[发明专利]一种基于小波分析的转台动态角速率测量方法与测量装置

说明书

本发明公开的一种基于小波分析的转台动态角速率测量方法与测量装置，属于动态角测量技术领域。所述的基于小波分析的转台动态角速率测量方法，包括确定转台动态角速率测量所需的小波基函数、确定频率序列与尺度序列、计算频率序列对应的小波系数、计算转台动态角正弦信号的瞬时频率、将瞬时频率转化为转台动态角速率五个步骤。所述转台动态角速率测量装置包括转台的角度编码器、高速模数采样模块、数字信号处理模块、转台动态角速率显示模块。本发明利用小波分析的时频分析特性，能够将频率分量的分离与时域联系起来，从而实现对信号各个时刻的频率成分估算，并最终转化为各个时刻的动态角速率，实现高精度动态角速率测量。

技术领域

本发明属于动态角测量技术领域，涉及一种转台动态角速率测量方法与测量装置。

背景技术

动态测量是测控技术发展的新兴需求，相比于静态测量的测量对象限制，即被测量在测量过程中不能发生变化，动态测量能够适应更复杂的测量条件，因此被广泛应用于航空航天、机械控制、交通行驶等领域。动态角测量的“动态”主要体现在，目标物体时刻处于运动状态，被测量也保持不断变化，持续并准确地获取测量结果是动态测量中的关键，这对测量方法和测量装置都提出了更高的要求。

小波分析是信号处理的新方法，它能够在一定程度上克服傅里叶变换无法将频率分量对应至时域上的弊端，可以建立信号的时频分析关系，从而更加适合表达信号的动态特性。动态测量强调变化过程中的测量，凸显每个采样时刻的频率与速率变化是小波分析能够实现的，在实际计算中更加精确。

经典的角度测量仪器有机械结构、电气结构与光学结构，在高精度测量场合，光学测量拥有明显优势，主要表现在其对微小的位移更加敏感，符合高精度的需要。实时性也是动态测量中重要的一项指标，在高精度的前提下，若要求系统能够迅速响应并计算得到结果，运算能力必须匹配数据传输速率，才能保证测量的实时性不受影响。因此要完成动态角测量，需要集中针对角速率测算的精度与实时性两点做出相应举措，以实现高精度动态角速率测量。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于小波分析的转台动态角速率测量方法与测量装置，将小波分析方法与基于光学角度编码器的高速信号采集硬件设备结合，实现高精度动态角速率测量。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

本发明公开的一种基于小波分析的转台动态角速率测量方法，包括以下步骤：

步骤1：确定转台动态角速率测量所需的小波基函数。

所测量的转台动态角速率信号以角度编码器输出的正弦信号为测量基准，选用与正弦波形相似的Morlet函数作为小波基，函数表达式为：

其中ω₀为小波基函数的中心频率，t为时间，j为虚数单位符号。

步骤2：将所测量的转台动态角的频段范围均匀划分为n-1等分，形成频率序列。通过频率序列与信号采样频率F_s、小波基中心频率F_c的关系，将频率序列转换为尺度序列，建立频率序列与尺度序列一一对应。

所测量的转台动态角的频段范围为[f_min，f_max](f_min0),将其均匀划分为n-1等分，形成频率序列f₁,f₂,...,f_n-1,f_n，其中f₁＝f_min,f_n＝f_max。通过频率序列与信号采样频率F_s、小波基中心频率F_c的关系，将频率序列转换为尺度序列scale₁，scale₂,...,scale_n。频率序列与尺度序列一一对应，具体转化方式为：