再平衡回路模型分析与噪声消除

摘要

再平衡回路是影响惯性组件系统精度的关键因素之一,其功能是为惯性元件(加速度计/陀螺仪)提供控制和测试回路,改善系统动静态特性,提升测试精度。近几十年来,随着导航技术的发展,对再平衡回路的要求也越来越高。再平衡回路在工作过程中会耦合到各种电磁和热噪声,分离消除回路噪声,提取有用信号,对于提升惯性系统的性能和导航精度有着十分重要的意义。本文以消除再平衡回路的回路噪声为目的,以再平衡回路为研究对象,采用半实物仿真的方法,主要从再平衡回路设计、回路噪声分析、表头特性参数计算、模型参数辨识、LMS自适应消噪等方面展开了研究。
　　1、基于惯性系统的控制与测试要求,对再平衡回路进行了分析,设计了信号调理单元、控制器单元、功率放大电路等模块,并对电路部分的噪声影响进行了分析量化计算,确定其对回路及系统测试的影响。
　　2、以挠性元件(加速度计、陀螺仪)为研究对象,计算了表头的特征参数,分析其性能指标。接下来,以加速度计系统为例,进行参数模型辨识,设计多谐差相信号作为激励,选用最小二乘算法作为参数估计方法,建立ARX模型,对惯性系统输入、输出数据进行拟合,进行惯性元件系统的开环辨识,得到加速度计的性能指标,并与计算值进行对比验证,并分析误差原因,为后续的消噪处理提供先验知识和理论依据。
　　3、介绍了基于自适应滤波原理的LMS消噪算法,对其进行归一化处理,并提出了一种适用于再平衡回路技术的改进的时变步长LMS算法,编写LMS的消噪算法,调节滤波器参数,进行仿真,并与RLS、卡尔曼滤波等滤波方式进行分析对比。以某型号的动力调谐陀螺仪和加速度计为例,采集输入、输出信号,进行基于上述LMS算法的自适应消噪实验,将耦合进再平衡回路的电磁噪声作为背景噪声消去,提取出有用信号,并进行验证试验。实验结果表明,设计的LMS自适应消噪算法对于低频段的回路噪声有一定的滤除效果,可有效的提升回路性能。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1选题背景及意义

1.2惯性元件再平衡回路的发展及现状

1.3课题主要研究内容

第二章 再平衡回路的结构设计与分析

2.1再平衡回路的工作原理

2.2信号调理单元

2.3控制器单元

2.4功率放大电路

2.5本章小结

第三章 系统模型的参数辨识

3.1惯性元件的重要性能参数分析

3.2系统参数辨识设计

3.3系统辨识实验

3.4惯性元件表头性能分析

3.5本章小结

第四章 基于LMS自适应滤波的回路噪声分析

4.1自适应滤波原理

4.2自适应消噪的LMS算法

4.3 LMS算法与RLS算法的比较

4.4回路噪声消除实验

4.5本章小结

第五章 总结与展望

5.1论文总结

5.2课题展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