[发明专利]消除波浪激励误差的混凝土搅拌船计量方法

权利要求书

1.消除波浪激励误差的混凝土搅拌船计量方法，其特征是：该方法包括：

S1、确定STFT窗口大小，根据先验数据确定STFT滑动窗口的大小；

S2、建立系统模型，根据步骤1构建称重系统模型；

S3、卡尔曼滤波，通过构建的称重系统模型进行传统卡尔曼滤波；

S4、STFT求解信号周期，对通过传统卡尔曼滤波的信号进行短时傅里叶变换，并通过对其能量谱分布图进行分析确定由于波浪激励造成的信号周期；

S5、滑动平均滤波，通过步骤4中求得的周期和信号的采集频率共同确定滑动窗口的大小，然后对周期内的信号数据进行滑动窗口均值滤波；

S6、重复步骤三至步骤五。

2.根据权利要求1所述消除波浪激励误差的混凝土搅拌船计量方法，其特征是：所述STFT窗口包括的数据长度根据船舶所在海域的波浪周期的先验数据来确定。

3.根据权利要求1所述消除波浪激励误差的混凝土搅拌船计量方法，其特征是：所述称重系统模型包括离散状态下的受到随机误差干扰和波浪激励干扰的称重系统观测方程和状态方程，并对初始状态向量和误差协方差矩阵的进行初始化。

4.根据权利要求3所述消除波浪激励误差的混凝土搅拌船计量方法，其特征是：所述状态方程为：

X(t)＝AX(t-1)+R

式中，X(t),X(t-1)分别为t时刻和t-1时刻的状态量，R为过程噪声向量，R是高斯白噪声，且满足R～(0,Q)，其中Q为过程噪声向量R的协方差矩阵。

5.根据权利要求4所述消除波浪激励误差的混凝土搅拌船计量方法，其特征是：所述观测方程为：

Z(t)＝CX(t)+Q

式中，Z(t)为t时刻的观测量，W为观测噪声向量，W是高斯白噪声，且满足W～(0,E)，E为观测噪声向量W的协方差矩阵。

6.根据权利要求5所述消除波浪激励误差的混凝土搅拌船计量方法，其特征是：所述传统卡尔曼滤波过程分为预测阶段和更新阶段两个阶段。

7.根据权利要求6所述消除波浪激励误差的混凝土搅拌船计量方法，其特征是：所述预测阶段的实现过程为：

状态预测：

X(t|t-1)＝AX(t-1)

误差协方差预测：

P(t|t-1)＝AP(t-1)A^T+Q

更新阶段的实现过程为：

卡尔曼增益更新：

误差协方差更新：

P(t)＝(I-K(t)C)P(t|t-1)

状态更新：

X(t)＝X(t|t-1)+K(t)(Z(t)-CX(t|t-1))

式中，X(t)是t时刻的状态值，Z(t)是t时刻的观测值，X(t|t-1)是根据t-1时刻计算出的t时刻的状态估计值，P(t)是t时刻的误差协方差矩阵，P(t|t-1)是根据t-1时刻计算出的t时刻的误差协方差矩阵估计值，K(t)是t时刻的卡尔曼增益。

8.根据权利要求1或7所述消除波浪激励误差的混凝土搅拌船计量方法，其特征是：所述短时傅里叶变换为：

式中，X(T)为t时刻经过传统卡尔曼滤波处理后的状态值，H(T-t)为滑动窗口函数。

9.根据权利要求8所述消除波浪激励误差的混凝土搅拌船计量方法，其特征是：所述定义短时傅里叶变换的能量谱分布为：

SPEC(t,ω)＝|STFT(t,ω)|²

对短时傅里叶变换的能量谱分布图进行分析可以得到由于波浪激励所造成的信号频率ω_MAX，其表示为：

ω_MAX＝MAX(SPEC(t,ω))

式中，ω_MAX为当SPEC(t,ω)取得最大值时的ω。

10.根据权利要求9所述消除波浪激励误差的混凝土搅拌船计量方法，其特征是：所述滑动窗口均值滤波具体为：根据信号的采集频率F和信号频率ω_MAX进行滑动窗口均值滤波，则t时刻的信号值X(t)为：