[发明专利]自适应一致性数据融合方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种对传感器实测方差进行实时估计的技术，特别涉及一种随着环境因素变化而实时变化的自适应一致性数据融合方法。

背景技术

结构损伤诊断和安全性评定对于保证桥梁、水坝、电厂、军事设施、高层建筑等重大土木工程结构的正常使用具有极其重要的意义，而对这些工程结构进行监测和诊断通常需要大量观测数据。单个传感器的信息明显不能满足要求，而且由于噪声、外界环境因素及传感器自身性能等的影响，可能会产生较大的测量误差，甚至导致错误的结论，因此采用多种或多个传感器进行测量已成为必然要求。如何综合利用这些传感器的多源不确定性信息，来提高结构监测和诊断的正确性是当前国内外研究的热点问题。

多传感器数据融合是将来自多个或多种传感器的信息和数据进行综合处理，得到更为准确可靠的估计值，从而减少在信息处理中可能出现的失误。由于传感器所处的方位不同，传感器自身的差异以及实际环境中各种随机干扰因素的作用，使得单个传感器的测量数据不能完全反映事物的真实情况，因此，数据融合的关键是对各个传感器测量数据的真实性进行判别，找出不同传感器数据之间的相互关系，从而决定对哪些传感器的数据进行融合。一致性多传感器数据融合方法是其中较有代表性的一种，但是随着研究与应用的增多，该算法存在的问题日渐显现，尽管一些学者进行了改进，它仍然存在两个问题：(1)算法中把传感器的自身测量方差当作实际的测量方差，没有考虑实际的测量方差是由传感器自身的可信度与环境干扰共同造成的；（2）算法中的传感器自身测量方差是在融合前指定且在测量过程中保持不变，所以该算法并不能对测量中的不确定性因素进行适应性调整。

基于以上情况，本发明提出了一种对传感器实测方差进行实时估计的技术，并将之运用于数据融合算法中从而提出了一种随环境实时变化的自适应一致性数据融合方法。

发明内容

本发明的目的在于提出一种对传感器测量方差进行实时估计的技术，并将之运用于数据融合算法中从而提出了一种随环境实时变化的自适应一致性数据融合方法，该方法能够很好地处理多自由度、非自由振动、非线性、非稳态的响应信号，可用于土木工程、航空航天、自动控制、机械工程、桥梁工程、水利工程等领域的信号处理，具有提高数据的抗干扰能力的特点。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种自适应一致性数据融合方法，其特征在于：首先利用多个传感器对结构响应进行采集；然后通过每个传感器自身测量方差及每个传感器已采集到的数据进行每个传感器实测方差的估计；接着根据测量模型定义任意两个传感器之间的自适应置信距离及计算出每个传感器被其他传感器所支持的综合支持度；最后以每个传感器的综合支持度作为权系数，应用加权平均法实现最终的融合。

所述通过每个传感器自身测量方差及每个传感器已采集到的数据进行每个传感器实测方差的估计包括以下步骤：

①计算n个传感器在第m次采样时的平均测量值                                                ，即：

式中，x_i^m表示第m次采样时第i个传感器的测量值；

②计算第i个传感器在第m次采样时的方差分配值V_mi，即：

式中，σ_i为第i个传感器自身的测量精度；

③计算第i个传感器在第m次采样时的实际测量方差，即：

式中，V_ki为第i个传感器在第k次采样时的方差分配值。

所述根据测量模型定义任意两个传感器之间的自适应置信距离及计算出每个传感器被其他传感器所支持的综合支持度包括以下步骤：

①定义自适应置信距离d_ij^m及置信距离矩阵D^m；