專利名稱：一種變值系統(tǒng)誤差檢測系統(tǒng)及其檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于測量數(shù)據(jù)分析和處理領(lǐng)域，涉及測量數(shù)據(jù)的系統(tǒng)誤差處理方法，具體涉及一 種變值系統(tǒng)誤差檢測技術(shù)。
肖 i & *
測量的目的是獲得被測量的真值。真值以一定時空條件而客觀存在，具有不可知性。測 量誤差描述了測量示值與被測量真值間的差別。所有測量結(jié)果都帶有誤差。
按誤差性質(zhì)分，可以將誤差分為系統(tǒng)誤差、隨機誤差和粗大誤差三種。系統(tǒng)誤差是指在 相同的觀測條件下測量同一量時，誤差的絕對值和符號保持恒定，或在條件改變時按確定規(guī) 律而變化。在多次重復(fù)測量同一量時，系統(tǒng)誤差不具有抵償性。對于系統(tǒng)誤差，處理方法是 盡量找出系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的根源，然后釆取相應(yīng)的措施盡量減小或消除系統(tǒng)誤差。系統(tǒng)誤差一 般可以歸結(jié)為若干個因素的函數(shù)。測量條件已經(jīng)確定，系統(tǒng)誤差就獲得了一個客觀上的恒定 值，在測量條件發(fā)生變化時，系統(tǒng)誤差一般是變化的，它的變化特點可以是累進式的、周期 性的或按復(fù)雜規(guī)律變化的。系統(tǒng)誤差一般分為恒值誤差和變值誤差兩類，恒值誤差可以通過 校準、修正、實驗比對法進行處理，但變值系統(tǒng)誤差一般很難進行檢測和處理。隨機誤差是 指在相同測量條件下多次測量同一量時，誤差的絕對值和符號以不可預(yù)定的方式變化的誤差, 隨機誤差具有抵償性，可以通過對多次測量值取平均的方法進行處理。粗大誤差是超出規(guī)定 條件下預(yù)期的誤差，也就是說明顯偏離測量結(jié)果，含有粗大誤差的數(shù)據(jù)應(yīng)剔除不用。
對于測量數(shù)據(jù)，往往是系統(tǒng)誤差、隨機誤差和粗大誤差組合在一起，無法具體分辨是否 存在變值系統(tǒng)誤差，也就無法進行后期處理，因此變值系統(tǒng)誤差對于測量結(jié)果的影響目前還 沒有很好的處理方法，尤其是當(dāng)隨機誤差較大時，變值系統(tǒng)誤差就更不容易被發(fā)現(xiàn)。
而從測量數(shù)據(jù)處理的角度看，存在變值系統(tǒng)誤差的測量數(shù)據(jù)原則上應(yīng)舍棄不用，但是當(dāng) 雖然存在變值系統(tǒng)誤差，但殘差的最大值明顯地小于測量允許的誤差范圍或儀器規(guī)定的系統(tǒng)
誤差范圍，則測量數(shù)據(jù)可以考慮使用；若繼續(xù)測量，則需密切注意變值系統(tǒng)誤差的情況。
系統(tǒng)誤差的處理方法一般是釆用實驗對比法，用來發(fā)現(xiàn)固定的系統(tǒng)誤差，釆用殘余誤差 觀察法判斷有無變化的系統(tǒng)i吳差，即變值系統(tǒng)誤差，另外還采用準則判斷方法檢測變值系統(tǒng) 誤差，如釆用馬利科夫和阿卑一赫梅特判據(jù)分別對累進性系統(tǒng)誤差和周期性系統(tǒng)誤差進行檢 測，這兩種方法都是基于統(tǒng)計學(xué)的方法，需要知道數(shù)據(jù)的分布，并對數(shù)據(jù)的方差進行估計。
實際上可以把測量數(shù)據(jù)看成是時間序列，那么對于測量數(shù)據(jù)的誤差分析過程可以釆用時 間序列的一些分析方法來解決，從而可以釆用多種方法來實現(xiàn)系統(tǒng)誤差尤其是變值系統(tǒng)誤差的檢驗，從而為測量數(shù)據(jù)的誤差分析提供基礎(chǔ)和依據(jù)。
時間序列表征的是對同一參數(shù)在不同的時間重復(fù)測量得到的值的序列，對于測量系統(tǒng)來 說，可以是對同一參數(shù)在同一測量條件或者不同的測量條件下進行多次測量后得到的數(shù)值集 合。時間序列需要對序列的趨勢項、周期性、隨機性進行分析，并提供了一些成熟的處理方 法，如確定趨勢曲線的典型方法有加權(quán)移動平均法和最小二乘方法，確定周期性的周期圖和 最大熵方法，這些方法為變值系統(tǒng)誤差的檢測提供了依據(jù)，尤其是趨勢項和周期性的分析方 法可以應(yīng)用到累進性系統(tǒng)誤差和周期性系統(tǒng)誤差的分析過程中，為變值系統(tǒng)誤差的檢測提供
