本發(fā)明涉及空氣盒子測試技術領域，具體地講，是涉及一種利用卡爾曼濾波算法提高空氣盒子SD測量溫濕度精度的方法。
背景技術：
溫濕度一直是居民日常生活非常關心的問題，溫濕度測量儀器從傳統(tǒng)的物理溫度計、濕度計，發(fā)展到目前的高精度溫濕度傳感器。不僅在使用尺寸上得到了極大提升，測量精度范圍也進一步提高。測量結果輸出更靈活。同時用戶對溫濕度的準確性的感知能力遠大于用戶對智能設備其他傳感器的感知能力，因此溫濕度的測量值直接影響用戶的使用體驗。
目前市場上的溫濕度傳感器出廠之前都進行了溫濕度算法校正，保證了傳感器的測量精度。通常地，智能檢測設備SD在實驗環(huán)境下測量準確度和精度都很高，因此一般智能設備制造商都是將傳感器測量值直接輸出顯示給用戶，這種方式完全依賴傳感器的精度和其當前的狀態(tài)。而在智能檢測設備SD的實際使用中，常常會因設備自身的可變和不可變噪聲對其傳感器產生影響，設備直接呈現(xiàn)的測量結果時常會出現(xiàn)較大幅度跳動，較為影響實際的設備使用體驗。
技術實現(xiàn)要素：
針對上述現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供一種利用卡爾曼濾波算法提高空氣盒子SD測量溫濕度精度的方法，可以濾除設備噪聲對測量結果影響，從而保證設備輸出顯示數(shù)值較為穩(wěn)定。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案如下：
一種利用卡爾曼濾波算法提高空氣盒子SD測量溫濕度精度的方法，包括如下步驟：
(1)建立溫濕度正常測量狀態(tài)模型，
狀態(tài)方程為X(k)＝X(k-1)(k∈R)……式1，
測量方程為Y(k)＝X(k)+V(k)(k∈R)……式2，
其中，k為當前時刻，k-1為上一時刻，X(k)為k時刻的系統(tǒng)狀態(tài)，Y(k)為k時刻的測量值，V(k)為測量的噪聲；
(2)獲取所述空氣盒子SD在上一時刻的溫濕度值，并由此預測當前時刻的溫濕度預測值X(k|k-1)＝X(k-1|k-1)……式3，
以及其對應的協(xié)方差P(k|k-1)＝P(k-1|k-1)……式4，
其中，X(k|k-1)為利用上一時刻預測的當前溫濕度預測值，X(k-1|k-1)為上一時的溫濕顯示值，P(k|k-1)為X(k|k-1)對應的協(xié)方差，P(k-1|k-1)為X(k-1|k-1)對應的協(xié)方差，所述上一時刻與當前時刻間隔一設定的定長時間L；
(3)通過所述空氣盒子SD內置傳感器測量當前的溫濕度值Y(k)；
(4)利用卡爾曼濾波算法，進行當前溫濕度值優(yōu)化估算：
X(k|k)＝X(k|k-1)+Kg(k)(Y(k)-X(k|k-1))……式5，
其中，卡爾曼增益Kg(k)＝P(k|k-1)/(P(k|k-1)+R)……式6，R為V(k)對應的協(xié)方差，
其所對應的協(xié)方差P(k|k)＝(1-Kg(k))P(k|k-1)……式7；
(5)在所述空氣盒子SD的屏幕上顯示當前時刻的溫濕度優(yōu)化估算值X(k|k)，并存儲其對應的協(xié)方差P(k|k)；
(6)在下一時刻時重復上述過程。
進一步地，由于在實際的傳感器產品中，不可避免地會存在某些瞬態(tài)測量特別不準確的跳動，為了減少SD傳感器的測量偏差，所述步驟(3)中，每次傳感器測量當前溫濕度值Y1(k)后，瞬時再測量一次當前溫濕度值Y2(k)，所述當前的溫濕度值Y(k)由該瞬時連續(xù)兩次測量的溫濕度值合成Y(k)＝(Y1(k)+Y2(k))/2。
本發(fā)明的設計原理基于智能檢測設備SD在實際使用過程中的具體應用，如空氣盒子等絕大多數(shù)情況下都某一較為穩(wěn)定的空間內運行。通過實踐中的經驗積累，我們對某些參數(shù)進行一定的簡化，從而達到優(yōu)化模型，簡化算法的目的。
例如，在某個恒定環(huán)境下，在一個極短的時間內這個空間環(huán)境的溫濕度可以認為基本保持不變，即構成恒溫濕環(huán)境；由于設備自身的屬性，存在測量噪聲，而該噪聲可以簡化地認定為高斯白噪聲；由于極短時間內的恒溫濕環(huán)境，其過程噪聲(Q)可以認為0；在沒有控制量的情況下，其參數(shù)也可認為0，對于狀態(tài)矩陣，可認為是單位陣；對于單模測量，其矩陣I可認為1。也因此，我們基于現(xiàn)有的卡爾曼濾波公式推導設計出了前述式1至式7，以滿足空氣盒子SD在實際運行過程中的測量情況，優(yōu)化算法。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果：
