专利名称：一种快速切换光纤陀螺动静态输出数据的方法
技术领域：
本发明涉及一种快速切换光纤陀螺动静态输出数据的方法。
技术背景光纤陀螺在实际的使用环境中，动态和静态下的使用要求是不同的。光纤 陀螺在动态情况下，敏感到的角速度变化快，光纤陀螺输出信号的幅值较大， 信噪比较高，此时要求实时追踪角速度的变化，对输出数据的滤波功能要求不 高，可以直接输出单点数据；而在静态情况下，光纤陀螺输出信号的幅值很小， 趋近于0，信噪比较低，需要对单点数据采用数据处理方法提高精度才可以满足 要求。针对上述情况，需要一种能够有效区分光纤陀螺处于动态或静态，快速在 二者之间完成切换，保证输出信号的连续性和准确性的信号处理方法。 发明内容本发明的目的是在保证光纤陀螺动静态输出精度的前提下，提供一种快速切换光纤陀螺动静态输出数据的方法。快速切换光纤陀螺动静态输出数据的方法包括步骤如下-o光纤陀螺启稳后，以归一化后的光纤陀螺单点输出数据作为数据处理对象，归一化后的数据单位为度/小时；2) 根据阈值判断法确定光纤陀螺处于动态或静态情况，在动态情况时，直 接输出单点数据，在静态情况时，采用惯性滤波方法输出单点数据；3) 从动态输出切换到静态输出后，采用中值逼近法加速完成接近静态稳态 值过程。所述的阈值判断法的步骤如下-1) 实时计算归一化后的光纤陀螺单点输出数据的标准差a，取6倍a为阈 值，若当前单点输出数据大于阈值视为动态情况，否则为静态情况；2) —旦发生状态切换，重新开始实时计算归一化后的光纤陀螺单点输出数 据的标准差c，取6倍cr为阈值，若当前单点输出数据大于阈值视为动态情况， 否则为静态情况。所述的中值逼近法的步骤如下1)从动态切换到静态输出后，将滤波初始值设为0度/小时，用滤波后的单 点输出数据的前10个值的均值作为判据，若该值比0大，则修改滤波当前输出值为7.5度/小时，否则为-7.5度/小时；2) 滤波当前值调整为7.5度/小时后，用滤波后的单点输出数据的前10个 值的均值作为判据，若该值比7.5度/小时大，则修改滤波当前输出值为11.25度 /小时，否则为3.75度/小时；滤波当前值调整为-7.5度/小时后，用滤波后的单点 输出数据的前10个值的均值作为判据，若该值比-7.5度/小时大，则修改滤波当 前输出值为-3.75度/小时，否则为-11.25度/小时；3) 滤波当前值调整为11.25度/小时后，用滤波后的单点输出数据的前10 个值的均值作为判据，若该值比11.25度/小时大，则修改滤波当前输出值为 13.125度/小时，否则为9.375度/小时；滤波当前值调整为3.75度/小时后，用滤 波后的单点输出数据的前10个值的均值作为判据，若该值比3.75度/小时大， 则修改滤波当前输出值为5.625度/小时，否则为1.875度/小时；滤波当前值调 整为-11.25度/小时后，用滤波后的单点输出数据的前IO个值的均值作为判据， 若该值比11.25度/小时大，则修改滤波当前输出值为-9.375度/小时，否则为 -13.125度/小时；滤波当前值调整为-3.75度/小时后，用滤波后的单点输出数据 的前10个值的均值作为判据，若该值比-3.75度/小时大，则修改滤波当前输出 值为-1.875度/小时，否则为-5.625度/小时。本发明针对光纤陀螺动静态下的不同要求采用不同的信号处理方法，能够 有效区分光纤陀螺处于动态或静态，实现快速切换光纤陀螺动静态下的输出数 据；该方法适用于开环或闭环方案的光纤陀螺；完全适合在线使用，在实际的 陀螺工作环境中进行；软件方法实现，不增加硬件开销；不影响系统带宽。
图1是光纤陀螺动静态输出数据处理的框图； 图2是动态切换到静态后中值逼近法数据处理的框图-， 图3是利用niatlab仿真的光纤陀螺动静两种状态下的输出图； 图4是利用matlab仿真的动态进入静态后直接惯性滤波的输出图； 图5是利用matlab仿真的动态进入静态后中值逼近法和惯性滤波结合的输 出图。
具体实施方式
