n)|＜f
t
，则令A0中的对应元素A0(n)＝0；若|F(n)|≥f
t
，则保留对应的A0(n)的数值，其中f
t
为滤波阈值频率。
[0029]进一步的，所述步骤S4中频域位移的多维向量表示为：
[0030][0031]其中，D0(n)为新的频域位移的多维向量中的元素，A0(n)为经过滤波之后的频率数列中的元素，且当F(n)＝0时，D0(n)＝0。
[0032]进一步的，所述步骤S5中多维向量进行逆零频平移的具体方式为：
[0033]N为偶数时，当时，D中的元素当时，D0中的元素n＝0，1，...，N
‑
1；
[0034]N为奇数时，当时，D中的元素当
时，D中的元素n＝0，1，...，N
‑
1。
[0035]进一步的，所述步骤S5中高频位移数列表示为：
[0036][0037]其中，d(n)为高频位移数列中的元素，D(k)为新的频域位移的多维向量中的第k个元素。
[0038]进一步的，所述步骤S8中真实位移数列的表示方式为：
[0039]m(n)＝d(n)+u(n)；
[0040]其中，m(n)为真实位移数列中的元素，u(n)为新的低频位移数列中的元素，d(n)为高频位移数列中的元素
[0041]本专利技术具有以下有益效果：
[0042]1、融合了加速度数据计算出的高频位移和滤波后的低频位移，得出准确的位移。
[0043]2、本方法基于傅里叶变换，目前傅里叶变换相关的数值方法非常成熟，容易获取。同时本方法逻辑清晰，步骤简单，易于编程实现。
[0044]3、与传统数值积分方法不同，本方法由加速度直接计算出位移，没有引入中间量，避免了误差的传递。
附图说明
[0045]图1为专利技术消除加速度计绝对测量漂移的方法的流程示意图。
[0046]图2为本专利技术实施例实验一的结果示意图。
[0047]图3为本专利技术实施例实验二的结果示意图。
[0048]图4为本专利技术实施例实验三的结果示意图。
具体实施方式
[0049]下面对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便于本
的技术人员理解本专利技术，但应该清楚，本专利技术不限于具体实施方式的范围，对本
的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本专利技术的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本专利技术构思的专利技术创造均在保护之列。
[0050]一种消除加速度计绝对测量漂移的方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0051]S1、获取一个时段的加速度信号，并将其拼接成为加速度信号数列；
[0052]对于本实施例而言，通过加速度计直接测量一段时间内测点的加速度信号，得到一个长度为N数列，记为a，a中每个元素a(n)代表n时刻测点的加速度数值，n＝0，1，...，N
‑
1。
[0053]S2、对步骤S1得到的加速度信号数列进行傅立叶变换，得到加速度信号本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种消除加速度计绝对测量漂移的方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、获取一个时段的加速度信号，并将其拼接成为加速度信号数列；S2、对步骤S1得到的加速度信号数列进行傅立叶变换，得到加速度信号的频域信号；S3、将步骤S2得到的频域信号的零频分量移动到频谱中心形成新的数列，并对所形成的新的数列构造频率数列；S4、对步骤S3构造的频率数列进行滤波，并根据滤波之后的频率数列计算频域位移，得到新的频域位移的多维向量；S5、对步骤S4得到的多维向量进行逆零频平移，并对逆零频平移之后的多维向量做离散傅里叶逆变换，得到高频位移数列；S6、获取与步骤S1同一时段的加速度信号，计算该时段内的低频位移并拼接成低频位移数列；S7、对比步骤S5得到的高频位移数列和步骤S6得到的低频位移数列的长度，对元素少的一组数据通过插值至与另一组数据等长；S8、对步骤S7处理后的低频位移数列进行高频滤波得到新的低频位移数列，将得到的新的低频位移数列和高频位移数列融合得到真实位移数列。2.根据权利要求1所述的一种消除加速度计绝对测量漂移的方法，其特征在于，所述步骤S2中加速度信号的频域信号表示为：其中，a(n)为加速度信号中的元素，A(k)为加速度信号的频域信号中的元素，k为元素索引，N为元素个数；A(k)和A(N
‑
k)表示频率为的信号分量，f
s
为加速度信号的采样频率。3.根据权利要求2所述的一种消除加速度计绝对测量漂移的方法，其特征在于，所述步骤S3中频域信号的零频分量移动到频谱中心形成新的数列具体方式为：N为偶数时，当时，A0中的元素当时，A0中的元素N为奇数时，当时，A0中的元素当时，A0中的元素其中，A0为新的数列，A0(n)为A0...

【专利技术属性】
技术研发人员：晋智斌，杨昊源，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：