[发明专利]一种基于卡尔曼滤波的低温辐射计温度控制的方法

说明书

本发明实施例公开了一种基于卡尔曼滤波的低温辐射计温度控制的方法。该方法包括以下步骤确定期望温度值；将所述期望温度值与实际温度值作差运算，获得温度偏差信号；比较所述温度偏差信号与预设阈值信号，若温度偏差信号小于或等于预设阈值信号，则将温度控制系统所采集的温度数据进行卡尔曼滤波后的数据作为实际温度值；若温度偏差信号大于预设阈值信号，则将温度控制系统所采集的温度数据作为实际温度值。本发明实施例所提供的温度控制方法结合温度偏差信号与预设阈值信号的比较结果来切换卡尔曼滤波，从而既能有效地抑制噪声且保证温度控制系统快速响应和精度的同时，又避免温度控制系统不稳定的问题。

技术领域

本发明涉及应用于低温辐射计的温度控制系统的技术领域，具体涉及一种基于卡尔曼滤波的应用于低温辐射计的温度控制系统的温度控制的方法。

背景技术

低温辐射计广泛应用于辐射测量学、光辐射计量学、光谱学和天体物理学等领域。在光辐射计量领域中，低温辐射计已经成为国际上标准化机构公认的探测器基准。低温辐射计中的功率、响应度、热导率和热响应时间常数等基本参数的测量结果都受到环境温度的影响。因此，低温辐射计的温度控制系统是低温辐射计成功稳定运行的重要系统之一，准确且稳定可靠的温度控制系统可为低温辐射计的运行提供一个可靠、稳定的环境。

在温度控制系统中，温度控制的准确性和可靠性主要取决于温度控制方法和温度数据采集系统。温度数据采集系统所采集到的温度数据包括过程噪声和测量噪声。若将温度采集系统所采集的温度数据直接使用，将会影响温度控制系统的精度，因此，温度控制方法中需要提供一种适用于低温辐射计的温度数据的滤波算法，在保系统稳定性的同时尽可能地滤除噪声。

目前，常用在温度控制方法中的滤波算法包括以下几类：(a)采用滑动平均滤波器、递归数字滤波器(IIR)或非递归型滤波器(FIR)对温度数据进行滤波，从而抑制温度数据中的测量噪声和提高温度控制系统的精度。该方法的缺陷在于：当滑动平均点太少时，对噪声的抑制效果不明显；当滑动平均点太多时，无法及时反映出温度系统的变化。(b)采用中值滤波法、算术平均法或加权递推滤波法对温度数据进行滤波。这些滤波法都存在一定的缺陷，如算术平均法的样本数量难以确定，当样本数量太少时，无法达到预期的噪声抑制效果；当样本数量太多时，系统的灵敏度会降低。加权递推滤波法可对不同采样时间得到的采样值给予不同的权系数，能够迅速反映出当前系统所受到的干扰的严重程度，但该方法降低了数据处理的速度并且在滤波器设计时需要根据噪声频谱设计权系数，设计比较繁琐。(c)针对上述两类滤波算法所存在的问题，有学者提出基于卡尔曼滤波算法的温度控制方法。该方法首先对过程中某一时刻的状态进行估计，然后以测量变量的方式获得反馈。卡尔曼滤波算法可分为时间更新和测量更新两个部分。时间更新方程负责及时向前推算当前状态变量和误差协方差估计的值，以便为下一个时间状态构造先验估计。测量更新方程负责反馈，它将先验估计和新的测量变量结合以构造改进的后验估计。不断地将方差递归，从而估算出最优的温度值。该方法在静态过程中优势比较明显，但是在动态过程时，会不利于温度控制系统的稳定性。

因此，针对滑动平均滤波、中值滤波、算术平均滤波、加权平均滤波，对于噪声的抑制不足而且占用资源较多、使得温度控制系统响应慢的问题，以及卡尔曼滤波方法对于动态过程中会导致于温度控制系统的不稳定问题，急需一种低温辐射计的温度控制方法，该方法既能有效地抑制噪声且保证温度控制系统快速响应的同时，又避免温度控制系统不稳定的问题。

发明内容

针对现有低温辐射计的温度控制方法所存在的精度问题，本发明实施例提出一种基于卡尔曼滤波的低温辐射计温度控制的方法。该温度控制方法结合温度偏差信号与预设阈值信号的比较结果来切换卡尔曼滤波，使得当温度控制系统处于静态过程时，采用卡尔曼滤波对所采集的温度数据进行滤波，当温度控制系统处于动态过程时，不用卡尔曼滤波对所采集的温度数据进行滤波，从而既能有效地抑制噪声且保证温度控制系统快速响应的同时，又避免温度控制系统不稳定的问题。