基于归一化LMS算法的光纤陀螺降噪技术研究

惯导系统对高精度光纤陀螺的输出随机噪声水平要求很高,尤其是角度随机游走将直接影响惯性导航系统的精度.为能有效降低光纤陀螺角度随机游走噪声,分析角度随机游走产生的机理,提出了基于NLMS算法的前向线性预测滤波器(FLP)的降噪方法,该方法比标准LMS算法有更快的收敛速度和良好的动态跟踪特性.用Allan方差法对真实数据滤波前后的噪声水平进行分析比较,结果证明该方法使得光纤陀螺的性能得到了明显的提高,而且该算法简单,工程上易实现,能够有效的提高陀螺的信噪比和惯导系统的对准精度.     

捷联惯导陀螺信号的小波实时滤波器设计

介绍小波去噪步骤和一种实时滤波算法.针对捷联惯导系统中光纤陀螺输出信号的特点和系统导航计算的要求,设计了实时滤波方案,去除了信号中高频部分的噪声,从而抑制了陀螺的随机漂移.通过仿真实验,验证了小波实时滤波算法对陀螺输出信号进行滤波消噪处理的可行性和有效性.     

光电稳定跟踪装置中微机电陀螺应用研究

以微机电陀螺在高精度光电稳定跟踪装置中的应用为背景,研究了陀螺输出噪声对光电稳定跟踪平台精度的影响.结果表明,陀螺噪声会引起平台基准轴的抖动和缓慢漂移.根据微机电陀螺的实测数据,分析了其噪声特性.基于AR模型建立了微机电陀螺的噪声统计模型.研究了基于Kalman滤波的陀螺去噪算法,给出了去噪结果,分析了该算法不能够取得较好滤波效果的原因.针对Kalman滤波在微机电陀螺信号低频去噪方面的局限性,将基于阈值决策的小波去噪方法应用于微机电陀螺的信号处理中,给出了滤波结果.实测结果表明由于后者不依赖于噪声的精确模型,可根据噪声在不同频段的统计特性采用阈值决策滤波,具有更好的抑噪效果.最后给出了两种滤波算法的比较.     

开环光纤陀螺随机噪声特性研究

采用A llan方差法对光纤陀螺输出的随机噪声特性进行分析,建立噪声模型以便于在应用过程中更好地降低输出噪声。搭建陀螺数据采集的硬件平台,对光纤陀螺进行长时间测试,陀螺的输出数据进行去野值处理后应用A llan方差方法辨识其中包含的噪声,并对各种噪声的统计特性进行估计。进行重复性试验,综合多次试验的结果得出光纤陀螺的噪声模型——主要包括量化噪声和角度随机游走。     

小波变换在陀螺信号去噪中的应用

提出了基于小波变换的陀螺信号的滤波方法,利用正交小波使用软阈值对陀螺输出信号进行去噪处理,去除由噪声引起的细节项,从而消除其中的噪声干扰.试验结果表明正交小波对陀螺信号去噪具有比较好的效果.     

小波变换在陀螺信号去噪中的应用

提出了基于小波变换的陀螺信号的滤波方法,利用正交小波使用软阈值对陀螺输出信号进行去噪处理,去除由噪声引起的细节项,从而消除其中的噪声干扰.试验结果表明正交小波对陀螺信号去噪具有比较好的效果.     

微半球谐振陀螺角速度解算优化与噪声抑制方法研究北大核心CSCD

由于微半球谐振陀螺在常规角度解算方法下角度信号会发生突变,导致角速度信号存在周跳现象,针对这一现象,采用一种基于偏导法的角速度解算方法消除跳点,并通过仿真和实验进行了验证。由于硬件噪声以及差分输出等因素,陀螺输出角速度信号噪声较大,针对这一问题,利用自抗扰控制算法抑制噪声,从理论上分析了降噪算法的可行性,并通过仿真和实验进行了验证。设计相应的测控电路进行性能测试,实验结果显示,使用偏导法进行角速度解算消除了原始信号中的跳点现象,使用自抗扰控制算法明显降低了角速度信号的噪声,改进后的零偏稳定性提高了25.63%,角度随机游走降低了83.89%。     

微小光学器件装配系统与实验研究

在激光陀螺谐振腔上精确装配微小光学器件合光棱镜和光电管的过程称为合光,它是激光陀螺制造过程中的关键环节。传统的人工合光装配效率低、质量一致性差,已不能满足激光陀螺的生产需求。因此,本文在分析合光原理的基础上,开发一套由合光机构、信号处理、视觉检测及控制模块等组成的自动合光装配系统。根据合光装配特点,设计了双臂协同运动的合光机构,保证操作精准度的同时提高装配效率。激光陀螺合光信号易受干扰,提出采用Sallen-Key低通滤波器对合光信号进行滤波处理,有效地滤除了残杂噪声。控制模块通过机器视觉辅助完成合光棱镜的粗调,采用层次分析法综合多个评价参数确定光学器件的最佳位姿,实现合光装配自动化。试验结果表明,开发的激光陀螺合光装配系统能够成功地完成光学器件的精确装配。     

