[发明专利]管道内检测变径惯导子系统数据的时间同步方法

权利要求书

1.管道内检测变径惯导子系统数据的时间同步方法，PIG系统的一个里程计信号同时被引入安装在一个舱体的变径和惯导两个子系统；在发球筒阶段，里程数据完整；在上电运行过程中，两个子系统各自的系统时钟处于相同的精度水平；其特征在于：方法步骤如下：

步骤一，分别将变径和惯导输出数据矩阵中的里程计原始数据图形化，定义为惯导子系统里程计原始数据图和变径子系统里程计原始数据图；

惯导子系统和变径子系统输出数据的格式类似，都是组织成二维表格形式，每一行数据包括多个数据项，里程计原始信号也是其中之一，每一行数据被称为一个采样点；从上电、自检、启动后正常采集数据开始，采样点按照时间排列的正整数序列称为采样点数，定义为m，m为正整数；

将上电后获得的第一个采样点放置在坐标轴原点上，即0点，将后续的采样点数m对映横轴的正整数，即1到N个采样点数；每个采样点数对应的里程计原始信号值作为纵轴；

步骤二，定义PIG在发球筒中从静止状态转换到运动状态的瞬间为启动点，变径和惯导两个子系统的启动点的物理时间是一样的；对两个子系统的里程计原始信号采用启动点搜索算法，分别在惯导子系统里程计原始数据图和变径子系统里程计原始数据图中标记启动点的采样点数，定义为m1和m2；

所述启动点搜索算法如下：

1)确定搜索启动点算法的精度目标search_time，该精度必须和整个同步算法的精度目标相匹配，即搜索算法的精度目标比整个同步算法的精度目标高一个数量级，即搜索算法的误差时间search_time是同步算法误差时间goal_time的N分之一；

2)确定搜索步长step：定义某个子系统的采样频率(一秒钟的采样点个数)为sample_times，则搜索的步长为搜索启动点算法的精度目标乘以采样频率

step＝search_time×sample_times

搜索过程中，当第i次搜索的采样点数是m_i，则第i+1次搜索的采样点数m_i+1有

m_i+1＝m_i+step

3)定义搜索空间S_s：

S_s区间是采样点数组成的集合，是里程原始数据横坐标上的一段连续区间，由搜索的起点m_start和终点m_end定义；

定义S_s的原则是：保证搜索的目标，即启动点，在m_start和m_end之间；

设定S_s的方法如下：观察里程原始数据的图形，启动点必然处于平直区域向振荡区域的过渡区域，把这个过渡区域的左边界设定为m_start；

m_start是开始搜索的采样点数，m_end是结束搜索的采样点数，进行后续的搜索计算，此时能够确定最大搜索次数N_s为

N_s＝(m_end－m_start)/step

令i为当前搜索的次数，定义搜索空间

S_s＝{m_i∣m_start≤m_i≤m_end,i＝1,2,…,N_s}

其中m_i为第i次搜索的采样点数；

4)确定发球筒内PIG的静置区间S；静置区间，即在子系统里程计原始信号图中标记的，PIG处于静置状态，没有微小移动的采样点数的集合区间，定义静置区间边界采样点数分别为m_s0和m_s1，则能够定义

S＝{(m,S_V)∣m_s0≤m≤m_s1}

其中m为静置区间的采样点数，S_V为m所对应的里程计原始信号；

设定S的方法如下：在里程原始数据图上观察，从原点开始，图像会迅速趋于稳定，并进入一个平直的区域，该区域从横坐标看，将持续很多个采样点数，在这个平直区域中，图像只有高频的噪声信号，而不会出现纵坐标的较大起伏，把这个区域的左边界标记为采样点数m_s0，右边界标记为采样点数m_s1；

在保证PIG处于静止状态的前提下，S区间应尽可能大，从统计意义上能够更精确的求出静置时S_V的观测值，即静置区间S内所有S_V的均值，定义为E(S_V)；

5)设置搜索中使用的参数：

定义第i次搜索的目标采样点数为m_i，m_i∈S_s；

定义第i次搜索时需要用到的两个集合：左集合(S_l)和右集合(S_r)，定义左集合包含的采样点数为m_l，定义右集合包含的采样点数为m_r；两个集合S_l和S_r，他们分别是以当前搜索的采样点数m_i为中心，位于m_i左、右两侧的两个采样点集合，这两个集合内元素的个数设为1秒内的全部采样点的个数，即sample_times，有

S_l＝{(m_l,S_V)∣m_i－sample_times≤m_l≤m_i,m_i∈S_s}

S_r＝{(m_r,S_V)∣m_i≤m_r≤m_i+sample_times,m_i∈S_s}

两个集合全部S_V的均值分别定义为E_l(S_V)和E_r(S_V)，即E_l(S_V)为S_l内的全部S_V的观测值，E_r(S_V)为S_r内的全部S_V的观测值，当m_i是启动点，则E_l(S_V)必然趋近于E(S_V)，而E_r(S_V)必然大于E(S_V)；当m_i不是启动点，则E_l(S_V)和E_r(S_V)必然同样趋近于E(S_V)或者同样大于E(S_V)；

定义本次搜索用于判定的两个门槛值ε_l和ε_r，初始设定的原则是ε_l＞0，且尽可能小，而ε_r比ε_l大一个数量级，即ε_r比ε_l大M倍，M取2到10的整数；如果初始设定搜索得到的启动点多于1个，则减小ε_l并增加ε_r，重新搜索；

6)在S_s范围内，从m_start开始，到m_end结束，搜索启动点，共进行N_s次搜索计算；对第i次搜索，i＝1,2,…,N_s，当有

∣E_l(S_V)－E(S_V)∣＜ε_l而且E_r(S_V)－E(S_V)＞ε_r

成立，则接受m_i为启动点；当

∣E_l(m_i)－E(S_V)∣≥ε_l或者E_r(m_i)－E(S_V)≤ε_r

成立，则需要对m_i+1采样点数继续进行第i+1次搜索，其中m_i+1＝m_i+step；

7)如果上面的搜索完成，得到的启动点只有一个，则该子系统的启动点搜索算法结束，如果在整个S_s范围内，按照当前的ε_l和ε_r搜索，可以得到多个启动点，则需要调整ε_l和ε_r，重新进行搜索，直至剩下一个为止；调整的方法是，减小ε_l或者增加ε_r；该ε_l和ε_r必须在两个子系统的里程计原始数据中同时使用，分别得到启动点m1和m2；

步骤三，根据变径和惯导两个子系统各自的采样频率sample_times，分别在变径和惯导两个子系统里程计原始信号图中求出每个采样点数m在各自系统时钟下的对应时间t，包括m1和m2在各自系统时钟中对应的时间t1和t2；

t＝m/sample_times

把原来采样点数m的横轴转化为当前子系统时钟t的横轴；

步骤四，求出t1和t2的差值Δt：Δt＝t2-t1，Δt作为两个子系统时钟的差值；

步骤五，利用Δt，把两个子系统的时钟修正成同一时间，实现变径、惯导两个子系统数据的同步；

当需要把变径子系统时钟作为后续处理的标准时间时，则惯导子系统所有采样点的对应时间需要减Δt；当需要惯导子系统时间为标准时间时，则变径子系统的所有时间参数需要加Δt。