CN104819703A - 一种用于倾角支点的倾斜角度参数拟合方法 - Google Patents

一种用于倾角支点的倾斜角度参数拟合方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于倾角支点的倾斜角度参数拟合方法，包括步骤：获得X轴和Y轴上的实际测量倾斜角度；构建倾角度参数拟合模型，具体包括：获得若干组Y轴倾斜角度值；获得X轴和Y轴的拟合数据；分别构建X轴和Y轴倾斜角度拟合函数模型，并得到各模型的参数；确定X轴和Y轴倾斜角度拟合函数模型；将步骤1所设定的步进值代入步骤2-4所得的X轴和Y轴倾斜角度拟合函数模型，得到X轴和Y轴倾斜角度；结合所得到的X轴和Y轴倾斜角度对实际测量倾斜角度进行校正。本发明可修正了直接测量的非线性度，结合拟合技术让倾斜角度达到高精度；能够有效的解决现有的倾角支点在测量上精度不高，无法自动校正的问题，实现参数的拟合和校正。

Description

一种用于倾角支点的倾斜角度参数拟合方法
技术领域
本发明涉及一种用于倾角支点的倾斜角度参数拟合方法，属于通信及传感技术的领域。
背景技术
在科学技术的众多领域中，经常需要根据实际测试所得到的一系列数据，求出它们的函数关系表达式。从理论上讲，可以根据插值原理构造n 次多项式f(x)，使得f(x)在各测试点的函数值正好通过实测点。
可是, 在很多情况下，为了尽量反映真实情况而采集了很多样本点，造成了插值多项式f(x)的次数很高，这不仅增大了函数的计算量，而且影响了逼近程度；再就是由于插值多项式经过每一实测样点，这样就会保留测量误差，从而影响拟合函数的精度，不易反映实际数据的函数关系。
在此基础上，人们进行改进，一般采取根据已知实际测试样点，找出被测试量之间的函数关系式，使得拟合得出的函数曲线能够充分反映实际测试量之间的关系，这就是曲线拟合。由此，使得曲线拟合技术在图像处理、逆向工程、计算机辅助设计以及测试数据的处理显示及故障模式诊断等领域中都得到了广泛的应用。
对于通信领域中，设备上通常有倾角支点，而对倾角支点的倾斜角度的技术中，往往是采用传感器对倾角支点的倾斜角度的倾斜角度直接测量，由此直接获得倾角支点的倾斜角度，并且，在进行多次测量后在测量值的基础进行分析得到相应结论。这也带来了一些问题，由于设备的老化或之间配合不够紧密，容易使得测量的倾斜角度存在误差，降低了测量的精度，而无法对倾角所测量的角度进行校正，由此使得倾角支点在实际的运行过程中，参数不精准。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种用于倾角支点的倾斜角度参数拟合方法，解决现有的倾角支点在测量上精度不高，无法自动校正的问题，实现参数的拟合和校正。
本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：
一种用于倾角支点的倾斜角度参数拟合方法，包括以下步骤：
步骤1、根据设定的步进值对倾角支点进行测量，获得X轴和Y轴上的实际测量倾斜角度；
步骤2、构建倾角度参数拟合模型，具体包括如下步骤：
步骤2-1、根据不同步进值对倾角支点在X轴上的倾斜角度进行测量，获得若干组X轴倾斜角度值；根据不同步进值对倾角支点在Y轴上的倾斜角度进行测量，获得若干组Y轴倾斜角度值；
步骤2-2、对所述若干组X轴和Y轴倾斜角度值分别采用直线拟合法进行拟合，获得X轴和Y轴的拟合数据；
步骤2-3、分别构建X轴和Y轴倾斜角度拟合函数模型，并将所得的X轴和Y轴的拟合数据分别代入拟合X轴和Y轴倾斜角度拟合函数模型，得到各模型的参数；
步骤2-4、根据步骤2-3所得的各模型参数，确定X轴和Y轴倾斜角度拟合函数模型；
步骤3、将步骤1所设定的步进值代入步骤2-4所得的X轴倾斜角度拟合函数模型，得到X轴倾斜角度；及步骤1所设定的步进值代入步骤2-4所得的Y轴倾斜角度拟合函数模型，得到Y轴倾斜角度；
步骤4、结合步骤3所得到的X轴倾斜角度对步骤1所得的X轴实际测量倾斜角度进行校正，及结合步骤3所得到的Y轴倾斜角度对步骤1所得的Y轴实际测量倾斜角度进行校正。
进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤2-2直线拟合法为采用零点求平均平移曲线的方法进行曲线拟合。
进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤2-4还包括对X轴和Y轴倾斜角度拟合函数模型进行二次拟合步骤。
进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤2-1由设定的两组步进值获得两组X轴倾斜角度值和Y轴倾斜角度值。