(1)本發(fā)明基于卡爾曼濾波進行算法優(yōu)化，從而優(yōu)化空氣盒子SD的溫濕度輸出值，可以有效摒除測量噪聲對設備顯示值的影響，杜絕了設備顯示值較大幅度跳動影響用戶體驗的問題，該問題隨設備使用時間逐漸突顯，而通過本發(fā)明的改進，使得空氣盒子的溫濕度的讀數(shù)平穩(wěn)性大大提升，極大地弱化了設備老化對顯示值的影響，進而提高空氣盒子對溫濕度的測量顯示精度，本發(fā)明構思新穎，設計巧妙，具有廣泛的應用前景，適合推廣應用。
(2)本發(fā)明在每次測量時再進行一次瞬態(tài)測量，相當于每次測量都瞬態(tài)連續(xù)測量兩次，取兩次的均值作為當前測量的輸出值，通過該種方式有效地避免了空氣盒子的傳感器發(fā)生突然測量波動導致測量結果不準確的問題，進一步提高了精度。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的流程示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明，本發(fā)明的實施方式包括但不限于下列實施例。
實施例
如圖1所示，該利用卡爾曼濾波算法提高空氣盒子SD測量溫濕度精度的方法，包括如下步驟：
(1)建立溫濕度正常測量狀態(tài)模型，
狀態(tài)方程為X(k)＝X(k-1)(k∈R)……式1，
測量方程為Y(k)＝X(k)+V(k)(k∈R)……式2，
其中，k為當前時刻，k-1為上一時刻，X(k)為k時刻的系統(tǒng)狀態(tài)，Y(k)為k時刻的測量值，V(k)為測量的噪聲；
(2)獲取所述空氣盒子SD在上一時刻的溫濕度值，并由此預測當前時刻的溫濕度預測值X(k|k-1)＝X(k-1|k-1)……式3，
以及其對應的協(xié)方差P(k|k-1)＝P(k-1|k-1)……式4，
其中，X(k|k-1)為利用上一時刻預測的當前溫濕度預測值，X(k-1|k-1)為上一時的溫濕顯示值，P(k|k-1)為X(k|k-1)對應的協(xié)方差，P(k-1|k-1)為X(k-1|k-1)對應的協(xié)方差，所述上一時刻與當前時刻間隔一設定的定長時間L，例如該定長時間L可根據(jù)實際使用的需求設定為1分鐘、半分鐘、20秒、15秒等具體數(shù)值，該數(shù)值在空氣盒子的實際使用中體現(xiàn)為顯示讀數(shù)刷新的頻率；
(3)通過所述空氣盒子SD內置傳感器測量當前的溫濕度值Y(k)；由于在實際的傳感器產品中，不可避免地會存在某些瞬態(tài)測量特別不準確的跳動，為了減少SD傳感器的測量偏差，所述步驟(3)中，每次傳感器測量當前溫濕度值Y1(k)后，瞬時再測量一次當前溫濕度值Y2(k)，所述當前的溫濕度值Y(k)由該瞬時連續(xù)兩次測量的溫濕度值合成Y(k)＝(Y1(k)+Y2(k))/2；
(4)利用卡爾曼濾波算法，進行當前溫濕度值優(yōu)化估算：
X(k|k)＝X(k|k-1)+Kg(k)(Y(k)-X(k|k-1))……式5，
其中，卡爾曼增益Kg(k)＝P(k|k-1)/(P(k|k-1)+R)……式6，R為V(k)對應的協(xié)方差，
其所對應的協(xié)方差P(k|k)＝(1-Kg(k))P(k|k-1)……式7；
(5)在所述空氣盒子SD的屏幕上顯示當前時刻的溫濕度優(yōu)化估算值X(k|k)，并存儲其對應的協(xié)方差P(k|k)；
(6)在下一時刻時重復上述過程。此時下一時刻k+1作為k代入上述式子中，而當前時刻k則作為k-1代入上述式子中，以此自回歸地完成后續(xù)運算，直至空氣盒子關閉。
通過上述改進，可以極大地提高空氣盒子SD的顯示數(shù)值平穩(wěn)性，符合人們的常規(guī)認知感受(溫濕度是一個動態(tài)的連續(xù)變化的過程)，有效避免了現(xiàn)有測量設備直接呈現(xiàn)傳感器數(shù)值會出現(xiàn)當傳感器測量誤差波動時使其呈現(xiàn)數(shù)值也較大幅度跳動的問題，尤其是在設備老化后更容易出現(xiàn)的問題，通過本發(fā)明可以有效解決。
上述實施例僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并非對本發(fā)明保護范圍的限制，但凡采用本發(fā)明的設計原理，以及在此基礎上進行非創(chuàng)造性勞動而作出的變化，均應屬于本發(fā)明的保護范圍之內。