本技术涉及传感器电路与信号处理，特别涉及一种压阻式多通道压力传感器阵列解耦系统及方法。
背景技术：
1、在多通道压阻式传感阵列中，每个传感单元在受到外力作用时，其电阻发生变化并输出相应电压信号。然而，由于阵列节点之间存在导线电容、电阻耦合、衬底漏电流及输入阻抗差异等因素，不同通道间会产生显著的电气耦合效应，导致单点激励时其相邻节点也产生响应。这种交叉干扰（cross-talk）现象在高密度柔性阵列中尤为明显，导致传感器矩阵的输出信号不再与单元受力成单值对应关系，从而造成测量误差、图像畸变与定位模糊。
2、在实际应用中，电阻耦合现象会造成信号串扰严重，通道信号相互干扰，无法准确反映各节点的实际压力值，从而导致系统的灵敏度下降，受邻近单元影响，输出电压非线性，导致测量误差。
3、传统的解耦方法多采用纯硬件补偿或软件算法解耦。但纯硬件补偿结构复杂且对动态耦合响应能力有限，而软件算法解耦虽然灵活但易受噪声与矩阵病态影响。
技术实现思路
1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种压阻式多通道压力传感器阵列解耦系统及方法。
2、本说明书采用下述技术方案：
3、本说明书提供了一种压阻式多通道压力传感器阵列解耦系统及方法，包括：
4、基于压阻式多通道压力传感器阵列，建立多通道耦合阻抗矩阵；其中，所述多通道耦合阻抗矩阵的非对角元素表示通道间的互连耦合，对角元素表示当前通道的压阻单元阻抗；
5、对所述多通道耦合阻抗矩阵的各压阻单元的电压信号进行实时采集并数字化，得到时变阻抗矩阵；并在标定模式下对零输入状态的多通道耦合阻抗矩阵的电压信号进行采集，构成基准阻抗矩阵；
6、基于基准阻抗矩阵，通过混合补偿网络对通道间的耦合阻抗进行硬件级的初步物理解耦，得到静态补偿矩阵；
7、基于时变阻抗矩阵，通过自正则稀疏算法，并以最小化静态补偿矩阵的非对角元素范数为目标，动态更新静态补偿矩阵的数值，并转换为模拟电压信号；以及基于模拟电压信号，驱动所述混合补偿网络中的可调元件进行阻抗调节；
8、输出与各压阻单元的压力一一对应的解耦处理后的电压信号。
9、进一步地，所述基准阻抗矩阵的构建，包括：
10、在基准压力条件下，通过对多通道耦合阻抗矩阵中各节点的电压信号进行周期性扫描，注入已知激励并测量，构建基准阻抗矩阵：
11、；
12、其中，表示已知激励；表示实际采集得到的电压矩阵。
13、进一步地，所述通过混合补偿网络对通道间的耦合阻抗进行硬件级的初步物理解耦，得到静态补偿矩阵，包括：
14、通过计算基准阻抗矩阵的非对角项，并按理想抵消要求设定初始物理静态补偿矩阵；
15、将所述初始物理静态补偿矩阵映射到可实现的电路元件；
16、将映射后的物理补偿支路按拓扑接入阵列，通过在在节点i与j之间并联补偿元件，得到通道间补偿支路；通过在节点i与参考地并联电容或接入有源电流源得到对地补偿支路；
17、物理接入完成后，得到静态补偿矩阵；
18、所述初始物理静态补偿矩阵，表示为：
19、；
20、所述静态补偿矩阵，表示为：
21、；
22、其中，表示基准阻抗矩阵的非对角项；表示初始物理静态补偿矩阵；表示基准阻抗矩阵；表示静态补偿矩阵;
23、所述静态补偿矩阵的非对角残余能量，表示为：
24、；
25、若在可接受阈值内，则保留当前静态补偿；否则，通过求解带物理实现约束的最小化问题，进行约束优化修正；
26、所述求解带物理实现约束的最小化问题，表示为：
27、；
