测量误差计算框架建立问题研究

作     者：戴卫华 

作者单位：国防科技大学 

学位级别：博士

导师姓名：王跃科

授予年度：2017年

学科分类：08[工学] 0804[工学-仪器科学与技术] 

主      题：测量误差 计算框架 概率密度 有限计算 噪声辨识 

摘      要：对测量误差进行评定可以直接判断测量精度能否满足要求,有助于及时发现测量方法的不足,改进并提高测量方法的性能。为了促进测量误差评定方法研究,建立测量误差的计算框架成为迫切需要解决的问题。误差普遍存在于测量结果中,在大部分测量场合人们都应该评定误差。然而,不同测量场合下的误差一般具有其特殊规律,若按照计算框架进行误差评定可能面临众多困难。由此引出本文的基本问题——如何建立测量误差的计算框架实现误差评定,围绕这一问题,论文重点研究了如下关键技术问题:1、测量误差的计算框架设计问题。建立测量误差计算框架的目的是提供评定测量误差的统一技术方法以供参考。在不同的测量场合,随着被测量、测量方法和测量环境改变,测量误差通常也不同。在测量误差计算框架下,我们无法针对每种测量场合提供特定的误差评定方法,更合情理的做法是从测量本质出发,提供一种具有一般适用性的误差评定方法。因此测量误差的计算框架设计是建立测量误差计算框架的关键问题。2、测量误差的概率密度计算问题。在经典误差理论中,计算极限误差、包含区间宽度等误差评定值均要求测量误差的概率密度函数已知。类似地,在测量误差计算框架下计算误差评定值也将无法回避误差概率密度函数计算问题。因此测量误差的概率密度计算成为建立误差的统一计算框架的关键问题。3、误差评定的有限计算实现问题。在测量误差计算框架下,计算对象主要包含测量误差的概率密度函数以及误差评定值等。测量误差的概率密度函数又是计算其它误差评定值的基础。对于连续量值区间,计算测量误差概率密度函数与其它评定值在理论上均要遍历每一个量值,此操作需要无穷次数的运算,几乎无法实现。因此误差评定的有限计算实现成为建立测量误差计算框架的关键问题。4、噪声的随机特性辨识方法问题。噪声普遍存在于一切测量活动中,也正是因为噪声的存在,导致在测量结果中含有随机误差。噪声的随机特性也直接影响了测量误差的概率密度函数形式,获取前者是计算后者的前提。因此噪声的随机特性辨识方法是建立测量误差计算框架的关键问题。为解决上述关键技术问题,论文设计了一种以计算测量误差概率密度函数为核心的测量误差计算框架,提出了一种基于几何空间分析的测量误差概率密度计算方法,提出了一种基于量值离散化的误差评定有限计算实现方法,提出了一种基于统计检验的噪声辨识方法。这些技术方法可对应解决上述四个关键技术问题,它们均通过了理论分析和仿真验证,证明了技术可行性及有效性,可为建立测量误差计算框架提供参考和依据。