一种光纤陀螺随机漂移实时滤波方法
【专利摘要】本发明公开了一种光纤陀螺随机漂移实时滤波方法，与现有技术相比，本发明在船用捷联航姿系统中，对采集到的光纤陀螺信号进行实时降噪处理：利用第二代小波的提升算法将滑动数据窗中的数据进行指定层数的分解，得到各层的小波系数和最后一层的尺度系数；对分解后的各层小波系数，建立相应的阈值规则，对其进行阈值量化处理；将处理后的小波系数，结合最后一层的尺度系数，逐级重构各层尺度系数，得到降噪处理后的信号；本发明有效提高了光纤陀螺信号实时降噪的处理精度和反应速度，继而抑制了姿态信息误差；在应用过程中，滑动数据窗宽度、小波分解层数等参数的设置较为简便，可根据仿真实验得到的经验值进行设定。
【专利说明】一种光纤陀螺随机漂移实时滤波方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种信号的消噪方法，尤其涉及一种应用于捷联航姿系统中的光纤陀螺随机漂移实时滤波方法。
【背景技术】
[0002]光纤陀螺其是以Sagnac效应为基础而发展起来的新型全固态陀螺仪，作为主要惯性敏感元件之一，由于其具有潜在的最好的性能、成本比而倍受青睐，已成为新一代中低精度捷联惯性导航、制导系统中的理想惯性器件。但是，由于原理、加工与装配工艺不完善等造成陀螺漂移，成为系统误差的主要来源，严重影响着惯导系统的初始对准精度及导航精度。
[0003]光纤陀螺的漂移包含两种成分:一种是具有确定性质的、有规律的、有系统性的漂移；另一种是由非确定性的随机性质干扰引起的随时间变化的随机漂移。对应前者，可以对这种确定性漂移进行建模，通过数学模型的软件补偿进行消除，这是比较容易做到的。而对于后者，目前采用较多的处理技术包括两种:一、对光纤陀螺的随机漂移进行时间序列建模，依据模型设计卡尔曼滤波器，通过卡尔曼滤波对随机漂移进行抑制；二、采用数字滤波器对光纤陀螺的漂移进行抑制，通过滤波器对光纤陀螺的漂移进行抑制。但实际情况中，由于光纤陀螺的输出受包括探测器噪声、光路噪声、电路噪声和环境变化引起的大量噪声影响，且这些噪声是时变的，故事先不能得到准确的误差统计特性，难以得到准确的漂移模型。因此，利用第一种方法无法得到理想的抑制效果。另外，由于随机漂移的频域特性不明确，增加了数字滤波器的设计难度，第二种方法也有其固有的缺陷。
[0004]针对光纤陀螺信号中的随机漂移和噪声，从抑制噪声的角度出发，消除噪声，对光纤陀螺的随机漂移也有抑制和补偿作用，是比较可行的一种方法。在实际系统中，为满足降噪的实时性要求，通常需要降噪的方法具有在线处理能力。因此，如何设计一种既优化了降噪效果，又提高了算法运算速度、简化了降噪处理过程的实时消噪方法，对光纤陀螺的不确定性随机漂移和噪声进行实时直接滤除，对捷联航姿系统精度的提高起着至关重要的作用。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是要提供一种应用于捷联航姿系统中的光纤陀螺随机漂移实时滤波方法。
[0006]为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的:
[0007]本发明包括以下步骤:
[0008]步骤1:确定滑动数据窗宽度及预测器系数P和更新器系数U的维数，并离线求得系数P和系数U ；
[0009]步骤2:捷联航姿系统预热结束后，采集光纤陀螺的输出数据，当采集数据量少于滑动数据窗宽度时，直接将之作为当前姿态解算的输入角速度信息《ib，解算后输出姿态信息(即开始采集数据后的小于第一个滑动数据窗宽度时间内的数据不作处理)；[0010]步骤3:待采集陀螺数据量达到窗口宽度时，将第一段采集到的数据输入至去噪算法程序，进行降噪处理，在下一个采样点到来之前，输出降噪处理后的最后一个数据值， 作为当前时刻陀螺信号的更新值；[0011]步骤4:将更新后的当前采样点作为姿态实时解算的输入角速度信息COib，进行姿态的实时结算，输出当前姿态信息；[0012]步骤5:进入下一个采样周期，滑动数据窗实时地平移一个点，总包含最新的采样点作为窗口的最后一个值，重复步骤3、步骤4和步骤5，完成捷联航姿系统中光纤陀螺输出信号的实时降噪；[0013]本发明所述步骤I中的离线求得预测器系数P、更新器系数U满足如下等式:[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 为偶数，Md = M/2-1, Nd = N/2-1，且有:[0017]
【权利要求】
1.一种光纤陀螺随机漂移实时滤波方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤1:确定滑动数据窗宽度及预测器系数P和更新器系数U的维数，并离线求得系数P和系数U ； 步骤2:捷联航姿系统预热结束后，采集光纤陀螺的输出数据，当采集数据量少于滑动数据窗宽度时，直接将之作为当前姿态解算的输入角速度信息《ib，解算后输出姿态信息(即开始采集数据后的小于第一个滑动数据窗宽度时间内的数据不作处理)； 步骤3:待采集陀螺数据量达到窗口宽度时，将第一段采集到的数据输入至去噪算法程序，进行降噪处理，在下一个采样点到来之前，输出降噪处理后的最后一个数据值，作为当前时刻陀螺信号的更新值； 步骤4:将更新后的当前采样点作为姿态实时解算的输入角速度信息《ib，进行姿态的实时结算，输出当前姿态信息； 步骤5:进入下一个采样周期，滑动数据窗实时地平移一个点，总包含最新的采样点作为窗口的最后一个值，重复步骤3、步骤4和步骤5，完成捷联航姿系统中光纤陀螺输出信号的实时降噪。
2.根据权利权利要求1所述的光纤陀螺随机漂移实时滤波方法，其特征在于:所述步骤I中的离线求得预测器系数P、更新器系数U满足如下等式:
3.根据权利权利要求1所述的光纤陀螺随机漂移实时滤波方法，其特征在于:所述步骤3中的去噪算法程序，其特征为: 建立以第二代小波变换的阈值去噪法为基础的降噪算法，利用提升算法对原始信号进行小波分解，分为分裂、预测和更新:
4.根据权利权利要求3所述的光纤陀螺随机漂移实时滤波方法，其特征在于:所述建立阈值降噪法的改进阈值处理策略包括: 确定每层阈值:采用通用阈值法，第j层阈值L由下式决定:
【文档编号】G01C19/64GK103557856SQ201310508747
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年10月25日 优先权日:2013年10月25日
【发明者】孙枫, 夏健钟, 奔粤阳, 李敬春, 杨晓龙, 阮双双, 赵维珩 申请人:哈尔滨工程大学