干涉型光纤陀螺测试及其随机误差补偿方法研究

摘要

作为一种新型的全固态惯性仪表,光纤陀螺因具有诸多优点而被广泛应用于惯性导航系统中。因为输出信号中含有多种噪声,为更好的了解光纤陀螺的输出特性和误差特性,需要对光纤陀螺进行动态和随机仿真研究。为了提高光纤陀螺的使用精度,对输出信号中包含的随机误差的补偿方法进行了研究,在随机仿真的基础上研究并实现了光纤陀螺随机误差的小波滤波方法。 本文首先介绍了基于Sagnac效应的闭环干涉型光纤陀螺(IFOG)的原理、结构和性能指标。分析了光纤陀螺的噪声因素,外部环境如温度、振动、电磁等的变化是增加光纤陀螺输出信号随机噪声的主要因素,因此为了提高光纤陀螺的使用精度需要对光纤陀螺进行测试、建模、性能指标计算、信号滤波等工作。目前公认的测试标准有IEEE97和GJB2004两种,两者本质上一样,但在细节和性能评价上有所不同,使用不同的方法计算参数随机游走,Allan方差法物理概念清晰,是性能评价的首选方法。光纤陀螺的模型包括物理模型、随机模型、环境模型、扰动模型。IFOG的物理模型可以简化为线性模型,仿真表明系统稳态误差为零,系统是稳定的。IFOG典型的随机噪声有角度随机游走噪声、偏值不稳定性噪声等,用高斯白噪声仿真角度随机游走噪声,用1/f噪声仿真偏置不稳定性噪声,用白噪声的积分来近似速率随机游走噪声,并使用matlab工具实现。本文对IFOG随机误差的补偿方法进行了探索,首先用数字低通滤波器滤除输出信号中包含的高频噪声,对含噪信号进行去噪处理是小波分析的一项重要内容,采用小波软阈值滤波原理抑制信号噪声,给出了相应的实现步骤。通过对仿真的噪声序列以及对实际IFOG输出信号的处理得出基于Sym小波使用Birge-Massart阈值选取方法时滤波效果最佳,并且分解的层数越到,滤波效果越好。结果表明,采用数字低通滤波器和小波滤波能有效抑制IFOG的随机噪声,提高了IFOG的精度。

目录

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第一章绪论

1.1概述

1.2国内外研究与应用现状

1.3论文的内容编排及主要工作

第二章干涉型光纤陀螺的原理及性能指标

2.1前言

2.2 Sagnac效应

2.3干涉型光纤陀螺的实现

2.4干涉型光纤陀螺的理论灵敏度

2.5互易性原理

2.5.1光波传播的互易性

2.5.2光束分离器(分束器)的互易性

2.5.3 IFOG的互易结构

2.6标度因数精度

2.7 IFOG性能指标

2.8本章小结

第三章干涉型光纤陀螺的测试

3.1测试方法比较

3.1.1 IEEE97与GJB95的比较

3.1.2 GJB95与GJB2004的比较

3.2测试环境和测试方案

3.2.1常温环境的介绍

3.2.2温控环境的介绍

3.2.3高速试验和验证实验

3.3测试结果

3.3.1数据基本分析

3.3.2标度因数对温度的建模

3.3.3随机游走系数等参数的计算与Allan方差分析

3.4本章小结

第四章干涉型光纤陀螺仿真器的设计

4.1概述

4.2 IFOG动态建模与仿真

4.2.1数字闭环光纤陀螺的系统分析

4.2.2动态建模与仿真

4.3 IFOG随机建模与仿真

4.3.1 IFOG随机建模

4.3.2 IFOG随机仿真

4.4幂指数噪声(1/fo噪声)的仿真方法

第五章随机误差补偿方法研究

5.1补偿方法概述

5.2数字低通滤波器设计

5.3小波滤波

5.3.1小波变换与多分辨率分析

5.3.2光纤陀螺输出信号的小波去噪研究

5.4本章小结

第六章结论

6.1本文的主要工作

6.2进一步的工作展望

致谢

参考文献