晃动基座下激光陀螺捷联导航系统初始对准预滤波新方法

激光陀螺捷联惯性导航系统在晃动基座下进行初始对准,外界的干扰会令激光陀螺和加速度计的噪声增大,从而使初始对准的时间延长,甚至不能完成对准。对激光陀螺和加速度计输出简单的采用低通滤波的方法,并不能有效的抑制传感器噪声。采用小波方法,虽然能够抑制噪声的影响,但是由于小波的高计算复杂度和块处理结构,很难在线实现。针对这个问题,本文提出一种新的预滤波方法,将传感器输出通过低通滤波之后再通过一个基于隐式马尔可夫模型的稳态卡尔曼滤波,这样就能有效的降低基座晃动带来的噪声,同时不降低对准的精度。实验结果表明,本文提出的预滤波方法计算复杂度低,滤波效果明显,能够很好的辅助激光陀螺捷联导航系统在晃动基座下完成精对准。     

抑制压电陀螺仪噪声方法的研究

压电陀螺具有体积小、重量轻、动态范围宽等优点,但其输出的信号易受到噪声的干扰造成有用信号的淹没,因此研究适用于它的噪声抑制方法具有重要的实用价值.以CS62A-3B型压电陀螺仪为例,对噪声的来源进行了分析,针对所含噪声的特点,首先采用中值滤波方法滤除信号中的幅值大的孤立噪声.再结合Matlab工具软件设计的FIR数字低频滤波器对信号进行低频滤波,并给出了滤波算法的源代码.实现了信噪分离的目的,提高了信噪比,并通过Matlab的仿真功能对实际压电陀螺仪输出的信号进行验证.仿真表明,这两种方法的混合使用对压电陀螺仪噪声的抑制有明显效果.     

基于改进小波阈值的激光陀螺漂移信号降噪

针对固定阈值法对激光陀螺漂移信号去除噪声会出现"过扼杀"小波系数的现象,提出一种称为E-median的小波阈值.信号进行平稳小波变换,计算各尺度高频小波系数的E-median阈值,采用软阈值法修正高频小波系数,通过平稳小波逆变换重构信号.对激光陀螺漂移仿真信号和实测信号去除噪声,该阈值均能保留原信号的特征并有效去除噪声...     

基于粒子滤波的陀螺随机漂移预测模型研究

陀螺随机漂移是弱的非平稳非线性信号,传统的线性化参数估计方法会导致模型参数不精确。提出采用粒子滤波的方法对陀螺随机漂移时间序列AR模型进行滤波处理,试验结果表明:粒子滤波不仅消除了非线性对陀螺漂移的影响还克服了AR模型的参数估计误差。与UKF滤波方法相比,粒子滤波的随机量不受高斯分布的限制而且滤波结果可以达到或超过UKF。     

基于磁电编码器MEMS陀螺标定及高阶滤波的动态滞后补偿方法研究

在航空航天、无人机、云台等具有高隔离度要求的伺服应用领域,具有高精度、高稳定性的陀螺反馈系统是伺服系统达到目标隔离度的必要条件。针对多轴陀螺系统解耦困难,难以消除机械安装偏差,以及输出信号噪声大等问题,提出了采用基于磁电编码器陀螺标定及解耦方法,为了降低系统噪声对于陀螺信号输出精度的影响,提出陀螺信号高阶低通滤波及滞后补偿方法。设计了一套空间大小仅为40 mm×25 mm×20 mm的双轴CRM100陀螺硬件平台,在双轴陀螺硬件平台的环境下,对陀螺误差标定、陀螺高频噪声信号滤波及延时特性进行研究,并基于多阶低通滤波对双轴微机电(MEMS)陀螺进行高动态滞后补偿。实验结果表明,所提方法有效抑制了高频扰动对陀螺信号解算的影响,系统运行稳定可靠,陀螺的输出误差最大不会超过0.5°/s。并在1°/3 Hz和3°/1 Hz的外部扰动条件下,对伺服系统的隔离度进行了实验测试。     

应用Kalman滤波器提高机抖激光陀螺姿态测量系统瞬时精度的方法

机械抖动激光陀螺输出的原始数据不仅包含了外界的惯性输入的角速率信息,还包含了抖动信号的角速率信息,通常使用线性相位FIR滤波器去除机械抖动信号,信号经滤波后其所有频率成分都将产生一定时间的延迟,这将对由机抖陀螺组成的高精度实时姿态测量系统造成影响.本文提出了一种基于姿态角运动跟踪预测模型和Kalman预测的姿态测量滤波延迟补偿方法.实验结果表明,本方法能有效估计并预测运动载体的姿态运动,补偿由于FIR滤波器时间延迟带来的不利影响,提高姿态测量系统的实时性和瞬时精度.     