豐富的手段；伹是，目前還沒有專門用于變值系統(tǒng)誤差檢測的系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種變值系統(tǒng)誤差檢測系統(tǒng)及其檢測方法，對于特定參數(shù)的多次測 量數(shù)據(jù)，可以把它等效為時間序列，該時間序列可以包括趨勢項、周期項和隨機項。對于測 量過程而言，在相同的測量條件下對同一參數(shù)進行多次測量過程，或者在不同的測量條件下 對同一參數(shù)進行測量，其趨勢項主要體現(xiàn)在累進性系統(tǒng)誤差方面，而周期項則體現(xiàn)在周期性 系統(tǒng)誤差方面，因此可以把時間序列分析的檢測手段用于變值系統(tǒng)誤差的處理。
本發(fā)明涉及到的變值系統(tǒng)誤差檢測系統(tǒng)由數(shù)據(jù)獲取模塊、測量數(shù)據(jù)庫模塊、檢測方法選 擇模塊、檢測過程分析模塊、報告輸出模塊和檢測結(jié)果顯示模塊組成，同時用戶可以與系統(tǒng) 進行交互。其中數(shù)據(jù)獲取模塊負責(zé)從測量設(shè)備中直接獲取測量數(shù)據(jù)，并將獲取的數(shù)據(jù)存入到 測量數(shù)據(jù)庫模塊中；檢測方法選擇模塊與用戶進行交互，由用戶選擇進行檢測的系統(tǒng)誤差類 型和相應(yīng)的檢測方法；檢測過程分析模塊根據(jù)用戶選擇的方法對相應(yīng)的數(shù)據(jù)進行誤差分析， 最終的變值系統(tǒng)誤差檢測過程和結(jié)果由報告輸出模塊和檢測結(jié)果顯示模塊顯示給用戶。
本發(fā)明涉及到的變值系統(tǒng)誤差檢測方法包括兩部分。對于累進性系統(tǒng)誤差，其特點是可 以從數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)它的趨勢，因此可以釆用趨勢項檢驗的方法進行處理，在本發(fā)明中采用二次 函數(shù)擬合原始數(shù)據(jù)的方法來觀察數(shù)據(jù)的發(fā)展變化趨勢，從而檢測出其趨勢項。對于周期性系 統(tǒng)誤差，可以采用周期圖、最大熵的檢測方法進行，本發(fā)明中釆用周期圖的方法進行處理。
本發(fā)明的優(yōu)點在于
(1) 不需要考慮測量過程中隨機誤差的影響；
(2) 不需要考慮測量數(shù)據(jù)的分布情況；
(3) 本發(fā)明中所采用的處理方法具有通用性，適用于目前各種類型的測量數(shù)據(jù)；
(4) 利用本發(fā)明中涉及到的變值系統(tǒng)誤差檢測方法研制的系統(tǒng)，可以自動處理各種測量 數(shù)據(jù)，無需人工計算，同時具有擴展性。
8


圖l是本發(fā)明變值系統(tǒng)誤差檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖； 圖2是本發(fā)明變值系統(tǒng)誤差檢測方法流程圖； 圖3是本發(fā)B;累進性系統(tǒng)誤差的檢測方法流程圖； 圖4是本發(fā)明周期性系統(tǒng)誤差的檢測方法流程圖。
圖中 l.數(shù)據(jù)獲取模塊 2.測量數(shù)據(jù)庫模塊 3.檢測方法選擇模塊
4.用戶 5.檢測過程分析模塊 6.報告輸出模塊 7.檢測結(jié)果顯示模塊
具體實施例方式
下面將結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
本發(fā)明是一種變值系統(tǒng)誤差檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括數(shù)據(jù)獲取模塊1、 測量數(shù)據(jù)庫模塊2、檢測方法選擇模塊3、檢測過程分析模塊5、報告輸出模塊6和檢測結(jié) 果顯示模塊7，用戶4與其中的檢測方法選擇模塊3、報告輸出模塊6和檢測結(jié)果顯示模塊 7進行交互。其中數(shù)據(jù)獲取模塊1與測量數(shù)據(jù)庫模塊2連接，并向測量數(shù)據(jù)庫模塊2發(fā)送數(shù) 據(jù)；測量數(shù)據(jù)庫模塊2與檢測方法選擇模塊3連接，并向檢測方法選擇模塊3發(fā)送數(shù)據(jù)；檢 測方法選擇模塊3與檢測過程分析模塊5進行連接，并向檢測過程分析纟莫塊5發(fā)送數(shù)據(jù)；檢 測過程分析模塊5與報告輸出模塊6進行連接，并向報告輸出模塊6發(fā)送數(shù)據(jù)；報告輸出模 塊6與檢測結(jié)果顯示模塊7進行連接，并向檢測結(jié)果顯示模塊7發(fā)送數(shù)據(jù)；用戶4分別與檢 測方法選擇模塊3、報告輸出模塊6和檢測結(jié)果顯示模塊7進行連接，并分別向檢測方法選 擇模塊3、報告輸出模塊6和檢測結(jié)果顯示模塊7發(fā)送數(shù)據(jù)，同時檢測方法選擇模塊3、報 告輸出模塊6和檢測結(jié)果顯示模塊7均與用戶4進行連接，并向用戶4發(fā)送數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)獲取模塊1是本發(fā)明檢測系統(tǒng)與目前各種采集系統(tǒng)的接口。數(shù)據(jù)獲取模塊1主要完 成測量數(shù)據(jù)的讀取，可以通過各種程控儀器的端口獲取數(shù)據(jù)，并將翻量數(shù)據(jù)發(fā)送給測量數(shù)據(jù) 庫模塊2。
