[发明专利]一种变值系统误差检测系统及其检测方法

说明书

技术领域

本发明属于测量数据分析和处理领域，涉及测量数据的系统误差处理方法，具体涉及一种变值系统误差检测技术。

背景技术

测量的目的是获得被测量的真值。真值以一定时空条件而客观存在，具有不可知性。测量误差描述了测量示值与被测量真值间的差别。所有测量结果都带有误差。

按误差性质分，可以将误差分为系统误差、随机误差和粗大误差三种。系统误差是指在相同的观测条件下测量同一量时，误差的绝对值和符号保持恒定，或在条件改变时按确定规律而变化。在多次重复测量同一量时，系统误差不具有抵偿性。对于系统误差，处理方法是尽量找出系统误差产生的根源，然后采取相应的措施尽量减小或消除系统误差。系统误差一般可以归结为若干个因素的函数。测量条件已经确定，系统误差就获得了一个客观上的恒定值，在测量条件发生变化时，系统误差一般是变化的，它的变化特点可以是累进式的、周期性的或按复杂规律变化的。系统误差一般分为恒值误差和变值误差两类，恒值误差可以通过校准、修正、实验比对法进行处理，但变值系统误差一般很难进行检测和处理。随机误差是指在相同测量条件下多次测量同一量时，误差的绝对值和符号以不可预定的方式变化的误差，随机误差具有抵偿性，可以通过对多次测量值取平均的方法进行处理。粗大误差是超出规定条件下预期的误差，也就是说明显偏离测量结果，含有粗大误差的数据应剔除不用。

对于测量数据，往往是系统误差、随机误差和粗大误差组合在一起，无法具体分辨是否存在变值系统误差，也就无法进行后期处理，因此变值系统误差对于测量结果的影响目前还没有很好的处理方法，尤其是当随机误差较大时，变值系统误差就更不容易被发现。

而从测量数据处理的角度看，存在变值系统误差的测量数据原则上应舍弃不用，但是当虽然存在变值系统误差，但残差的最大值明显地小于测量允许的误差范围或仪器规定的系统误差范围，则测量数据可以考虑使用；若继续测量，则需密切注意变值系统误差的情况。

系统误差的处理方法一般是采用实验对比法，用来发现固定的系统误差，采用残余误差观察法判断有无变化的系统误差，即变值系统误差，另外还采用准则判断方法检测变值系统误差，如采用马利科夫和阿卑-赫梅特判据分别对累进性系统误差和周期性系统误差进行检测，这两种方法都是基于统计学的方法，需要知道数据的分布，并对数据的方差进行估计。

实际上可以把测量数据看成是时间序列，那么对于测量数据的误差分析过程可以采用时间序列的一些分析方法来解决，从而可以采用多种方法来实现系统误差尤其是变值系统误差的检验，从而为测量数据的误差分析提供基础和依据。

时间序列表征的是对同一参数在不同的时间重复测量得到的值的序列，对于测量系统来说，可以是对同一参数在同一测量条件或者不同的测量条件下进行多次测量后得到的数值集合。时间序列需要对序列的趋势项、周期性、随机性进行分析，并提供了一些成熟的处理方法，如确定趋势曲线的典型方法有加权移动平均法和最小二乘方法，确定周期性的周期图和最大熵方法，这些方法为变值系统误差的检测提供了依据，尤其是趋势项和周期性的分析方法可以应用到累进性系统误差和周期性系统误差的分析过程中，为变值系统误差的检测提供丰富的手段；但是，目前还没有专门用于变值系统误差检测的系统。

发明内容

本发明的目的是提出一种变值系统误差检测系统及其检测方法，对于特定参数的多次测量数据，可以把它等效为时间序列，该时间序列可以包括趋势项、周期项和随机项。对于测量过程而言，在相同的测量条件下对同一参数进行多次测量过程，或者在不同的测量条件下对同一参数进行测量，其趋势项主要体现在累进性系统误差方面，而周期项则体现在周期性系统误差方面，因此可以把时间序列分析的检测手段用于变值系统误差的处理。

本发明涉及到的变值系统误差检测系统由数据获取模块、测量数据库模块、检测方法选择模块、检测过程分析模块、报告输出模块和检测结果显示模块组成，同时用户可以与系统进行交互。其中数据获取模块负责从测量设备中直接获取测量数据，并将获取的数据存入到测量数据库模块中；检测方法选择模块与用户进行交互，由用户选择进行检测的系统误差类型和相应的检测方法；检测过程分析模块根据用户选择的方法对相应的数据进行误差分析，最终的变值系统误差检测过程和结果由报告输出模块和检测结果显示模块显示给用户。