一种针对调零单元的校准参数估计方法及系统与流程

1.本发明属于参数估计领域，尤其涉及一种针对调零单元的校准参数估计方法及系统。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
3.微放电效应检测系统是实现航天器大功率微波器部件、组件载荷(波导、同轴电缆、滤波器、隔离器、波导旋转关节、开关、功放、多工器、天线等宇航级载荷)可靠性验证测试的重要基础保障平台，是试验测试一体化的综合测试系统，涉及电磁场理论、微波技术、材料电磁特性、微观电子倍增等多学科。
4.微放电效应试验测试涉及微波大功率信号产生(连续波、顶底功率可调脉冲调制信号、多载波)、大功率射频信号传输、热真空环模子系统构建、自由电子的发射与检测(放射性源)、放电效应自动检测子系统、自动控制及数据监测软件等多个领域，组成复杂、规模庞大，核心目的是实现微放电效应的快速有效检测。系统除需要提供给被测件大功率射频信号、自由电子、遥控指令、真空及高低温环境等之外，最为核心的是需实现大功率信号的功率监测、频谱监测及幅相信息监测。
5.功率方面包含被测件输入功率、输出功率、被测件输入端口反射功率；频谱方面包含调零信号频谱、被测件输出信号频谱等；矢量网络分析包含传输、反射等幅度、相位变化情况的监测。
6.由于器部件微放电效应的特殊性，难以对其进行直接检测，只能通过观察其在器部件上引起的传输信号的变化情况，以此为依据研究微放电效应对器部件产生的影响。
7.对微放电效应的监测采用的方法之一是前向/后向功率调零检测法。该方法的基本原理是：通过监测输入到被测件输入端口的信号以及对应的反射信号的幅度和相位差，判断幅度和相位差在试验前后是否发生变化来判断被测件是否发生了微放电效应。该方法多用于单载波的无源部件，灵敏度较高，能够很大程度上避免器部件性能在过量的微放电效应下发生不可逆的损伤。
8.调零单元的目的是将从耦合器传来的传输信号和反射信号通过对幅度、相位进行调整，使两个信号相抵消，即将两个信号调整到同幅反向的状态，以达到调零的目的。调零单元内部的调幅模块由数控调幅模块和模控调幅模块组成，信号经过调幅模块以及调相模块之后由合路器进行合路，从前端输出接口输出。调幅、调相相关参数由控制器进行控制，可以由界面按钮进行控制，也支持程控。
9.用户在使用调零单元时需要输入的参数有通道1的频率值、衰减值、移相值，通道2的频率值、衰减值、移相值；其中，频率值用于内部切换对应频率的信号传输链路。就衰减值来说，其内部会根据用户输入的频率值和衰减值对应不同的内部控制参数，从而达到用户输入对应的频率设置值和衰减设置值，输出为对应衰减值的目的。
10.要保证调零单元正确运行，正确的衰减值和移相值是调零单元正常工作的关键，然而由于硬件限制，出厂的数控调幅模块，模控调幅模块，调相模块本身并不能一定符合对应的精度。而且，它们之间的连接的传输线以及器件的相互耦合也会对信号的传递产生影响，不同的频率会有不同的传输特性，综合起来会产生输出上的偏差。因此在仪器出厂前需要进行校准，包括数控调幅模块，模控调幅模块以及调相。
11.发明人发现，在传统情况下，为了提高仪器精度，在输入的频点和衰减点参数没有对应校准值的时候会通过线性插值的方式估计校准值。但是调零单元模控的参数设置与衰减输出不是一个简单的线性关系，现有技术中采用简单线性插值方式估计的校准值不够精确。同时，要提高精度则需要增加校准点个数，会导致校准时间延长、校准效率降低。


技术实现要素：

12.为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种针对调零单元的校准参数估计方法及系统，针对调零单元校准点多、校准精度低，非线性强的问题，利用核偏最小二乘(kpls)模型进行校准参数估计，提高了校准效率和校准点的精度，加快了信号调零的速度和精度。
13.为实现上述目的，本发明的一个或多个实施例提供了如下技术方案：
14.本发明第一方面提供了一种针对调零单元的校准参数估计方法。
15.一种针对调零单元的校准参数估计方法，包括以下步骤：
16.获取已有校准参数数据并对数据进行预处理；
17.将预处理后的校准参数数据投影到核空间中，形成核空间数据；
18.采用偏最小二乘算法建模；
19.基于核空间数据，选取模型参数，得到核偏最小二乘模型；
20.基于核偏最小二乘模型及用户输入衰减值进行校准参数估计。
21.本发明第二方面提供了一种针对调零单元的校准参数估计系统。
22.一种针对调零单元的校准参数估计系统，包括：
23.数据获取和预处理模块，被配置为：获取已有校准参数数据并对数据进行预处理；
