一種光纖陀螺隨機漂移實時濾波方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種光纖陀螺隨機漂移實時濾波方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明在船用捷聯(lián)航姿系統(tǒng)中，對采集到的光纖陀螺信號進(jìn)行實時降噪處理：利用第二代小波的提升算法將滑動數(shù)據(jù)窗中的數(shù)據(jù)進(jìn)行指定層數(shù)的分解，得到各層的小波系數(shù)和最后一層的尺度系數(shù)；對分解后的各層小波系數(shù)，建立相應(yīng)的閾值規(guī)則，對其進(jìn)行閾值量化處理；將處理后的小波系數(shù)，結(jié)合最后一層的尺度系數(shù)，逐級重構(gòu)各層尺度系數(shù)，得到降噪處理后的信號；本發(fā)明有效提高了光纖陀螺信號實時降噪的處理精度和反應(yīng)速度，繼而抑制了姿態(tài)信息誤差；在應(yīng)用過程中，滑動數(shù)據(jù)窗寬度、小波分解層數(shù)等參數(shù)的設(shè)置較為簡便，可根據(jù)仿真實驗得到的經(jīng)驗值進(jìn)行設(shè)定。
【專利說明】一種光纖陀螺隨機漂移實時濾波方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種信號的消噪方法，尤其涉及一種應(yīng)用于捷聯(lián)航姿系統(tǒng)中的光纖陀螺隨機漂移實時濾波方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光纖陀螺其是以Sagnac效應(yīng)為基礎(chǔ)而發(fā)展起來的新型全固態(tài)陀螺儀，作為主要慣性敏感元件之一，由于其具有潛在的最好的性能、成本比而倍受青睞，已成為新一代中低精度捷聯(lián)慣性導(dǎo)航、制導(dǎo)系統(tǒng)中的理想慣性器件。但是，由于原理、加工與裝配工藝不完善等造成陀螺漂移，成為系統(tǒng)誤差的主要來源，嚴(yán)重影響著慣導(dǎo)系統(tǒng)的初始對準(zhǔn)精度及導(dǎo)航精度。
[0003]光纖陀螺的漂移包含兩種成分:一種是具有確定性質(zhì)的、有規(guī)律的、有系統(tǒng)性的漂移；另一種是由非確定性的隨機性質(zhì)干擾引起的隨時間變化的隨機漂移。對應(yīng)前者，可以對這種確定性漂移進(jìn)行建模，通過數(shù)學(xué)模型的軟件補償進(jìn)行消除，這是比較容易做到的。而對于后者，目前采用較多的處理技術(shù)包括兩種:一、對光纖陀螺的隨機漂移進(jìn)行時間序列建模，依據(jù)模型設(shè)計卡爾曼濾波器，通過卡爾曼濾波對隨機漂移進(jìn)行抑制；二、采用數(shù)字濾波器對光纖陀螺的漂移進(jìn)行抑制，通過濾波器對光纖陀螺的漂移進(jìn)行抑制。但實際情況中，由于光纖陀螺的輸出受包括探測器噪聲、光路噪聲、電路噪聲和環(huán)境變化引起的大量噪聲影響，且這些噪聲是時變的，故事先不能得到準(zhǔn)確的誤差統(tǒng)計特性，難以得到準(zhǔn)確的漂移模型。因此，利用第一種方法無法得到理想的抑制效果。另外，由于隨機漂移的頻域特性不明確，增加了數(shù)字濾波器的設(shè)計難度，第二種方法也有其固有的缺陷。
[0004]針對光纖陀螺信號中的隨機漂移和噪聲，從抑制噪聲的角度出發(fā)，消除噪聲，對光纖陀螺的隨機漂移也有抑制和補償作用，是比較可行的一種方法。在實際系統(tǒng)中，為滿足降噪的實時性要求，通常需要降噪的方法具有在線處理能力。因此，如何設(shè)計一種既優(yōu)化了降噪效果，又提高了算法運算速度、簡化了降噪處理過程的實時消噪方法，對光纖陀螺的不確定性隨機漂移和噪聲進(jìn)行實時直接濾除，對捷聯(lián)航姿系統(tǒng)精度的提高起著至關(guān)重要的作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是要提供一種應(yīng)用于捷聯(lián)航姿系統(tǒng)中的光纖陀螺隨機漂移實時濾波方法。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明是按照以下技術(shù)方案實施的:
[0007]本發(fā)明包括以下步驟:
[0008]步驟1:確定滑動數(shù)據(jù)窗寬度及預(yù)測器系數(shù)P和更新器系數(shù)U的維數(shù)，并離線求得系數(shù)P和系數(shù)U ；