測量數(shù)據(jù)庫模塊2將從數(shù)據(jù)獲取模塊1得到的數(shù)據(jù)按照設(shè)計好的數(shù)據(jù)庫格式存儲到相應(yīng) 的數(shù)據(jù)庫表中，所有的測量數(shù)據(jù)都可以采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫纟莫塊結(jié)構(gòu)。測量數(shù)據(jù)包括測量數(shù)據(jù) 的基本信息和測量數(shù)據(jù)的具體數(shù)值信息。測量數(shù)據(jù)的基本信息包括釆集系統(tǒng)的名稱、釆集參 數(shù)的名稱和標號，測量數(shù)據(jù)的具體數(shù)值信息包括測量的次數(shù)和相應(yīng)的測量結(jié)果，其通過標號 與釆集參數(shù)關(guān)聯(lián)。
9檢測方法選擇模塊3通過與用戶4進行交互，確定需要檢測的變值系統(tǒng)誤差類型，用戶 4可以選擇檢測累進性系統(tǒng)誤差，也可以選擇檢測周期性系統(tǒng)誤差。
如果選擇累進性系統(tǒng)誤差，檢測方法選擇模塊3提供二次函數(shù)擬合原始數(shù)據(jù)的方法，同 時也提供傳統(tǒng)的馬利科夫判據(jù)的方法。馬利科夫判據(jù)是傳統(tǒng)的累進性系統(tǒng)誤差判斷方法，其 基本思想是將測量的殘差按時間順序排列，然后把殘差分成兩部分并求其差值，當(dāng)前后兩部 分的差值明顯不同時，可以認為系統(tǒng)中存在累進性系統(tǒng)i吳差。本發(fā)明涉及的基于二次函數(shù)擬 和原始數(shù)據(jù)的方法將在下面進行介紹。
如果選擇檢測周期性系統(tǒng)誤差，檢測方法選擇纟莫塊3提供周期圖的方法，同時也提供傳
統(tǒng)的阿卑-赫梅特判據(jù)的方法。阿卑-赫梅特判據(jù)是按順序把殘差兩兩相乘，然后取和的絕對 值，并求出測量數(shù)據(jù)的方差，如果滿足l^,^
>V^Ttr2，那么認為存在周期性系統(tǒng)誤差，
式中"是測量次數(shù)，hl，2…"-1， u,代表第z'次測量數(shù)據(jù)的殘差，4+1代表第;+ 1次測量數(shù)據(jù)
的殘差，"2是測量數(shù)據(jù)的方差。本發(fā)明涉及的基于周期圖的方法將在下面進行介紹。
檢測過程分析模塊5根據(jù)用戶4選擇的檢測方法，將相應(yīng)的處理過程以數(shù)據(jù)或者曲線的
方式進行記錄，為報告輸出模塊6提供數(shù)據(jù)。
報告輸出模塊6將系統(tǒng)檢測的過程和結(jié)果以報告的形式進行輸出，報告的內(nèi)容包括具體
的過程和最終的檢測結(jié)果，報告的格式可以根據(jù)不同用戶的需求進行界定。
檢測結(jié)果顯示模塊7將具體數(shù)據(jù)的分析結(jié)果顯示給用戶，為用戶提供直觀的了解，便于
用戶對結(jié)果進行核實。
本發(fā)明方法的具體實施過程如圖2所示，具體過程如下
步驟一測量數(shù)據(jù)獲取
測量數(shù)據(jù)獲取是得到測量數(shù)據(jù)的環(huán)節(jié)，這部分工作主要是由數(shù)據(jù)獲取模塊1完成的。這 些測量數(shù)據(jù)可以是對同一參數(shù)進行多次測量后得到的數(shù)據(jù)，也可以是在不同的測量條件下對 同一參數(shù)進行多次測量的數(shù)據(jù)。對于變值系統(tǒng)誤差檢測系統(tǒng)，上述兩種數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)獲取模塊 1的接口是一致的，不需區(qū)分是上述哪種情況的數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)獲取+莫塊1將這些數(shù)據(jù)存儲到測 量數(shù)據(jù)庫模塊2,存儲結(jié)構(gòu)也是一致的，均包括測量數(shù)據(jù)的基本信息和測量數(shù)據(jù)的具體數(shù)值 信息。
步驟二檢測內(nèi)容選擇
