[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

说明书

本发明公开了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，属于测量与控制技术领域。本发明针对现有频域法加速度计动态模型参数辨识中频谱泄露和测量噪声直接影响参数辨识精度，采用双窗全相位FFT(Fast Fourier Transformation)获得加速度计输入输出测量数据的自功率谱和互功率谱，利用H_v估计方法估计频率响应函数，并通过极小化误差准则函数，实现加速度计动态模型参数辨识。本发明方法降低了频谱泄露和测量噪声对加速度计动态模型参数辨识结果的影响，提高了参数辨识精度，且计算过程稳定、可靠。

技术领域

本发明涉及一种加速度计动态模型参数辨识的方法，属于测量与控制技术领域，尤其涉及一种基于全相位谱估计的加速度计动态模型参数辨识的方法。

背景技术

加速度计作为一种测量振动的惯性器件被广泛应用于航空航天、工业控制等领域，其动态模型参数辨识结果直接影响动态特性指标，提高加速度计动态模型参数辨识精度在实际应用中具有重要意义。

加速度计在线性范围内可以等效为一个单自由度的弹簧-质量-阻尼系统，质量块内置于加速度计壳体内，由弹簧和阻尼器支撑。加速度计内敏感元件的电信号输出正比于质量块相对于壳体的位移。在加速度计绝对法校准实验中，由激光干涉仪获得的加速度和加速度计的电信号输出作为加速度计的输入输出测量数据。

频域法加速度计动态模型参数辨识过程中，一方面由于采样频率较高，采集加速度计输出数据的长度较长，需要对输出数据进行时域截断，而输出数据时域截断实质上是对整个数据加矩形窗，产生较大频谱泄露；另一方面，受测量噪声影响，直接对加速度计输入输出信号进行傅里叶变换，估计加速度计的频率响应函数为有偏估计，所得频率响应函数存在较大估计误差。综合考虑频谱泄露和测量噪声的影响，尤其是当频率分辨率较大时，将产生较大误差，直接降低加速度计动态模型参数辨识的精度。因此发明一种减小时域截断引起的频谱泄露和测量噪声对加速度计动态模型参数辨识结果影响、提高参数辨识精度的方法是非常关键的。

发明内容

本发明以减小加速度计输出测量数据时域截断引起的频谱泄露和测量噪声的影响、提高加速度计动态模型参数辨识精度为目的，利用双窗全相位FFT和H_v估计方法估计加速度计频率响应函数，通过加速度计动态模型参数与频率响应函数倒数间的关系，极小化误差准则函数，实现加速度计动态模型参数辨识。本发明方法具有较强的频谱泄露抑制及抗噪性能，有较高的参数辨识精度。

一种基于全相位谱估计的加速度计动态模型参数辨识的方法，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。

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。