基于小波滤波方法的光纤陀螺信号误差分析

摘要

惯性导航系统(Inertial Navigation System，简称INS)已广泛应用于国防及航空航天等各个领域。随着惯性技术的发展，惯性导航系统主要是以新型光学陀螺代替传统的机械陀螺，以捷联惯导系统代替平台惯导系统。随着光电技术的发展，在惯性系统中，光学传感器成为新一代的惯性测量元件。尤其是光纤陀螺(Fiber Optic Gyroscope，简称FOG)凭借其体积小、重量轻、易维护和良好的性价比等优势，成为中低精度惯性导航系统的首选惯性测量元件。
　　 本课题以实验室自行研制的干涉式光纤陀螺为背景，基于光纤陀螺基本原理，为了进一步提高陀螺精度，对光纤陀螺光路部分各光学器件进行理论分析，并采用Allan方差法辨识随机误差系数，结合小波分析去噪原理滤除光纤陀螺输出信号的噪声。
　　 从光纤陀螺Sagnac效应出发，阐述光纤陀螺基本原理，描述光路互易性，调制解调基本原理-方波调制解调，并针对Y波导半波电压的漂移提出阶梯波调制加四状态方波偏置的方法。
　　 因为构成光纤陀螺中的每个光学器件都是会带来噪声误差，产生各种各样的非互易性效应，这就都导致引起陀螺输出漂移和标度因素的不稳定性，所以针对光源、耦合器、Y波导和光纤环等主要光路器件进行研究，分析引起这些器件产生误差效应的主要原因，并提出相应方法进行改进，提高光纤陀螺精度。
　　 对陀螺输出信号中的各种随机噪声进行具体特性分析，得到各种噪声的基本数学统计特性，并引进Allan方差分析方法对实验室具体光纤陀螺进行性能评价，得到各类噪声源对陀螺性能造成的影响，从而对可能造成光纤陀螺性能下降的因素做出改进。
　　 由于光纤陀螺信号是一种非平稳随机信号，随机噪声大，传统滤波方法已经达不到预定的效果，于是采用基于提升小波的阈值去噪方法，结合陀螺信号特征分析，完成实时滤波算法的小波基、分解尺度、阈值以及阈值函数的设计。并将陀螺滤波前后信号进行比较分析，验证小波去噪的效果。