一種光纖陀螺隨機漂移實時濾波方法
【專利摘要】本發明公開了一種光纖陀螺隨機漂移實時濾波方法，與現有技術相比，本發明在船用捷聯航姿系統中，對采集到的光纖陀螺信號進行實時降噪處理：利用第二代小波的提升算法將滑動數據窗中的數據進行指定層數的分解，得到各層的小波系數和最后一層的尺度系數；對分解后的各層小波系數，建立相應的閾值規則，對其進行閾值量化處理；將處理后的小波系數，結合最后一層的尺度系數，逐級重構各層尺度系數，得到降噪處理后的信號；本發明有效提高了光纖陀螺信號實時降噪的處理精度和反應速度，繼而抑制了姿態信息誤差；在應用過程中，滑動數據窗寬度、小波分解層數等參數的設置較為簡便，可根據仿真實驗得到的經驗值進行設定。
【專利說明】一種光纖陀螺隨機漂移實時濾波方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種信號的消噪方法，尤其涉及一種應用于捷聯航姿系統中的光纖陀螺隨機漂移實時濾波方法。
【背景技術】
[0002]光纖陀螺其是以Sagnac效應為基礎而發展起來的新型全固態陀螺儀，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慣性導航、制導系統中的理想慣性器件。但是，由于原理、加工與裝配工藝不完善等造成陀螺漂移，成為系統誤差的主要來源，嚴重影響著慣導系統的初始對準精度及導航精度。
[0003]光纖陀螺的漂移包含兩種成分:一種是具有確定性質的、有規律的、有系統性的漂移；另一種是由非確定性的隨機性質干擾引起的隨時間變化的隨機漂移。對應前者，可以對這種確定性漂移進行建模，通過數學模型的軟件補償進行消除，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包括兩種:一、對光纖陀螺的隨機漂移進行時間序列建模，依據模型設計卡爾曼濾波器，通過卡爾曼濾波對隨機漂移進行抑制；二、采用數字濾波器對光纖陀螺的漂移進行抑制，通過濾波器對光纖陀螺的漂移進行抑制。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，故事先不能得到準確的誤差統計特性，難以得到準確的漂移模型。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，增加了數字濾波器的設計難度，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，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，如何設計一種既優化了降噪效果，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行實時直接濾除，對捷聯航姿系統精度的提高起著至關重要的作用。

【發明內容】

[0005]本發明的目的是要提供一種應用于捷聯航姿系統中的光纖陀螺隨機漂移實時濾波方法。
[0006]為達到上述目的，本發明是按照以下技術方案實施的:
[0007]本發明包括以下步驟:
[0008]步驟1:確定滑動數據窗寬度及預測器系數P和更新器系數U的維數，并離線求得系數P和系數U ；
[0009]步驟2:捷聯航姿系統預熱結束后，采集光纖陀螺的輸出數據，當采集數據量少于滑動數據窗寬度時，直接將之作為當前姿態解算的輸入角速度信息《ib，解算后輸出姿態信息(即開始采集數據后的小于第一個滑動數據窗寬度時間內的數據不作處理)；[0010]步驟3:待采集陀螺數據量達到窗口寬度時，將第一段采集到的數據輸入至去噪算法程序，進行降噪處理，在下一個采樣點到來之前，輸出降噪處理后的最后一個數據值， 作為當前時刻陀螺信號的更新值；[0011]步驟4:將更新后的當前采樣點作為姿態實時解算的輸入角速度信息COib，進行姿態的實時結算，輸出當前姿態信息；[0012]步驟5:進入下一個采樣周期，滑動數據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，重復步驟3、步驟4和步驟5，完成捷聯航姿系統中光纖陀螺輸出信號的實時降噪；[0013]本發明所述步驟I中的離線求得預測器系數P、更新器系數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，Md = M/2-1, Nd = N/2-1，且有:[0017]
【權利要求】
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:確定滑動數據窗寬度及預測器系數P和更新器系數U的維數，并離線求得系數P和系數U ； 步驟2:捷聯航姿系統預熱結束后，采集光纖陀螺的輸出數據，當采集數據量少于滑動數據窗寬度時，直接將之作為當前姿態解算的輸入角速度信息《ib，解算后輸出姿態信息(即開始采集數據后的小于第一個滑動數據窗寬度時間內的數據不作處理)； 步驟3:待采集陀螺數據量達到窗口寬度時，將第一段采集到的數據輸入至去噪算法程序，進行降噪處理，在下一個采樣點到來之前，輸出降噪處理后的最后一個數據值，作為當前時刻陀螺信號的更新值； 步驟4:將更新后的當前采樣點作為姿態實時解算的輸入角速度信息《ib，進行姿態的實時結算，輸出當前姿態信息； 步驟5:進入下一個采樣周期，滑動數據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，重復步驟3、步驟4和步驟5，完成捷聯航姿系統中光纖陀螺輸出信號的實時降噪。
2.根據權利權利要求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中的離線求得預測器系數P、更新器系數U滿足如下等式:

3.根據權利權利要求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的降噪算法，利用提升算法對原始信號進行小波分解，分為分裂、預測和更新:
4.根據權利權利要求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由下式決定:
【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 優先權日:2013年10月25日
【發明者】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