一种磁力计电磁干扰诊断滤波方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种磁力计电磁干扰诊断滤波方法及系统，所述磁力计电磁干扰诊断滤波方法包括磁力计电磁干扰观测与传感器噪声估计、磁力计高频电磁干扰诊断处理和磁力计持续性电磁干扰诊断处理三个步骤。所述磁力计电磁干扰诊断滤波方法通过上述三个步骤能够有效处理幅值、频率及分布不确定性的高频电磁干扰，并且还可以不依赖系统模型就能准确诊断并处理持续性电磁干扰。与现有方法相比，本发明专利技术针对两大类磁力计电磁干扰均能较好的进行诊断和滤波处理，从而得到磁力计姿态解算数据的最优估计值，提高系统运行的稳定性和安全性。提高系统运行的稳定性和安全性。提高系统运行的稳定性和安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种磁力计电磁干扰诊断滤波方法及系统


[0001]本专利技术涉及磁力计校正领域，尤其涉及一种磁力计电磁干扰诊断滤波方法及系统。

技术介绍

[0002]随着工业技术的不断发展，系统的安全性和可靠性越来越引起人们的重视，传感器数据诊断和滤波方法受到了国内外学者的广泛关注。磁力计是用于测量磁场的传感器，常应用于机器和设备的姿态角测量，其测量原理是通过对三轴地磁场的测量，再经过相应的姿态解算算法，测量出系统姿态角，例如无人机和智能车等设备利用磁力计进行偏航角解算等。然而电机旋转、机器运转或各类电子设备的运行均会由于电磁效应产生电磁场，导致各类工业现场或电子仪器设备附近产生复杂的电磁干扰信号，从而使磁力计的姿态解算出现误差甚至错误数据，很大程度的影响相应系统运行的稳定性，因此针对磁力计电磁干扰的滤波和处理方法的研究具有重要意义。
[0003]现有的传感器数据滤波方法有互补滤波法、卡尔曼滤波法等，传感器数据诊断方法有基于事件触发机制的传感器故障诊断方法、基于状态观测器的传感器故障估计方法等。现有技术的缺点有：磁力计电磁干扰可分为高频和持续性两大类，传感器数据滤波方法均是针对高频噪声进行滤波，互补滤波通过噪声的频率设置滤波参数，卡尔曼滤波根据噪声协方差自动调整滤波参数，然而磁力计电磁干扰具有幅值、频率及分布的不确定性，因此上述方法无法将磁力计的高频电磁干扰很好的过滤掉。
[0004]而对于持续性电磁干扰，可以看做传感器数据故障，基于事件触发机制的传感器故障诊断方法通常是通过状态观测器对系统状态的残差设计事件触发机制，无法准确的估计出传感器故障情况，不适应与磁力计持续性电磁干扰诊断，而基于状态观测器的传感器故障估计方法通常需要准确的知道系统的输入、输出及外扰的系统状态方程，严重依赖系统模型，实际应用性较低。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提出一种磁力计电磁干扰诊断滤波方法，及磁力计电磁干扰诊断滤波系统，以解决现有技术不能保证磁力计在复杂的电磁干扰环境中稳定运行的问题。
[0006]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]本专利技术提供了一种磁力计电磁干扰诊断滤波方法，包括以下步骤：
[0008]磁力计电磁干扰观测与传感器噪声估计，将系统的未知模型、系统未知外扰、系统输出信号、电磁干扰和传感器的测量噪声作为扩张阶状态，通过非线性扩张状态观测器进行观测，并通过计算得到电磁干扰及传感器测量噪声的数据；
[0009]磁力计高频电磁干扰诊断处理，将磁力计的高频电磁干扰分为大于传感器的测量噪声部分m
a
和与传感器的测量噪声相近部分m
b
两部分，分别对大于传感器的测量噪声部分m
a
和与传感器的测量噪声相近部分m
b
两部分进行处理；
[0010]磁力计持续性电磁干扰诊断处理；
[0011]输出诊断后数据。
[0012]所述磁力计电磁干扰诊断滤波方法中，所述系统输出信号包括磁力计输出的角度数据和陀螺仪输出的角加速度数据，所述传感器包括磁力计和陀螺仪。
[0013]所述磁力计电磁干扰诊断滤波方法中，所述磁力计电磁干扰观测与传感器噪声估计步骤包括以下步骤：
[0014]令系统偏航通道的未知模型为未知系统外扰为w(t)，偏航角为x(t)，系统磁力计输出的偏航角为y
m
(t)，陀螺仪输出的偏航角速度为y
g
(t)，磁力计的测量噪声为d1(t)，陀螺仪的测量噪声为d2(t)，其中磁力计还存在电磁干扰m(t)，令y
mk
和y
gk
分别为y
m
(t)和y
g
(t)扩张阶；
[0015]则有：
[0016][0017][0018]则分别使用三阶和二阶的非线性扩张状态观测器对系统输出y
m
(t)和y
g
(t)的各阶导和扩张阶进行观测，令n3为的观测值与的观测值之差，则可得到：
[0019][0020]令：
[0021][0022]再令：
[0023][0024]使用互补滤波器进行计算，即：
[0025][0026]则得到电磁干扰及传感器测量噪声的n3(t)的三阶数据。
