[发明专利]基于FW-ESN的石英晶振动态温频特性建模方法

说明书

本发明公开了一种FW‑ESN的石英晶振动态温频特性建模方法，包括数据采集，计算温度变差、频率偏移、温度导数和温度二阶导数，以温度变差、温度导数、温度二阶导数为基础，构造描述温度变化的动态信息的七个动态特征量，计算加权后的动态特征量，建立动态温频特性模型并辨识模型参数步骤。本发明能够更好地描述石英晶振的动态变化规律，减少频率偏差预测误差；能够更加准确的描述快速温度变化情形下的温度频率关系，提高频率偏移补偿的精度。

技术领域

本发明涉及一种石英晶振温度频率特性建模方法，尤其涉及一种基于FW-ESN的石英晶振动态温频特性建模方法，属于电子科学技术领域。

背景技术

在现代工业社会中，石英晶振作为电子系统和设备的关键部分基准频率源，相当于电子系统的心脏，其性能严重影响着电子系统的整体性能。然而在通信、导航、仪器仪表及生活电子等领域的实际应用场合中，环境温度的变化很大程度上影响着石英晶振输出频率的稳定性，从而破坏电子系统时钟信号的准确性。根据温度变化对频率偏移进行准确补偿，是石英晶振元件开发领域中温补晶振的技术原理，温度频率特性的准确建模是实现频率精准补偿的前提。

在静态或拟静态温度变化环境下，温频特性模型可以用基于多项式描述的静态数学关系描述，该模型可以较为准确的反映静态温度与频率变化之间的规律。然而，在实际应用场合中，环境温度变化错综复杂，经常会出现快速温度变换的情况，并不满足静态或拟静态环境假设。传统的多项式描述模型由于未考虑到快速温度变化导致的动态因素，往往对频率偏差的预测精度较低，难以满足实用要求。因此，针对温度快速变化环境，如何建立石英晶振温度频率特性的动态数学模型，是一个具有挑战性且非常有实用价值的研究课题。

本发明提供一种基于特征构造加权回声状态网络(Feature Weighted EchoState Network,FW-ESN)的动态温频特性建模方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于FW-ESN的石英晶振动态温频特性建模方法。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一种基于FW-ESN的石英晶振动态温频特性建模方法，包括以下步骤：

步骤1：数据采集：对石英晶振的温度T和频率f进行N次采样，得到{T(i),i＝0,1,…,N}和{f(i),i＝0,1,…,N}；

步骤2：计算温度变差、频率偏移、温度导数和温度二阶导数：

温度变差ΔT(i)为：

ΔT(i)＝T(i)-T₀   (1)

式中，i＝1,2,L,N表示采样序号，T₀表示基准温度；

频率偏移为：

式中，f₀表示基准频率；

温度一阶导数为：

T⁽¹⁾(i)＝T(i)-T(i-1)   (3)

温度二阶导数为：

T⁽²⁾(i)＝T⁽¹⁾(i)-T⁽¹⁾(i-1)   (4)

步骤3：以温度变差、温度一阶导数、温度二阶导数为基础，构造描述温度变化动态信息的七个动态特征量：

u₁(i)＝T(i)-T₀   (5)