24.核空间投影模块，被配置为：将预处理后的校准参数数据投影到核空间中，形成核空间数据；
25.模型建立模块，被配置为：采用偏最小二乘算法建模；
26.模型参数选取模块，被配置为：基于核空间数据，选取模型参数，得到核偏最小二乘模型；
27.参数估计模块，被配置为：基于核偏最小二乘模型及用户输入衰减值进行校准参数估计。
28.本发明第三方面提供了计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现如本发明第一方面所述的针对调零单元的校准参数估计方法中的步骤。
29.本发明第四方面提供了电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本发明第一方面所述的针对调零单元的校准参数估计方法中的步骤。
30.以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
31.本发明针对调零单元校准点多、校准精度低，非线性强的问题，创新性的提出了一种基于核偏最小二乘(kpls)的插值算法，首先将已有的校准参数数据投影到核空间中，采用偏最小二乘(pls)算法建模，以插值的方式进行交叉验证，获取合适的模型参数，之后对需要填充的校准参数以建立好的模型进行插值计算。本发明在保证校准点精度的前提下，针对整个校准过程的非线性问题，提高了校准效率和填充校准点的精度，加快信号调零速度和精度。
32.本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
33.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
34.图1为第一个实施例的方法流程图。
具体实施方式
35.应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
36.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
37.在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
38.现有的传统情况下，为了提高仪器精度，在输入的频点和衰减点参数没有对应校准值的时候会通过线性插值的方式估计校准值：
[0039][0040]
其中，表示估计的校准值，a为输入的衰减点，a1和a2是具有对应校准值的相邻的衰减点，c1和c2为与输入的衰减点相邻衰减点对应的校准值。插值方式的估计精确度较稳定，不仅不会使非校准点劣于校准精确度，还会一定程度上提升其精度。
[0041]
由于调零单元模控模块的参数设置与衰减输出不是一个简单的线性关系，因此采用线性插值的方式得出的校准估计值存在较大的偏差、准确度较低。为了更好地处理这种非线性的问题，本发明提出基于核偏最小二乘(kpls)的插值算法，提高了校准效率和填充校准点的精度，加快了信号调零速度和精度。
[0042]
本发明提出的一种针对调零单元的校准参数估计方法，包括离线建模和在线应用两个环节。在离线建模阶段，用于对调零单元的校准数据进行建模；在线应用阶段，用于对用户使用调零单元时的输入值到校准参数的估计过程。
[0043]
实施例一
[0044]
本实施例公开了一种针对调零单元的校准参数估计方法，包括离线建模和在线应用两个阶段。
[0045]
如图1所示，一种针对调零单元的校准参数估计方法，包括以下步骤：
[0046]
获取已有校准参数数据并对数据进行预处理；
[0047]
将预处理后的校准参数数据投影到核空间中，形成核空间数据；
[0048]
采用偏最小二乘算法建模；
[0049]
基于核空间数据，选取模型参数，得到核偏最小二乘模型；
[0050]
基于核偏最小二乘模型及用户输入衰减值进行校准参数估计。
[0051]
进一步的，所述获取已有校准参数数据，包括：
[0052]
每一个频率点的数据为一组；
[0053]
获取衰减值原始数据集x1和衰减值校准数据集y1；
[0054]
采用插值算法补齐数据，记为衰减值预估计数据集x2和衰减值预估计校准数据集y2；
[0055]
所述衰减值原始数据集x1为经过校准的输入值，所述衰减值校准数据集y1为与衰减值原始数据集x1中的数据相对应的模块参数值。
[0056]
在本实施例中，已有校准参数数据为衰减值原始数据集x1和衰减值校准数据集y1，需要说明的是，一般情况下，x1、y1为调零单元在出厂前按预先要求获取的。例如，某种情况下，x1＝[0，0.1，0.2，0.3，