檢測內(nèi)容選擇需要與用戶4進行交互，由用戶4根據(jù)測量數(shù)據(jù)的特點和實際需求，選擇需要進行檢測的變值系統(tǒng)誤差類型。用戶4可以選擇進行累進性系統(tǒng)誤差的檢測，也可以選 擇進行周期性系統(tǒng)誤差的檢測，也可以同時選擇兩者。如果用戶4選擇既檢測累進性系統(tǒng)誤 差，也檢測周期性系統(tǒng)誤差，那么系統(tǒng)自動按照先檢測累進性系統(tǒng)誤差、再檢測周期性系統(tǒng) 誤差的順序進行工作。這部分的工作體現(xiàn)在檢測方法選擇^莫塊3的初始環(huán)節(jié)。 步驟三檢測方法選擇
這部分工作是檢測方法選擇模塊3的核心內(nèi)容。
如果用戶4在步驟二中選擇進行累進性系統(tǒng)誤差的檢測，那么檢測方法中提供最小二乘 擬合原始數(shù)據(jù)以及馬利科夫判據(jù)的方法。如果用戶對此次測量數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)其中隨機誤差 影響很小，或者知道數(shù)據(jù)的分布，那么可以選擇這兩種方法中的任何一種方法；如果用戶對 此次測量數(shù)據(jù)沒有了解，那么最好選用最小二乘擬合原始數(shù)據(jù)的方法。
如果用戶在步驟二中選擇進行周期性系統(tǒng)誤差的檢測，那么檢測方法中提供基于周期圖 的方法和阿卑-赫梅特判據(jù)的方法。如果用戶對此次測量數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)其中隨機誤差影響很 小，或者知道數(shù)據(jù)的分布，那么可以選擇這兩種方法中的任^T一種方法；如果用戶對此次測 量數(shù)據(jù)沒有了解，那么最好選用周期圖的方法。
步驟四檢測過程分析
根據(jù)用戶選擇的檢測方法不同，將相應(yīng)的檢測方法和判斷依據(jù)以數(shù)據(jù)和曲線的方式進行 描述，便于用戶進行檢測過程的分析，這部分提供給用戶感官的信息，可以增加結(jié)果處理的 準確性。
步驟五檢測結(jié)果顯示
將最終的檢測結(jié)果以報告或圖形界面的形式顯示出來，報告的內(nèi)容包括具體的過程和最 終的檢測結(jié)果，報告的格式可以根據(jù)不同用戶的需求進行界定。
本發(fā)明具體涉及到的一種累進性系統(tǒng)誤差檢測方法是通過二次函數(shù)擬合原始數(shù)據(jù)的方法 來觀察數(shù)據(jù)的發(fā)展變化趨勢。具體過程如圖3所示
步驟3.1.1:輸入測量數(shù)據(jù)
測量數(shù)據(jù)來源于實際的測量系統(tǒng)，測量數(shù)據(jù)描述了對同一參數(shù)進行多次測量的信息，測 量數(shù)據(jù)的測量次數(shù)為iV,對該測量數(shù)據(jù)測量iV次，得到W個數(shù)值。 步驟3.1.2:構(gòu)建建模函數(shù)
建模函數(shù)一般選用多項式的描述形式，針對測量數(shù)據(jù)的測點， 一般情況下選取一元二次多項式，如下式所示
x = W2+& + C, a，6，c是多項式的系數(shù)，f是自變量，f-l，2,…W， jc描述與f對應(yīng)的測
量數(shù)據(jù)的擬合數(shù)值。
步驟3.1.3:最小二乘求解模型系數(shù)
根據(jù)最小二乘的原理，使誤差的平方和最小。因此對于本發(fā)明的具體應(yīng)用來說，是選擇 參數(shù)"，6,c,使得|>,-(^2+^ + 。)2達到最小，iV代表測量數(shù)據(jù)的測量次數(shù)，x,表示自變
量為f時對應(yīng)的測量數(shù)據(jù)，/ = 1，2—〃。這里設(shè)"=("6 cf,X-(j^ ;c^ ... ;c,)，Z表
示測量數(shù)據(jù)的矩陣，y = 1… 1
，y是構(gòu)建模型的轉(zhuǎn)換矩陣，該矩陣中^-l,…^-iV
求矩陣方程組"^T-Y得最小二乘，可得
于是就得到了"的最小二乘估計值^ = ("二 4 4)，其中二 4 二分別是模型的
、 乂
系數(shù)a,6，c的估計值。
步驟3.1.4:由模型系數(shù)判斷測量數(shù)據(jù)變化趨勢
根據(jù)模型的系數(shù)",6,c可以得到測量數(shù)據(jù)的趨勢信息，可以通過求得的系數(shù)",6,c，得到 數(shù)據(jù)的確定的函數(shù)關(guān)系，也就得到了數(shù)據(jù)的變化趨勢，可以通過系數(shù)分析和曲線顯示的方式 進行觀察。
步驟3.1.5:累迸性系統(tǒng)誤差檢測
由于測量數(shù)據(jù)是對同一參數(shù)進行的多次測量，因此如果根據(jù)模型的系數(shù)發(fā)現(xiàn)了測量數(shù)據(jù) 的趨勢信息，那么其趨勢體現(xiàn)了累進性系統(tǒng)誤差的特性，也就達到了檢測累進性系統(tǒng)誤差的 目的；如果沒有發(fā)現(xiàn)趨勢信息，那么說明該測量數(shù)據(jù)沒有累進性系統(tǒng)誤差。