[0027]所述磁力计电磁干扰诊断滤波方法中，在所述磁力计高频电磁干扰诊断处理步骤中，大于传感器的测量噪声部分m
a
通过设计事件触发机制一进行处理，与传感器的测量噪声相近部分通过自适应互补滤波器进行处理m
b
；
[0028]所述事件触发机制一根据电磁干扰及传感器测量噪声的数据设置。
[0029]所述磁力计电磁干扰诊断滤波方法中，所述事件触发机制一为判断磁力计输出的数据是否存在超过预设幅值的高频电磁干扰，包括以下步骤：令磁力计偏航角输入到系统中的数据仅在t
k
时刻更新，设计事件触发机制一的时间序列t
k
为：
[0030][0031]则
[0032]y1(t)＝y1(t
k
)，t∈[t
k
,t
k+1
)；
[0033]若磁力计输出的数据大于y1(t)，则磁力计输出的数据存在超过预设幅值的高频
电磁干扰，则将大于传感器的测量噪声部分m
a
过滤。
[0034]所述磁力计电磁干扰诊断滤波方法中，所述自适应互补滤波器通过以下步骤获得：
[0035]令权重系数为α，计算参数的自适应律，所述自适应律为：
[0036][0037]根据自适应律选择自适应互补滤波器，并通过自适应互补滤波器进行滤波，将与传感器的测量噪声相近部分m
b
过滤。
[0038]所述磁力计电磁干扰诊断滤波方法中，所述磁力计持续性电磁干扰诊断处理包括以下步骤：
[0039]设置事件触发机制二，事件触发机制二用于判断持续性电磁干扰是否存在；令持续性电磁干扰存在时m
c
(t)＝1，则不存在时m
c
(t)＝0；
[0040]再令，事件触发机制二的时间序列t
k+1
为：
[0041][0042]设置事件触发机制三和事件触发机制四，所述事件触发机制三由持续性电磁干扰的出现触发，且事件触发机制三用于判断持续性电磁干扰是否出现；所述事件触发机制四用于判断持续性电磁干扰是否消失，且事件触发机制四由持续性电磁干扰的消失触发，令在时刻更新为0，在时刻更新为1，初始时刻为0；
[0043]令事件触发机制三时间序列为：
[0044][0045]令事件触发机制四时间序列为：
[0046][0047]通过所述事件触发机制二、触发机制三和事件触发机制四，对持续性电磁干扰诊断识别并处理。
[0048]本专利技术还提供了一种磁力计电磁干扰诊断滤波系统，应用上述的磁力计电磁干扰诊断滤波方法，所述磁本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁力计电磁干扰诊断滤波方法，其特征在于，包括以下步骤：磁力计电磁干扰观测与传感器噪声估计，将系统的未知模型、系统未知外扰、系统输出信号、电磁干扰和传感器的测量噪声作为扩张阶状态，通过非线性扩张状态观测器进行观测，并通过计算得到电磁干扰及传感器测量噪声的数据；磁力计高频电磁干扰诊断处理，将磁力计的高频电磁干扰分为大于传感器的测量噪声部分m
a
和与传感器的测量噪声相近部分m
b
两部分，分别对大于传感器的测量噪声部分m
a
和与传感器的测量噪声相近部分m
b
两部分进行处理；磁力计持续性电磁干扰诊断处理；输出诊断后数据。2.根据权利要求1所述的一种磁力计电磁干扰诊断滤波方法，其特征在于：所述系统输出信号包括磁力计输出的角度数据和陀螺仪输出的角加速度数据，所述传感器包括磁力计和陀螺仪。3.根据权利要求2所述的一种磁力计电磁干扰诊断滤波方法，其特征在于，所述磁力计电磁干扰观测与传感器噪声估计步骤包括以下步骤：令系统偏航通道的未知模型为未知系统外扰为w(t)，偏航角为x(t)，系统磁力计输出的偏航角为y
m
(t)，陀螺仪输出的偏航角速度为y
g
(t)，磁力计的测量噪声为d1(t)，陀螺仪的测量噪声为d2(t)，其中磁力计还存在电磁干扰m(t)，令和分别为y
m
(t)和y
g
(t)扩张阶；则有：则有：则分别使用三阶和二阶的非线性扩张状态观测器对系统输出y
m
(t)和y
g
(t)的各阶导和扩张阶进行观测，令n3为的观测值与的观测值之差，则可得到：令：再令：使用互补滤波器进行计算，即：则得到电磁干扰及传感器测量噪声的n3(t)的三阶数据。4.根据权利要求1所述的一种磁力计电磁干扰诊断滤波方法，其特征在于：在所述磁力计高频电磁干扰诊断处理步骤中，大于传感器的测量噪声部分m
a
通过设计事件触发机制一进行处理，与传感器的测量噪声相近部分通过自适应互补滤波器进行处理m
b
；所述事件触发机制一根据电磁干扰及传感器测量噪声的数据设置。
5.根据权利要求4所述的一种磁力计电磁干扰诊断滤波方法，其特征在于：所述事件触发机制一为判断磁力计输出的数据是否存在超过预设幅值的高频电磁干扰，包括以下步骤：令磁力计偏航角输入到系统中的数据仅在t
k
时刻更新，设计事件触发机制一的时间序列t
k
为：则y1(t)＝y1(t

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁仁全，陈佳威，陶杰，陈汉泉，姚敏，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：