28、其中，表示；表示矩阵的非对角部分；集合s表示可实现的元件空间；表示模块整体的等效补偿阻抗矩阵。
29、进一步地，所述动态更新静态补偿矩阵的数值，包括：
30、按照预设采样周期，对多通道耦合阻抗矩阵的行列进行扫描，采集得到实时电压和电流；
31、对每一对矩阵中的元素(i,j)，用长度为w的滑动时间窗计算互相关/自相关以估计阻抗元素，计算公式为：
32、；
33、其中，符号*表示复共轭；表示在时刻t估计得到的等效阻抗矩阵中第i行第j列元素；)表示所述电流信号的复共轭；)表示在第k个采样时刻施加于第j个激励通道的电流信号；(k)表示在第k个采样时刻于第i个测量通道采集到的电压信号；w表示用于阻抗估计的滑动时间窗长度；
34、构建当前估计矩阵，并根据当前估计矩阵和静态补偿矩阵，计算等效矩阵残余；
35、基于所述等效矩阵残余，计算残余向量；
36、所述等效矩阵残余，表示为：
37、；
38、所述残余向量，计算公式为：
39、；
40、基于自正则稀疏算法，对静态补偿矩阵进行逐元素更新；
41、所述自正则稀疏算法的核心优化目标函数，表示为：
42、；
43、对元素作梯度下降并离散化，得到更新公式：
44、；
45、其中梯度项可由采样数据展开为：
46、；
47、若（为阈值），则冻结该元素更新以减少无意义噪声扰动；对长期为零的项可在硬件上关闭对应补偿支路以节省功耗。
48、进一步地，所述混合补偿网络采用混合拓扑结构，包括：
49、通道间互联补偿支路：设置于相邻通道节点之间，用于抵消横向耦合，包括电阻、电容和电感元件；
50、对地补偿支路：设置于每个通道与参考地之间，用于抵消地线寄生耦合与共模干扰，包括电容元件及可控电流源。
51、本说明书提供了一种压阻式多通道压力传感器阵列解耦系统，包括：
52、压阻式传感阵列模块：用于基于压阻式多通道压力传感器阵列，建立多通道耦合阻抗矩阵；其中，所述多通道耦合阻抗矩阵的非对角元素表示通道间的互连耦合，对角元素表示当前通道的压阻单元阻抗；
53、信号采集模块：用于对所述多通道耦合阻抗矩阵的各压阻单元的电压信号进行实时采集并数字化，得到时变阻抗矩阵；并在标定模式下对零输入状态的多通道耦合阻抗矩阵的电压信号进行采集，构成基准阻抗矩阵；
54、补偿网络模块：用于基于基准阻抗矩阵，通过混合补偿网络对通道间的耦合阻抗进行硬件级的初步物理解耦，得到静态补偿矩阵；
55、矩阵计算与控制模块：用于基于时变阻抗矩阵，通过自正则稀疏算法，并以最小化静态补偿矩阵的非对角元素范数为目标，动态更新静态补偿矩阵的数值，并转换为模拟电压信号；以及基于模拟电压信号，驱动所述混合补偿网络中的可调元件进行阻抗调节；
56、输出模块：用于输出与各压阻单元的压力一一对应的解耦处理后的电压信号。
57、本说明书采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：
58、在本说明书提供的一种压阻式多通道压力传感器阵列解耦系统及方法中，通过将多通道传感系统建模为线性阻抗矩阵网络，并在电路层面引入混合拓扑补偿网络，在算法层面执行自适应动态调整，实现阵列中各通道的实时独立响应与高精度解耦输出。通过解耦方法，多通道传感系统可在长期运行中实现自诊断与自恢复，保证阻抗矩阵的稳定对角化与补偿精度。
59、进一步地，本发明所述的传感阵列动态解耦系统可实现多节点压阻式传感阵列中因电气互耦产生的信号干扰的实时抑制，更适用于柔性压力传感器阵列、电子皮肤、触觉检测面板及其他多点阵列传感测量场合。