[发明专利]一种基于全相位谱估计的加速度计动态模型参数辨识方法

权利要求书

1.一种基于全相位谱估计的加速度计动态模型参数辨识方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一：构建卷积窗，对加速度计绝对法冲击激励校准过程获得的输入输出测量数据进行卷积窗加权叠加处理；

步骤二：对步骤一处理后的加速度计输入输出数据进行分段，采用全相位FFT求取各数据段的自功率谱和互功率谱；

步骤三：对步骤二求取的各数据段的自功率谱和互功率谱进行H_v估计，获得加速度计频率响应函数；

步骤四：利用加速度计动态模型参数与其频率响应函数倒数间的关系，采用Nelder-Mead Simplex算法极小化误差准则函数，得到加速度计动态模型参数，实现基于全相位谱估计的加速度计动态模型参数辨识。

2.根据权利要求1所述的一种基于全相位谱估计的加速度计动态模型参数辨识方法，其特征在于，所述步骤一具体包括：

加速度计绝对法冲击激励校准过程获得的速度计输入输出信号分别为a(k)和x(k)，k＝0,1,2,...,N-1，N为时间序列长度；利用式(1)将两个Hanning窗函数w_H卷积构成新的卷积窗w_HC，采用卷积窗w_HC作数据加权处理，将序列中心前的数据平移后对应相加，构成新的加速度计输入输出数据序列a'(k)和x'(k)；

式中，N为窗函数序列的长度。

3.根据权利要求2所述的一种基于全相位谱估计的加速度计动态模型参数辨识方法，其特征在于，所述步骤二具体包括：

将步骤一中新的加速度计输入输出数据序列a'(k)和x'(k)分为M段数据，数据段长度为I和数据段重叠比为β，利用式(2)对每段数据进行离散傅里叶变换得到频谱序列A_m(l)和X_m(l)，根据式(3)计算各数据段的自功率谱和互功率谱；

式中，l为离散谱线序号，A_m(l)和X_m(l)为第m段输入输出数据a_m'(i)和x_m'(i)对应的FFT变换，m＝0,1,2,...,M-1，i＝0,1,2,...,I-1；

式中，S_aa(jω)为加速度计输入数据序列的自功率谱，S_xx(jω)为加速度计输出数据序列的自功率谱，S_ax(jω)和S_xa(jω)加速度计输入输出数据序列的互功率谱。

4.根据权利要求3所述的一种基于全相位谱估计的加速度计动态模型参数辨识方法，其特征在于，所述步骤三具体包括：

将步骤二获得的各数据段的自功率谱和互功率谱，代入式(4)，利用H_v估计加速度计的频率响应函数；

5.根据权利要求4所述的一种基于全相位谱估计的加速度计动态模型参数辨识方法，其特征在于，所述步骤四具体包括：

加速度计二阶动态模型为

式中，ρ为加速度与输出参量的转换系数、δ为阻尼比和ω_n为固有频率；

令s＝jw代入式(5)所示加速度计二阶动态模型，并求倒数，得到式(6)

G^-1(ω)＝μ₁+jωμ₂-μ₃ω²＝f^T(ω)μ (6)

式中，为参数估计的中间变量，f^T(ω)＝(1,2jω,-ω²)为组合向量；

选取式(7)作为误差准则函数，将加速度计动态模型参数辨识问题简化为表示的最优化问题；

式中，Re和Im分别表示实部和虚部；

根据步骤三得到的加速度计的频率响应函数，采用Nelder-Mead Simplex算法极小化式(7)，得到参数向量估计值利用参数向量估计值中各元素与加速度计二阶动态模型参数间的关系式(8)，确定对应加速度计动态模型参数；

式中，分别表示加速度计模型参数ρ、δ和ω_n的估计值。