进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤1采用倾角传感器获得倾角支点在X轴和Y轴上的实际测量倾斜角度。
本发明采用上述技术方案，能产生如下技术效果：
（1）、本发明所采用的用于倾角支点的倾斜角度参数拟合方法，通过实际测量倾角支点获得X轴和Y轴上的实际测量倾斜角度，及构建倾角度参数拟合模型，并结合测量的数据代入模型，获得模型参数后得到X轴和Y轴倾斜角度拟合函数模型，然后将相应的数值代入所得模型得到倾斜角度，并结合得到轴倾斜角度对所得的实际测量倾斜角度进行校正，由拟合模型算出精准的倾斜角度，由此可以避免直接测量存在的误差，对其进行校正，通过此拟合方式，修正了直接测量的非线性度，使得基于测量的基础上结合拟合技术让倾斜角度达到很高的精度。由此，能够有效的解决现有的倾角支点在测量上精度不高，无法自动校正的问题，实现参数的拟合和校正。
（2）、进一步地，本方法在拟合过程中，结合直线拟合法为采用零点求平均平移曲线的方法进行曲线拟合，利用直线拟合方法的精准性，进一步提高方法的精准度。
附图说明
图1为本发明用于倾角支点的倾斜角度参数拟合方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的实施方式进行描述。
如图1所示，本发明设计了一种用于倾角支点的倾斜角度参数拟合方法，包括以下步骤：
步骤1、根据设定的步进值对倾角支点进行测量，获得X轴和Y轴上的实际测量倾斜角度；
步骤2、构建倾角度参数拟合模型，具体包括如下步骤：
步骤2-1、根据不同步进值对倾角支点在X轴上的倾斜角度进行测量，获得若干组X轴倾斜角度值；根据不同步进值对倾角支点在Y轴上的倾斜角度进行测量，获得若干组Y轴倾斜角度值；
步骤2-2、对所述若干组X轴和Y轴倾斜角度值分别采用直线拟合法进行拟合，获得X轴和Y轴的拟合数据；
步骤2-3、分别构建X轴和Y轴倾斜角度拟合函数模型，并将所得的X轴和Y轴的拟合数据分别代入拟合X轴和Y轴倾斜角度拟合函数模型，得到各模型的参数；
步骤2-4、根据步骤2-3所得的各模型参数，确定X轴和Y轴倾斜角度拟合函数模型；
步骤3、将步骤1所设定的步进值代入步骤2-4所得的X轴倾斜角度拟合函数模型，得到X轴倾斜角度；及步骤1所设定的步进值代入步骤2-4所得的Y轴倾斜角度拟合函数模型，得到Y轴倾斜角度；
步骤4、结合步骤3所得到的X轴倾斜角度对步骤1所得的X轴实际测量倾斜角度进行校正，及结合步骤3所得到的Y轴倾斜角度对步骤1所得的Y轴实际测量倾斜角度进行校正。
通过实际测量倾角支点获得X轴和Y轴上的实际测量倾斜角度，并结合得到轴倾斜角度对所得的实际测量倾斜角度进行校正，由拟合模型算出精准的倾斜角度，由此可以避免直接测量存在的误差，对其进行校正，通过此拟合方式，修正了直接测量的非线性度。
为了验证本发明的参数拟合方法能够实现倾角支点的倾斜角度的校正，以下列举一实施例进行说明，实施例如下：
 本实施例采用SCA100T型倾角传感器，SCA100T系列是基于3D MEMS的高精度双轴倾角传感器芯片，它提供了水平测量仪表级别的性能。双轴高精度倾角传感器芯片的传感元件在测量时需要与测量平台保持平行，并且传感器双轴需相互垂直。弱的温度依赖性、高分辨率、低噪声和健全的传感元件设计让SCA100T-D01、SCA100T-D02高精度双轴倾角传感器芯片成为水平测量仪器的不二选择。并且能承受高达20，000g的机械冲击力，由此可以很好的用于本方法中。利用SCA100T型倾角传感器测量倾角支点在设定步进值下的倾斜，获得X轴和Y轴上的实际测量倾斜角度。
   然后，构建倾角度参数拟合模型。构建的X轴倾斜角度拟合函数模型，即拟合模型是一条直线，其公式如下：
P=A+BX                              （1）
其中，P为步进值；A和B均为模型参数，X为X轴倾斜角度。
然后，把倾角支点固定在校位台上。校位台从-10°步进至+10°，步进值为0.2°。在步进一次时获得一个X轴倾斜角度。再将校位台设定为其他步进值，获得第二个X轴倾斜角度。由此，由设定的两组步进值获得两组X轴倾斜角度值。
对所述两组X轴倾斜角度值采用直线拟合法进行拟合，获得X轴的拟合数据。其中拟合数据是模型参数A和B的相关函数。
然后所得的X轴的拟合数据代入拟合X轴倾斜角度拟合函数模型，得到模型的参数数A和B的具体数值。由A和B的具体数值确定后，得到X轴倾斜角度拟合函数模型。
    同理，构建倾角度参数拟合模型。构建的Y轴倾斜角度拟合函数模型，即拟合模型是一条直线，其公式如下：
Q=C+BY                               （2）
