光纤陀螺实时去噪技术及其测试分析平台的实现研究

摘要

光纤陀螺是一种新型角速率传感器，相对于传统机电陀螺，无运动部件和磨损部件，具有可靠性高、寿命长、体积小、质量轻、功耗低、动态范围大、启动快速、频带范围宽等优点，因此广泛应用于航空、航天、航海等领域。 光纤陀螺由于工作原理、结构特点和工作环境影响，输出信号中包含大量的随机噪声。通过数字信号处理的方法对光纤陀螺信号进行去噪，是提高其测量精度的一种有效措施。传统去噪方法是基于经典滤波理论的信号与噪声谱不重叠的观点，通过设置低通、高通等滤波器来剔除滤波器频带以外的噪声，当信号与噪声谱重叠较严重时，难以达到较好的去噪效果。另外，光纤陀螺由于个体差异，使用前必须对其各项性能之标进行测试。传统的测试方法主要利用人工手动完成，效率较低，工作量大。 针对以上问题，本文首先对光纤陀螺性能评估和测试方法进行了全面总结和分析。对光纤陀螺时间序列建模理论进行了深入研究，在此基础上实现了卡尔曼滤波在光纤陀螺信号去噪中的应用。同时本文对小波变换和阈值去噪理论进行了深入的研究，并从工程应用的角度出发对基于滑动时窗的实时小波去噪方法进行了改进，提出一种快速小波分解方法，在此基础上实现了实时小波去噪在光纤陀螺信号去噪中的应用。通过大量实验分析和比较，验证了两种去噪方法具有较好的实时性和去噪效果。 在上述理论研究的基础上，本文设计了光纤陀螺测试分析平台方案，并选用图形化编程语言LabVIEW作为开发工具，研究并实现了光纤陀螺测试分析平台。该平台可实现光纤陀螺性能标定、性能分析、实时信号去噪等功能，同时可以完成光纤陀螺寻北应用的功能。该平台可为光纤陀螺提供较好的性能测试和分析手段，具有重要的工程应用价值。