本發(fā)明具體涉及到的一種周期性系統(tǒng)誤差的檢測方法是周期圖，其基本思想是頻域分析
的思想，將序列的功率譜分解為不同諧波的疊加。如果存在某一諧波的幅值足夠大，就可以 近似地認為它接近于序列的隱周期頻率，周期圖的優(yōu)點是能應(yīng)用離散傅里葉變換的快速算法 來進行估值。利用周期圖檢測周期性系統(tǒng)誤差的方法基本實現(xiàn)流程如圖4所示 步驟3.2.1:輸入測量數(shù)據(jù)
測量數(shù)據(jù)來源于實際的測量系統(tǒng)，測量數(shù)據(jù)描述了對同一參數(shù)迸行多次測量的信息。步驟3.2.2:測量數(shù)據(jù)的離散傅里葉變換
對測量數(shù)據(jù)進行離散傅里葉變換，在實際應(yīng)用中可以釆用快速傅里葉變換。 步驟3.2.3:周期圖計算
利用步驟3.2.2得到的測量數(shù)據(jù)的離散傅里葉變換，求取該離散傅里葉變換的模值，并 將模值的平方除以測量數(shù)據(jù)的長度，得到測量數(shù)據(jù)的周期圖，其中測量數(shù)據(jù)的長度等于測量 數(shù)據(jù)的測量次數(shù)iV 。由于測量數(shù)據(jù)的離散傅里葉變換具有周期性，因而其功率譜也具有周期
性，常稱為周期圖。利用這種方法從大量的數(shù)據(jù)中尋找隱藏的周期性的規(guī)律。周期圖是信號 功率譜的一個有偏估值。
步驟3.2.4:尋找周期圖峰值
在周期圖中尋找峰值點，如果找到了峰值點，意味著測量數(shù)據(jù)中存在周期；如果沒有找 到峰值點，意味著測量數(shù)據(jù)中沒有周期。 步驟3.2.5:峰值檢驗
周期圖的估計精度不夠高有可能會存在虛假的譜峰，出現(xiàn)虛假的周期項。例如周期圖上 出現(xiàn)兩個離得比較近的譜峰，但這一般是不符合測量參數(shù)實際情況的。因此在得到周期圖后， 需要對峰值進行假設(shè)檢驗。
建立零假設(shè)/Z。不存在隱周期。統(tǒng)計學(xué)家Grenander和Rosenblatt推導(dǎo)出Z/。條件下
假設(shè)檢驗統(tǒng)計量g(O，表示為
乂=1
/(0是周期圖的第〃個峰值，W為數(shù)據(jù)點長度。 g(O的概率分布由下式給出<formula>formula see original document page 13</formula>
利用該概率分布可以檢驗在給定〃時H。假設(shè)是否成立，檢驗測量數(shù)據(jù)中是否有r個周期
項。不同顯著性水平a下，不同參數(shù)"w所對應(yīng)的z值可以通過査表的方式進行査找，一
般的數(shù)理統(tǒng)計書中會給出顯著性水平"為0.01和0.05情況下同"W所對應(yīng)的Z值。在實 際應(yīng)用中，可以先取〃 =1時的2,接受所有峰值大于該值者，如果從第/峰值起，/為大于1 的正整數(shù)，其峰值小于該Z值，則取r"時的Z值，接受比這個新值大的所有峰值；然后取峰值不滿足該Z值要求的新的r值，并按此值的新的Z值, 一直到新的Z值比被檢驗的g(r)值 大為止，所有峰值小于Z的峰值在這個顯著性水平上都被拒絕了，因此就檢測到了r個周期 項。
步驟3.2.6:周期性系統(tǒng)誤差檢測
由于測量數(shù)據(jù)是對同一參數(shù)進行的多次測量，因此如果根據(jù)模型的系數(shù)發(fā)現(xiàn)了測量數(shù)據(jù) 的周期性信息，那么其周期性體現(xiàn)了周期性系統(tǒng)誤差的特性，也就達到了檢測周期性系統(tǒng)誤 差的目的；如果沒有發(fā)現(xiàn)周期性信息，那么說明該測量數(shù)據(jù)沒有周期性系統(tǒng)誤差。
權(quán)利要求
1、一種變值系統(tǒng)誤差檢測系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)獲取模塊(1)、測量數(shù)據(jù)庫模塊(2)、檢測方法選擇模塊(3)、檢測過程分析模塊(5)、報告輸出模塊(6)和檢測結(jié)果顯示模塊(7)，用戶(4)與該系統(tǒng)中的檢測方法選擇模塊(3)、報告輸出模塊(6)和檢測結(jié)果顯示模塊(7)進行交互；其中數(shù)據(jù)獲取模塊(1)與測量數(shù)據(jù)庫模塊(2)連接，并向測量數(shù)據(jù)庫模塊(2)發(fā)送數(shù)據(jù)；測量數(shù)據(jù)庫模塊(2)與檢測方法選擇模塊(3)連接，并向檢測方法選擇模塊(3)發(fā)送數(shù