[0009]步驟2:捷聯(lián)航姿系統(tǒng)預(yù)熱結(jié)束后，采集光纖陀螺的輸出數(shù)據(jù)，當(dāng)采集數(shù)據(jù)量少于滑動數(shù)據(jù)窗寬度時，直接將之作為當(dāng)前姿態(tài)解算的輸入角速度信息《ib，解算后輸出姿態(tài)信息(即開始采集數(shù)據(jù)后的小于第一個滑動數(shù)據(jù)窗寬度時間內(nèi)的數(shù)據(jù)不作處理)；[0010]步驟3:待采集陀螺數(shù)據(jù)量達(dá)到窗口寬度時，將第一段采集到的數(shù)據(jù)輸入至去噪算法程序，進(jìn)行降噪處理，在下一個采樣點到來之前，輸出降噪處理后的最后一個數(shù)據(jù)值， 作為當(dāng)前時刻陀螺信號的更新值；[0011]步驟4:將更新后的當(dāng)前采樣點作為姿態(tài)實時解算的輸入角速度信息COib，進(jìn)行姿態(tài)的實時結(jié)算，輸出當(dāng)前姿態(tài)信息；[0012]步驟5:進(jìn)入下一個采樣周期，滑動數(shù)據(jù)窗實時地平移一個點，總包含最新的采樣點作為窗口的最后一個值，重復(fù)步驟3、步驟4和步驟5，完成捷聯(lián)航姿系統(tǒng)中光纖陀螺輸出信號的實時降噪；[0013]本發(fā)明所述步驟I中的離線求得預(yù)測器系數(shù)P、更新器系數(shù)U滿足如下等式:[0014]V(M,M)P(M,1) = δ Λ1)[0015]W(N’K).Q(k’n).U?’1) = δ (n，1)[0016]其中M 和 N 為偶數(shù)，Md = M/2-1, Nd = N/2-1，且有:[0017]
【權(quán)利要求】
1.一種光纖陀螺隨機漂移實時濾波方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1:確定滑動數(shù)據(jù)窗寬度及預(yù)測器系數(shù)P和更新器系數(shù)U的維數(shù)，并離線求得系數(shù)P和系數(shù)U ； 步驟2:捷聯(lián)航姿系統(tǒng)預(yù)熱結(jié)束后，采集光纖陀螺的輸出數(shù)據(jù)，當(dāng)采集數(shù)據(jù)量少于滑動數(shù)據(jù)窗寬度時，直接將之作為當(dāng)前姿態(tài)解算的輸入角速度信息《ib，解算后輸出姿態(tài)信息(即開始采集數(shù)據(jù)后的小于第一個滑動數(shù)據(jù)窗寬度時間內(nèi)的數(shù)據(jù)不作處理)； 步驟3:待采集陀螺數(shù)據(jù)量達(dá)到窗口寬度時，將第一段采集到的數(shù)據(jù)輸入至去噪算法程序，進(jìn)行降噪處理，在下一個采樣點到來之前，輸出降噪處理后的最后一個數(shù)據(jù)值，作為當(dāng)前時刻陀螺信號的更新值； 步驟4:將更新后的當(dāng)前采樣點作為姿態(tài)實時解算的輸入角速度信息《ib，進(jìn)行姿態(tài)的實時結(jié)算，輸出當(dāng)前姿態(tài)信息； 步驟5:進(jìn)入下一個采樣周期，滑動數(shù)據(jù)窗實時地平移一個點，總包含最新的采樣點作為窗口的最后一個值，重復(fù)步驟3、步驟4和步驟5，完成捷聯(lián)航姿系統(tǒng)中光纖陀螺輸出信號的實時降噪。
2.根據(jù)權(quán)利權(quán)利要求1所述的光纖陀螺隨機漂移實時濾波方法，其特征在于:所述步驟I中的離線求得預(yù)測器系數(shù)P、更新器系數(shù)U滿足如下等式:

3.根據(jù)權(quán)利權(quán)利要求1所述的光纖陀螺隨機漂移實時濾波方法，其特征在于:所述步驟3中的去噪算法程序，其特征為: 建立以第二代小波變換的閾值去噪法為基礎(chǔ)的降噪算法，利用提升算法對原始信號進(jìn)行小波分解，分為分裂、預(yù)測和更新:
4.根據(jù)權(quán)利權(quán)利要求3所述的光纖陀螺隨機漂移實時濾波方法，其特征在于:所述建立閾值降噪法的改進(jìn)閾值處理策略包括: 確定每層閾值:采用通用閾值法，第j層閾值L由下式?jīng)Q定:
【文檔編號】G01C19/64GK103557856SQ201310508747
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年10月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月25日
【發(fā)明者】孫楓, 夏健鐘, 奔粵陽, 李敬春, 楊曉龍, 阮雙雙, 趙維珩 申請人:哈爾濱工程大學(xué)