基于Allan方差的时栅角位移传感器误差识别

为更有效地识别时栅角位移传感器误差的主要来源,根据时栅误差特性,提出一种基于Allan方差的时栅位移传感器误差分析方法。应用该方法结合时栅物理结构和实验数据分析误差特性,将误差分为6类:量化噪声、角度随机游走、速率随机游走、速率斜坡、零偏不稳定性以及正弦噪声,并构建时栅误差辨识模型。运用所构建的误差辨识模型对时栅的数据进行分析,得到6类误差的特征系数,从而确定时栅误差的主要来源。实验研究结果表明该方法能较直接地反映时栅误差特点及主要误差来源,为提高时栅误差补偿和动态滤波精度奠定了基础。     

利用信号相关性抑制光纤陀螺强度噪声

提出了一种利用陀螺干涉信号和耦合器空闲端信号相关性估计光源强度噪声抑制效果的方法,并在现场可编程门阵列(FPGA)中进行了实时估计.根据估计结果,判决是否进行强度噪声相减,以提高光纤陀螺强度噪声抑制方法的可靠性.理论分析表明,强度噪声抑制效果与信号相关性直接相关.利用该方法,对某高精度干涉型光纤陀螺进行了实验.结果表明,当陀螺干涉信号和耦合器空闲端信号互相关系数为0.91时,干涉信号噪声方差降低至17.16％,然而,当上述互相关系数为0.28时,噪声相减法反而使干涉信号噪声方差增大至143.18％,由此验证了理论分析结果.利用该方法可以在线检测陀螺干涉信号和耦合器空闲端信号的相关性,进而避免噪声相减法中当陀螺干涉信号和耦合器空闲端信号相关性较差时,光纤陀螺噪声不降反升的情况,提高了强度噪声相减法的可靠性.     

基于经验模分解的陀螺信号去噪

陀螺随机漂移是影响寻北精度的重要因素,小波消噪方法对小波基和分解尺度等因素依赖性较强。提出了一种新的基于功率谱密度准则的经验模态分解(EMD)去噪方法,可有效解决传统EMD去噪自适应滤波器截止阶数难以确定的难题,该方法将经验模态分解得到的固有模态函数(IMF)分为信号分量起主导作用模态与噪声分量起主导作用模态,并对噪声分量起主导作用的模态进行类似小波软阈值去噪的方法进行滤波,然后与信号分量起主导作用的模态共同对信号重建实现去噪。将该方法应用于测试信号与陀螺信号的去噪,结果表明:新方法能有效地判断噪声与信号起主导作用的模态分界点,具有良好的去噪效果,且不受主观参数的影响,具有自适应性。     

降低动力调谐陀螺输出噪声的方法

视轴Line of sight(LOS)抖动量的大小直接影响到陀螺稳定平台的性能,引起该抖动的主要原因之一是系统中动力调谐陀螺Dynamically tuned gyro(DTG)的输出噪声.通过对动力调谐陀螺输出噪声的分析,选用Kalman滤波方法来降低陀螺的输出噪声.仿真实验表明,所采用的方法可降低噪声4.7dB,滤波是合理有效的.     

冷原子干涉陀螺仪实现及其性能分析

介绍了三脉冲对抛式冷原子干涉陀螺的物理实现过程,分析了其主要噪声来源及其作用机理,并介绍了相应的噪声抑制方法。在此基础上,采用灵敏度函数分析方法对拉曼激光相位噪声、反射镜振动噪声两种主要噪声进行分析,得到其对于干涉相位结果及测量稳定性的准确影响,基于此可以实现典型噪声的准确抑制,为后续陀螺精度的提高提供了理论依据。此外,为了进行系统整体性能评估,参考Allan方差方法对冷原子陀螺进行了陀螺噪声性能测试分析,为后续冷原子干涉陀螺应用于惯性导航系统提供了参考指标。     

半球谐振陀螺滤波算法研究

针对半球谐振陀螺输出信号噪声的特点,提出了一种处理该噪声的前向线性预测(FLP)滤波与小波变换相结合的滤波方法,运用Allan方差法对滤波结果进行了分析.该方法以FLP滤波作为前段滤波器,采用DB4小波函数的强制阈值小波变换作为第二级滤波器.为了改进该级联滤波算法的不足,提出了基于神经网络的滤波融合算法.仿真结果表明,该滤波融合算法保留了级联滤波算法的优势,同时最大程度的保留了信息的完整度,滤波精度得到极大提高.