)據(jù)；檢測方法選擇模塊(3)與檢測過程分析模塊(5)進行連接，并向檢測過程分析模塊(5)發(fā)送數(shù)據(jù)；檢測過程分析模塊(5)與報告輸出模塊(6)進行連接，并向報告輸出模塊(6)發(fā)送數(shù)據(jù)；報告輸出模塊(6)與檢測結(jié)果顯示模塊(7)進行連接，并向檢測結(jié)果顯示模塊(7)發(fā)送數(shù)據(jù)；用戶(4)分別與檢測方法選擇模塊(3)、報告輸出模塊(6)和檢測結(jié)果顯示模塊(7)進行連接，并分別向檢測方法選擇模塊(3)、報告輸出模塊(6)和檢測結(jié)果顯示模塊(7)發(fā)送數(shù)據(jù)，同時檢測方法選擇模塊(3)、報告輸出模塊(6)和檢測結(jié)果顯示模塊(7)均與用戶(4)進行連接，并向用戶(4)發(fā)送數(shù)據(jù)；其中數(shù)據(jù)獲取模塊(1)是該檢測系統(tǒng)與目前各種采集系統(tǒng)的接口；數(shù)據(jù)獲取模塊(1)主要完成測量數(shù)據(jù)的讀取，通過各種程控儀器的端口獲取數(shù)據(jù)，并將測量數(shù)據(jù)發(fā)送給測量數(shù)據(jù)庫模塊(2)；測量數(shù)據(jù)庫模塊(2)將從數(shù)據(jù)獲取模塊(1)得到的數(shù)據(jù)按照設(shè)計好的數(shù)據(jù)庫格式存儲到相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫表中，所有的測量數(shù)據(jù)都采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫模塊結(jié)構(gòu)；測量數(shù)據(jù)包括測量數(shù)據(jù)的基本信息和測量數(shù)據(jù)的具體數(shù)值信息；測量數(shù)據(jù)的基本信息包括采集系統(tǒng)的名稱、采集參數(shù)的名稱和標號，測量數(shù)據(jù)的具體數(shù)值信息包括測量的次數(shù)和相應(yīng)的測量結(jié)果，其通過標號與采集參數(shù)關(guān)聯(lián)；檢測過程分析模塊(5)根據(jù)用戶(4)選擇的檢測方法，將相應(yīng)的處理過程以數(shù)據(jù)或者曲線的方式進行記錄，為報告輸出模塊(6)提供數(shù)據(jù)；報告輸出模塊(6)將系統(tǒng)檢測的過程和結(jié)果以報告的形式進行輸出，報告的內(nèi)容包括具體的過程和最終的檢測結(jié)果，報告的格式根據(jù)不同用戶的需求進行界定；檢測結(jié)果顯示模塊(7)將具體數(shù)據(jù)的分析結(jié)果顯示給用戶。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種變值系統(tǒng)誤差檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述的檢測方法選擇模塊(3)通過與用戶(4)進行交互，確定需要檢測的變值系統(tǒng)誤差類型，用戶.(4)選擇 檢測累進性系統(tǒng)誤差，或選擇檢測周期性系統(tǒng)誤差；如果選擇累進性系統(tǒng)誤差，檢測方法選 擇模塊(3)提供二次函數(shù)擬合原始數(shù)據(jù)的方法，同時也提供傳統(tǒng)的馬利科夫判據(jù)的方法；如 果選擇檢測周期性系統(tǒng)誤差，檢測方法選擇模塊(3)提供周期圖的方法，同時也提供傳統(tǒng)的 阿卑-赫梅特判據(jù)的方法。
3、 一種變值系統(tǒng)誤差檢測方法，其特征在于，該方法包括如下步驟 步驟一測量數(shù)據(jù)獲取測量數(shù)據(jù)獲取是f導(dǎo)到測量數(shù)據(jù)的環(huán)節(jié)，這部分工作主要是由數(shù)據(jù)獲取模塊(l)完成的；這些測量數(shù)據(jù)是對同一參數(shù)進行多次測量后得到的數(shù)據(jù)，或者是在不同的測量條件下對同一參數(shù)進行多次測量的數(shù)據(jù)；對于變值系統(tǒng)誤差檢測系統(tǒng)，上述兩種數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)獲取模塊(l) 的接口是一致的，不需區(qū)分是上述哪種情況的數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)獲取+莫塊(1)將這些數(shù)據(jù)存儲到測 量數(shù)據(jù)庫模塊(2)，存儲結(jié)構(gòu)也是一致的，均包括測量數(shù)據(jù)的基本信息和測量數(shù)據(jù)的具體數(shù) 