光纤陀螺中主要的噪声源均可以看作是白噪声，根据微弱信号检测理论可知，它的瞬时噪声幅值基本在土3C7内，O"为噪声的均方根值。将光纤陀螺单点输 出数据进行归一化处理，实时计算单点输出数据的标准差(T，以6倍的C7作为动 静态的阈值，当前单点输出数据低于该阈值时为静态情况，否则为动态情况，利用上述原则可以有效区分光纤陀螺的动静态。由于动态情况下，实时性要求 高，静态情况下，精度要求高，所以动态下直接输出单点数据，静态情况下， 采用惯性滤波方法输出单点数据。利用上述方法从静态输出切换到动态输出时，不产生任何问题。从动态输出切换到静态输出时，由于进入到6倍的cr内就默认为静态输出，此时开始以惯 性滤波方法输出单点数据。由于惯性滤波的建立时间与滤波初始值和最终稳态 值的差值有关，差值越大，建立时间越长，为了可以快速追踪到静态的最终稳 态值，采用中值逼近法来加速实现这一过程。中值逼近法的基本原理是进行区间判断，切换到静态输出后，将滤波初始 值设为0，然后用滤波后的单点输出数据的前IO个值的均值作为判据，最终将 新的滤波初始值分配在1.875度/小时，5.625度/小时，9.375度/小时，13.125度 /小时4个不同的数值开始滤波，比原来6cr内的任一数值开始进行滤波相比，可 以极大地縮短追踪到静态稳态值的时间。下面结合附图和实施对本发明作进一步说明-图1是光纤陀螺动静态输出数据处理的框图，光纤陀螺启稳后，以归一化 后的光纤陀螺单点输出数据作为数据处理对象，归一化后的数据单位为度/小时； 根据阈值判断法确定光纤陀螺处于动态或静态情况，在动态情况时，直接输出 单点数据，在静态情况时，采用惯性滤波方法输出单点数据；从动态输出切换 到静态输出后，采用中值逼近法加速完成接近静态稳态值过程。其中阈值判断 法的过程包括实时计算归一化后的光纤陀螺单点输出数据的标准差C7，取6 倍^r为阈值，若当前单点输出数据大于阈值视为动态情况，否则为静态情况；一 旦发生状态切换，重新开始实时计算归一化后的光纤陀螺单点输出数据的标准 差^T，取6倍C7为阈值，若当前单点输出数据大于阈值视为动态情况，否则为静 态情况。图2是动态切换到静态下中值逼近法数据处理的框图，动态和静态两种状 态根据6倍cr的阈值判断法直接完成切换，输出相应的单点数据。从动态切换到 静态输出后，将滤波初始值设为0度/小时，用滤波后的单点输出数据的前10个 值的均值作为判据，若该值比0大，则修改滤波当前输出值为7.5度/小时，否 则为-7.5度/小时；滤波当前值调整为7.5度/小时后，用滤波后的单点输出数据的前10个值的 均值作为判据，若该值比7.5度/小时大，则修改滤波当前输出值为11.25度/小 时，否则为3.75度/小时；滤波当前值调整为-7.5度/小时后，用滤波后的单点输出数据的前10个值的均值作为判据，若该值比-7.5度/小时大，则修改滤波当前 输出值为-3.75度/小时，否则为-11.25度/小时；滤波当前值调整为11.25度/小时后，用滤波后的单点输出数据的前10个值 的均值作为判据，若该值比11.25度/小时大，则修改滤波当前输出值为13.125 度/小时，否则为9.375度/小时；滤波当前值调整为3.75度/小时后，用滤波后的 单点输出数据的前10个值的均值作为判据，若该值比3.75度/小时大，则修改 滤波当前输出值为5.625度/小时，否则为1.875度/小时；滤波当前值调整为-11.25 度/小时后，用滤波后的单点输出数据的前10个值的均值作为判据，若该值比 11.25度/小时大，则修改滤波当前输出值为-9.375度/小时，否则为-13.125度/小 时；滤波当前值调整为-3.75度/小时后，用滤波后的单点输出数据的前10个值 的均值作为判据，若该值比-3.75度/小时大，则修改滤波当前输出值为-1.875度 /小时，否则为-5.625度/小时。图3是利用matlab仿真的光纤陀螺动静两种状态下的输出图，input表示输 入信号，output表示输出信号，可以看到input在50000点处由动态转变为静态， 利用阈值判断法output立即作出了切换，同时动静态下采用了不同的信号处理 方法，可以同时满足动态实时性和静态高精度的要求。图4是利用matlab仿真的动态进入静态后直接惯性滤波的输出图，假设静 态的稳态值为8度/小时，滤波初始值为-20度/小时，采样率为3000Hz，若以从 滤波开始到进入静态稳态值的7%的波动范围这段时间为滤波建立时间，则采用 直接惯性滤波的方法，滤波建立时间为21.42s。图5是利用matlab仿真的动态进入静态后中值逼近法和惯性滤波结合的输 出图，基于同样假设，经过三次设定滤波初始值的过程，最终从9.375度/小时 开始滤波，滤波建立时间仅为0.0054s，比单独使用惯性滤波方法，极大地降低 了接近静态稳态值的时间。
