[发明专利]一种适应对象运动特性的互相关测速方法

摘要

本发明公开了属于速度测量技术领域的一种适应对象运动特性的互相关测速方法。在被测对象移动方向前后侧各安装传感器，先根据被测对象速度范围确定渡越时间范围，对后侧传感器采集到的传感器信号以速度上限对应时刻为起始位置截取与前侧传感器信号等长时间长度的信号序列，若测量精度要求低则进行稀疏化处理。然后，对信号进行归一化后截取信号序列并进行零均值化处理，再代入互相关函数分子部分，得到峰值对应的位移量。最后，在该位移量前、后取若干邻近位移量进行互相关运算，利用插值样条运算获得互相关函数局部曲线，得到渡越时间并得到互相关速度。本发明广泛适用于工业生产过程中运动物体速度的测量，提高了互相关测速算法的实时处理速度。

主权项

1.一种适应对象运动特性的互相关测速方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，由已知被测对象速度的上限值v₁和下限值v₂(v₁≥v₂)，依据下式(1)确定初始渡越时间的上限值τ₁和下限值τ₂(τ₁≥τ₂)：其中，l为布置于被测对象移动方向前、后两个传感器的间距；若被测对象速度范围未知，则将v₁、v₂分别设为被测对象在合理客观条件下或理论上的最大值和最小值；所述前、后两个传感器为与测量被测对象特性的相关类型的传感器；步骤2，从t₀时刻开始，利用两个传感器以采样率f₀采集信号；其中f₀满足香农采样定理，且能使采样信号保持原始模拟信号的主要特征；步骤3，根据上述被测速度下限值v₂和前、后侧传感器信号的波动情况合理选取采样时间长度T值，至少选取略大于2τ₁的值；步骤4.以t₀时刻为起始位置，截取采样时间长度为T的前侧传感器信号，以(t₀+τ₂‑Δt)时刻为起始位置截取采样时间长度为T的后侧传感器信号，其中Δt的选取根据被测对象速度变化特性确定；步骤5.根据速度测量精度要求判断是否需要对原数据列进行稀疏化处理；当精度要求较低时，等间隔抽取一部分采样数据，对原数据列进行稀疏化处理；步骤6.利用下式(2)使信号幅度归一化：其中，序列a_i、b_i(i＝1,2,…,N)分别表示前、后侧传感器信号的第i个采样值，a_min、b_min分别表示前、后侧传感器信号中采样数据的最小值，a_max、b_max分别表示采样数据的最大值，序列a_i,norm、b_i,norm(i＝1,2,…,N)分别表示归一化处理后的a_i、b_i；步骤7.从归一化处理后的采样值(a_1,norm,a_2,norm,…,a_N,norm)中，以a_1,norm为起始点截取前侧传感器信号(a_1,norm,a_2,norm,…,a_n,norm)，定义为序列a_i,norm；从归一化处理后的采样值(b_1,norm,b_2,norm,…,b_N,norm)中以b_1,norm为起始点截取后侧传感器信号(b_1,norm,b_2,norm,…,b_n,norm)，定义为序列b_i,norm；m为位移量，0≤m≤N‑n，序列b_i,norm随m值变化而不断更新，m值每增加1，序列b_i,norm向右移动一位，得到的新序列(b_1+m,norm,b_2+m,norm,…,b_n+m,norm)，定义为序列b_i+m,norm；步骤8.对上述的每一数据序列进行零均值化处理，以简化互相关函数运算：其中，是序列a_i,norm的平均值，是序列b_i+m,norm的平均值，序列x_i和序列y_i+m分别为序列a_i,norm和序列b_i+m,norm经零均值化处理后的结果；为简化计算，以(b_1,norm,b_2,norm,…,b_N,norm)的均值来近似代替序列b_i+m,norm的均值即利用下式对序列a_i,norm和序列b_i+m,norm进行零均值化处理：步骤9.利用互相关函数方程计算相关系数r(m)：测量数据序列在时间上的连续性使得第i和第i+1个相关系数中分母变化很小，因此只计算上式分子，并找出最大值所对应的位移量；步骤10.由展开式和得到互相关函数分母部分的迭代公式：此时步骤9中互相关函数分母里的采用上式滚动更新的方法来加快计算速度，即已知展开式的值后计算展开式时，从求和值中减去原数列的第一个元素(y_1+m²)，再加上新数列中的最后一个元素(y_n+m+1²)；根据对象运动特征在上一步得到的位移量前后分别取若干个邻近位移量依次代入互相关函数方程(5)中计算，并作相邻两点间插值样条运算,获得细化的互相关函数局部曲线，得到曲线达峰值时所对应的位移量进而得到剩余渡越时间τ_r；步骤11.计算渡越时间τ＝τ₂‑Δt+τ_r从而得到相关速度v＝L/τ。