值信息；步驟二檢測內(nèi)容選擇檢測內(nèi)容選擇需要與用戶(4)進行交互，由用戶(4)根據(jù)測量數(shù)據(jù)的特點和實際需求， 選擇進行檢測的變值系統(tǒng)誤差類型；用戶(4)選擇進行累進性系統(tǒng)誤差的檢測，或者選擇進 行周期性系統(tǒng)誤差的檢測，或者同時選擇兩者；如果用戶(4)選擇既檢測累進性系統(tǒng)誤差， 也檢測周期性系統(tǒng)i吳差，那么系統(tǒng)自動按照先檢測累進性系統(tǒng)i吳差、再檢測周期性系統(tǒng)i吳差 的順序進行工作；這部分的工作體現(xiàn)在檢測方法選擇模塊(3)的初始環(huán)節(jié)；步驟三檢測方法選擇如果用戶(4)在步驟二中選擇進行累進性系統(tǒng)誤差的檢測，那么檢測方法中提供最小二乘擬合原始數(shù)據(jù)以及馬利科夫判據(jù)的方法；如果用戶對此次測量數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)其中隨機誤 差影響很小，或者知道數(shù)據(jù)的分布，那么選擇這兩種方法中的任何一種方法；如果用戶對此 次測量數(shù)據(jù)沒有了解，那么選用最小二乘擬合原始數(shù)據(jù)的方法；如果用戶在步驟二中選擇進行周期性系統(tǒng)誤差的檢測，那么檢測方法中提供基于周期圖 的方法和阿卑-赫梅特判據(jù)的方法；如果用戶對此次測量數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)其中隨機誤差影響很 小，或者知道數(shù)據(jù)的分布，那么選擇這兩種方法中的任何一種方法；如果用戶對此次測量數(shù) 據(jù)沒有了解，那么選用周期圖的方法；步驟四檢測過程分析根據(jù)用戶選擇的檢測方法不同，將相應(yīng)的檢測方法和判斷依據(jù)以數(shù)據(jù)和曲線的方式進行 描述，便于用戶進行檢測過程的分析，這部分提供給用戶感官的信息，增加結(jié)果處理的準確性；步驟五檢測結(jié)果顯示將最終的檢測結(jié)果以報告或圖形界面的形式顯示出來，報告的內(nèi)容包括具體的過程和最 終的檢測結(jié)果，報告的格式根據(jù)不同用戶的需求進行界定。
4、根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種變值系統(tǒng)誤差檢測方法，其特征在于，步驟三中所述最小二乘擬合原始數(shù)據(jù)的累進性系統(tǒng)誤差的檢測方法包括如下步驟 步驟3.1.1:輸入測量數(shù)據(jù)測量數(shù)據(jù)來源于實際的測量系統(tǒng)，測量數(shù)據(jù)描述了對同一參數(shù)進行多次測量的信息，測 量數(shù)據(jù)的測量次數(shù)為iV，對該測量數(shù)據(jù)測量iV次，得到W個數(shù)值； 步驟3.1.2:構(gòu)建建模函數(shù)建模函數(shù)一般選用多項式的描述形式，針對測量數(shù)據(jù)的測點， 一般情況下選取一元二次 多項式，如下式所示x = W2+^ + c， a,6，c是多項式的系數(shù)，/是自變量，f-l，2，…iV, x描述與f對應(yīng)的測量數(shù)據(jù)的擬合數(shù)值；步驟3.1.3:最小二乘求解模型系數(shù)選擇參數(shù)a,6，c ，使得f(:c, -(a/2 +^ + c))2達到最小；其中W代表測量數(shù)據(jù)的測量次數(shù)，A表示自變量為f時對應(yīng)的測量數(shù)據(jù)，Ml,2…iV; 設(shè)"=("6 cf ，義=( ；Cw-, ... X表示測量數(shù)據(jù)的矩陣，r =f w… 6~…6 Ll … 1y是構(gòu)建模型的轉(zhuǎn)換矩陣，該矩陣中^=1,-~=^;求矩陣方程組"^=義得最小二乘，得 到 = (yr:r)—Vz于是得到"的最小二乘估計值；-f;工4),其中;4 4分別是模型的系數(shù)V 乂a,6，c的估計值；步驟3.1.4:由+莫型系數(shù)判斷測量數(shù)據(jù)變化趨勢根據(jù)模型的系數(shù)"，6,c得到測量數(shù)據(jù)的趨勢信息，通過求得的系數(shù)a,6,c,得到數(shù)據(jù)的確 定的函數(shù)關(guān)系，也就得到數(shù)據(jù)的變化趨勢，通過系數(shù)分析和曲線顯示的方式進行觀察； 步驟3.1.5:累進性系統(tǒng)誤差檢測如果根據(jù)模型的系數(shù)發(fā)現(xiàn)了測量數(shù)據(jù)的趨勢信息，那么其趨勢體現(xiàn)了累進性系統(tǒng)誤差的餘性，也就達到了檢測累進性系統(tǒng)誤差的目的；如果沒有發(fā)現(xiàn)趨勢信息，那么說明該測量數(shù)據(jù)沒有累進性系統(tǒng)誤差。