权利要求
1、一种快速切换光纤陀螺动静态输出数据的方法，其特征在于包括步骤如下1)光纤陀螺启稳后，以归一化后的光纤陀螺单点输出数据作为数据处理对象，归一化后的数据单位为度/小时；2)根据阈值判断法确定光纤陀螺处于动态或静态情况，在动态情况时，直接输出单点数据，在静态情况时，采用惯性滤波方法输出单点数据；3)从动态输出切换到静态输出后，采用中值逼近法加速完成接近静态稳态值过程。
2. 根据权利要求1所述的一种快速切换光纤陀螺动静态输出数据的方法，其 特征在于所述的阈值判断法的步骤如下1) 实时计算归一化后的光纤陀螺单点输出数据的标准差C7，取6倍a为阈值，若当前单点输出数据大于阈值视为动态情况，否则为静态情况；2) —旦发生状态切换，重新开始实时计算归一化后的光纤陀螺单点输出数 据的标准差cr,取6倍c为阈值，若当前单点输出数据大于阈值视为动态情况， 否则为静态情况。
3. 根据权利要求1所述的一种快速切换光纤陀螺动静态输出数据的方法，其 特征在于所述的中值逼近法的步骤如下1)从动态切换到静态输出后，将滤波初始值设为0度/小时，用滤波后的 单点输出数据的前10个值的均值作为判据，若该值比0大，则修改滤波当前输 出值为7.5度/小时，否则为-7.5度/小时；2) 滤波当前值调整为7.5度/小时后，用滤波后的单点输出数据的前10个 值的均值作为判据，若该值比7.5度/小时大，则修改滤波当前输出值为11.25度 /小时，否则为3.75度/小时；滤波当前值调整为-7.5度/小时后，用滤波后的单点 输出数据的前10个值的均值作为判据，若该值比-7.5度/小时大，则修改滤波当 前输出值为-3.75度/小时，否则为-11.25度/小时；3) 滤波当前值调整为11.25度/小时后，用滤波后的单点输出数据的前10 个值的均值作为判据，若该值比11.25度/小时大，则修改滤波当前输出值为 13.125度/小时，否则为9.375度/小时；滤波当前值调整为3.75度/小时后，用滤 波后的单点输出数据的前10个值的均值作为判据，若该值比3.75度/小时大， 则修改滤波当前输出值为5.625度/小时，否则为1.875度/小时；滤波当前值调整为-11.25度/小时后，用滤波后的单点输出数据的前10个值的均值作为判据， 若该值比11.25度/小时大，则修改滤波当前输出值为-9.375度/小时，否则为 -13.125度/小时；滤波当前值调整为-3.75度/小时后，用滤波后的单点输出数据 的前10个值的均值作为判据，若该值比-3.75度/小时大，则修改滤波当前输出 值为-1.875度/小时，否则为-5.625度/小时。
全文摘要
本发明公开一种快速切换光纤陀螺动静态输出数据的方法。以归一化后的光纤陀螺单点输出数据作为数据处理对象；利用阈值判断法判定光纤陀螺处于动态或静态并完成相互切换；针对两种状态采用不同的信号处理方法；从动态切换到静态输出后，采用中值逼近法加速完成接近静态稳态值的过程。本发明针对光纤陀螺动静态下的不同要求采用不同的信号处理方法，能够有效区分光纤陀螺处于动态或静态，实现快速切换光纤陀螺动静态下的输出数据；适用于开环或闭环方案的光纤陀螺；完全适合在线使用，在实际的陀螺工作环境中进行；软件方法实现，不增加硬件开销；不影响系统带宽。
文档编号G01C19/72GK101236083SQ20081006010
公开日2008年8月6日 申请日期2008年3月6日 优先权日2008年3月6日
发明者承 刘, 淼 程, 胡慧珠, 舒晓武 申请人:浙江大学