…
，60]，为601个元素的衰减值原始数据，则y1为与x1一一对应的601个元素的衰减值校准数据，这些数据已经经过校准，不用进行额外的估计。
[0057]
进一步的，所述采用插值算法补齐数据，具体为：
[0058]
设定x1中有n个值，x
1，i
为x1中的第i个数值，则对于x2中的第i个值x
2,i
,有：
[0059][0060]
对应的,y1中有n个值，y
1,i
为y1中的第i个数值，则对于y2中的第i个值y
2,i
，有：
[0061][0062]
其中，对于i，1≤i≤n-1。
[0063]
进一步的，对数据进行预处理，具体为：
[0064]
将衰减值原始数据集x1、衰减值校准数据集y1、衰减值预估计数据集x2和衰减值预估计校准数据集y2作为一个数据集z进行标准化处理，使数据集z均值为0，方差为1，记录均值信息u和方差信息v。
[0065]
进一步的，以衰减值原始数据集x1和衰减值预估计数据集x2为基，将衰减值原始数据集x1通过高斯核技巧投影到核空间中，形成核空间数据k1，将衰减值预估计数据集x2通过高斯核技巧投影到核空间中，形成核空间数据k2。
[0066]
进一步的，基于核空间数据，选取模型参数，得到核偏最小二乘模型，具体为：
[0067]
以交叉检验的方式估计核参数和主元个数，以核空间数据k2和衰减值预估计校准数据集y2为模型参数，以核空间数据k1和衰减值校准数据集y1进行模型验证。
[0068]
以上为离线建模阶段。
[0069]
在线应用阶段具体为：
[0070]
进一步的，所述基于核偏最小二乘模型进行校准参数估计，具体为：
[0071]
获得用户输入的衰减值；
[0072]
判断用户输入的衰减值是否经过校准；
[0073]
若输入的衰减值存在已经经过校准的数据，则返回当前校准数据，不再进行后续步骤；
[0074]
若输入的衰减值不存在已经经过校准的数据，将未经过校准的衰减值进行标准化；
[0075]
利用核偏最小二乘模型计算衰减值的估计值；
[0076]
将估计值按照均值信息u和方差信息v进行数值还原；
[0077]
返回当前校准数据。
[0078]
进一步的，所述数值还原中，如果还原的数据精度高于设备接受的精度，则按四舍五入处理。
[0079]
实施例二
[0080]
本实施例公开了一种针对调零单元的校准参数估计系统。
[0081]
一种针对调零单元的校准参数估计系统，包括：
[0082]
数据获取和预处理模块，被配置为：获取已有校准参数数据并对数据进行预处理；
[0083]
核空间投影模块，被配置为：将预处理后的校准参数数据投影到核空间中，形成核空间数据；
[0084]
模型建立模块，被配置为：采用偏最小二乘算法建模；
[0085]
模型参数选取模块，被配置为：基于核空间数据，选取模型参数，得到核偏最小二乘模型；
[0086]
参数估计模块，被配置为：基于核偏最小二乘模型及用户输入值进行校准参数估计。
[0087]
实施例三
[0088]
本实施例的目的是提供计算机可读存储介质。
[0089]
计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本公开实施例1所述的针对调零单元的校准参数估计方法中的步骤。
[0090]
实施例四
[0091]
本实施例的目的是提供电子设备。
[0092]
电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本公开实施例1所述的针对调零单元的校准参数估计方法中的步骤。
[0093]
以上实施例二、三和四的装置中涉及的各步骤与方法实施例一相对应，具体实施方式可参见实施例一的相关说明部分。术语“计算机可读存储介质”应该理解为包括一个或多个指令集的单个介质或多个介质；还应当被理解为包括任何介质，所述任何介质能够存储、编码或承载用于由处理器执行的指令集并使处理器执行本发明中的任一方法。
[0094]
本领域技术人员应该明白，上述本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算机装置来实现，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。本发明不限制于任何特定的硬件和软件的结合。
[0095]
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范
围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。