5、根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種變值系統(tǒng)誤差檢測方法，其特征在于，步驟三中所述周期圖 的周期性系統(tǒng)誤差的檢測方法包括如下步驟 步驟3.2.1:輸入測量數(shù)據(jù)測量數(shù)據(jù)來源于實際的測量系統(tǒng)，測量數(shù)據(jù)描述了對同一參數(shù)進行多次測量的信息； 步驟3.2.2:測量數(shù)據(jù)的離散傅里葉變換對測量數(shù)據(jù)進行離散傅里葉變換，在實際應(yīng)用中采用快速傅里葉變換； 步驟3.2.3:周期圖計算禾!J用步驟3.2.2得到的測量數(shù)據(jù)的離散傅里葉變換，求取該離散傅里葉變換的模值，并 將模值的平方除以測量數(shù)據(jù)的長度，，得到測量數(shù)據(jù)的周期圖，其中測量數(shù)據(jù)的長度等于測 量數(shù)據(jù)的測量次數(shù)iV;利用這種方法從大量的數(shù)據(jù)中尋找隱藏的周期性的規(guī)律；周期圖是信 號功率譜的一個有偏估值；步驟3.2.4:尋找周期圖峰值在周期圖中尋找峰值點，如果找到了峰值點，意味著測量數(shù)據(jù)中存在周期；如果沒有找 到峰值點，意味著測量數(shù)據(jù)中沒有周期；步驟3.2.5:峰值檢驗在得到周期圖后，需要對峰值進行假設(shè)檢驗；建立零假設(shè)仏不存在隱周期；統(tǒng)計學(xué)家Grenander和Rosenblatt推導(dǎo)出//。條件下 假設(shè)檢驗統(tǒng)計量g(r)，表示為<formula>formula see original document page 5</formula>/W是周期圖的第r個峰值，iV為數(shù)據(jù)點長度；g(r)的概率分布由下式給出<formula>formula see original document page 6</formula>利用該概率分布檢驗在給定r時//。假設(shè)是否成立，檢驗測量數(shù)據(jù)中是否有r個周期項； 不同顯著性水平a下，不同參數(shù)r、 W所對應(yīng)的Z值通過査表的方式進行査找；在實際應(yīng)用中，先取r-l時的Z，接受所有峰值大于該值者，如果從第y峰值起，_/為 大于l的正整數(shù)，其峰值小于該Z值，則取r"'時的Z值，接受比這個新值大的所有峰值； 然后取峰值不滿足該Z值要求的新的r值，并按此值的新的Z值， 一直到新的Z值比被檢驗 的g(。值大為止，所有峰值小于Z的峰值在這個顯著性水平上都被拒絕了，因此就檢測到了r個周期項；步驟3.2.6:周期'性系統(tǒng)誤差檢測如果根據(jù)模型的系數(shù)發(fā)現(xiàn)了測量數(shù)據(jù)的周期性信息，那么其周期性體現(xiàn)了周期性系統(tǒng)誤 差的特性，也就達到了檢測周期性系統(tǒng)誤差的目的；如果沒有發(fā)現(xiàn)周期性信息，那么說明該 測量數(shù)據(jù)沒有周期性系統(tǒng)誤差。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種變值系統(tǒng)誤差檢測系統(tǒng)及其檢測方法。該系統(tǒng)由數(shù)據(jù)獲取模塊、測量數(shù)據(jù)庫模塊、檢測方法選擇模塊、檢測過程分析模塊、報告輸出模塊和檢測結(jié)果顯示模塊組成。數(shù)據(jù)獲取模塊獲取測量數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)存入測量數(shù)據(jù)庫模塊；檢測方法選擇模塊確定檢測方法；檢測過程和結(jié)果由報告輸出和檢測結(jié)果顯示模塊顯示給用戶。本發(fā)明方法包括兩部分對累進性系統(tǒng)誤差采用二次函數(shù)擬合的趨勢項檢驗方法，對周期性系統(tǒng)誤差采用周期圖的處理方法。本發(fā)明所涉及的系統(tǒng)和方法無需考慮數(shù)據(jù)的分布，同時無須考慮測量過程中隨機誤差的影響，同時適用于各種類型的測量數(shù)據(jù)，為變值系統(tǒng)誤差檢測提供了新的技術(shù)手段，同時系統(tǒng)具有可擴展性。
文檔編號G01D18/00GK101672664SQ200910091749
公開日2010年3月17日 申請日期2009年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月25日
發(fā)明者梁家誠, 輝 路, 郎榮玲 申請人:北京航空航天大學(xué)