其中，Q为步进值；C和D均为模型参数，Y为Y轴倾斜角度。
然后，把倾角支点固定在校位台上。校位台从-5°步进至+5°，步进值为0.2°。在步进一次时获得一个Y轴倾斜角度。再将校位台设定为其他步进值，获得第二个Y轴倾斜角度。由此，由设定的两组步进值获得两组Y轴倾斜角度值。
对所述两组Y轴倾斜角度值采用直线拟合法进行拟合，获得Y轴的拟合数据。其中拟合数据是模型参数C和D的相关函数。
然后所得的Y轴的拟合数据代入拟合Y轴倾斜角度拟合函数模型，得到模型的参数数C和D的具体数值。由C和D的具体数值确定后，得到Y轴倾斜角度拟合函数模型。
     为了进一步提高参数拟合的精准度，本发明方法还包括对确定的X轴和Y轴倾斜角度拟合函数模型进行二次拟合步骤。该二次拟合过程可以采用现有技术中已知的各种拟合方法进行二次拟合，获得二次拟合后的模型。由此，使得拟合模型得到的倾斜角度值与实际测量值之间的差的平方和最小，对于其中的最小值问题，可以采用梯度法中用负梯度方向作为优化的搜索方向。
    然后，将所设定的步进值代入所得的X轴倾斜角度拟合函数模型，得到X轴倾斜角度；及所设定的步进值代入所得的Y轴倾斜角度拟合函数模型，得到Y轴倾斜角度。
  最后，完成对比和校正。具体为：结合拟合模型下所得到的X轴倾斜角度对所得的X轴实际测量倾斜角度进行校正，当得到的X轴倾斜角度大于实际测量的倾斜角度时，选取其差值的平均数作为校正基数，增加到实际测量的倾斜角度上，获得最后校正的X轴倾斜角度输出。当得到的X轴倾斜角度小于实际测量的倾斜角度时，选取其差值的平均数作为校正基数，在实际测量的倾斜角度上减少该校正基数，获得最后校正的X轴倾斜角度输出。
 同理，对拟合模型下所得到的Y轴倾斜角度对所得的Y轴实际测量倾斜角度进行校正。当得到的Y轴倾斜角度大于实际测量的倾斜角度时，选取其差值的平均数作为校正基数，增加到实际测量的倾斜角度上，获得最后校正的Y轴倾斜角度输出。当得到的Y轴倾斜角度小于实际测量的倾斜角度时，选取其差值的平均数作为校正基数，在实际测量的倾斜角度上减少该校正基数，获得最后校正的Y轴倾斜角度输出。
综上，本发明所采用的用于倾角支点的倾斜角度参数拟合方法，由拟合模型算出精准的倾斜角度，由此可以避免直接测量存在的误差，对其进行校正，通过此拟合方式，修正了直接测量的非线性度，使得基于测量的基础上结合拟合技术让倾斜角度达到很高的精度。由此，能够有效的解决现有的倾角支点在测量上精度不高，无法自动校正的问题，实现参数的拟合和校正。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (5)

1.一种用于倾角支点的倾斜角度参数拟合方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、根据设定的步进值对倾角支点进行测量，获得X轴和Y轴上的实际测量倾斜角度；
步骤2、构建倾角度参数拟合模型，具体包括如下步骤：
步骤2-1、根据不同步进值对倾角支点在X轴上的倾斜角度进行测量，获得若干组X轴倾斜角度值；根据不同步进值对倾角支点在Y轴上的倾斜角度进行测量，获得若干组Y轴倾斜角度值；
步骤2-2、对所述若干组X轴和Y轴倾斜角度值分别采用直线拟合法进行拟合，获得X轴和Y轴的拟合数据；
步骤2-3、分别构建X轴和Y轴倾斜角度拟合函数模型，并将所得的X轴和Y轴的拟合数据分别代入拟合X轴和Y轴倾斜角度拟合函数模型，得到各模型的参数；
步骤2-4、根据步骤2-3所得的各模型参数，确定X轴和Y轴倾斜角度拟合函数模型；
步骤3、将步骤1所设定的步进值代入步骤2-4所得的X轴倾斜角度拟合函数模型，得到X轴倾斜角度；及步骤1所设定的步进值代入步骤2-4所得的Y轴倾斜角度拟合函数模型，得到Y轴倾斜角度；
步骤4、结合步骤3所得到的X轴倾斜角度对步骤1所得的X轴实际测量倾斜角度进行校正，及结合步骤3所得到的Y轴倾斜角度对步骤1所得的Y轴实际测量倾斜角度进行校正。
2. 根据权利要求1所述用于倾角支点的倾斜角度参数拟合方法，其特征在于：所述步骤2-2直线拟合法为采用零点求平均平移曲线的方法进行曲线拟合。
3. 根据权利要求1所述用于倾角支点的倾斜角度参数拟合方法，其特征在于：所述步骤2-4还包括对X轴和Y轴倾斜角度拟合函数模型进行二次拟合步骤。
4. 根据权利要求1所述用于倾角支点的倾斜角度参数拟合方法，其特征在于：所述步骤2-1由设定的两组步进值获得两组X轴倾斜角度值和Y轴倾斜角度值。
5. 根据权利要求1所述用于倾角支点的倾斜角度参数拟合方法，其特征在于：所述步骤1采用倾角传感器获得倾角支点在X轴和Y轴上的实际测量倾斜角度。
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