[發明專利]一種基于交疊M帶離散小波變換的光纖陀螺信號去噪方法

有效

• 申請號: 201110425096.2
• 申請日: 2011-12-17
• 公開（公告）號: CN102519449A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發明（設計）人: 崔培玲;張會娟;全偉
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01C19/72
• 分類號: G01C19/72
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 成金玉

技術領域

本發明涉及一種基于交疊M帶離散小波變換(Overlap?M-band?Discrete?Wavelet?Transform，OMDWT)的光纖陀螺信號去噪方法，屬于慣性導航技術領域。

背景技術

光纖陀螺是以Sagnac效應為基礎而發展起來的新型全固態陀螺儀，受到世界各國的高度重視，已成為新一代中低精度捷聯慣性導航、制導系統中的理想慣性器件。捷聯式慣導系統中的一個關鍵技術是如何完全自主地實現快速初始對準，即快速自主地確定載體的初始方位角和水平姿態角。影響方位對準(尋北)精度的主要因素是陀螺漂移，有效地消除陀螺漂移是保證方位對準精度的關鍵。

光纖陀螺漂移可分為系統性漂移和隨機漂移兩種類型。由于隨機漂移是弱非線性的、慢時變的，同時受外部環境等不確定性因素的影響，無法建立其精確系統模型，在慣導系統中不能用簡單的方法加以補償，因此隨機漂移成為衡量陀螺儀精度的重要指標。為了提高初始對準精度，必須采用有效的信號處理方法對陀螺信號處理，來抑制這些隨機漂移。目前對陀螺信號的處理有兩種思想：(1)建立陀螺隨機漂移模型，使用Kalman濾波、Wiener濾波等方法進行補償；(2)直接對陀螺輸出信號進行消噪處理。常用方法有數字低通濾波、自適應濾波和小波變換閾值濾波等。鑒于隨機漂移的特性，事先不可能得到精確的統計特性，需要采用直接濾波方法對陀螺信號進行去噪處理。

小波具有較好的時頻分辨特性，因此被應用到光纖陀螺信號的去噪中。現有的基于小波理論的光纖陀螺信號分析研究中，都是基于2帶小波的，去噪結果具有一定的局限性，主要體現在兩方面：一方面，隨著分解的進行，小波系數的長度以2倍關系遞減，分解速度慢；另一方面，光纖陀螺信號循環移動一定節拍后，其離散小波變換(Discrete?Wavelet?Transform，DWT)小波系數和尺度系數不能循環移動同樣節拍，去噪效果差。

發明內容

本發明的技術解決問題是：本發明的技術是針對已有的光纖陀螺信號分析方法中的不足，將交疊M帶離散小波變換引入陀螺信號去噪。一方面，克服了基于2帶小波的光纖陀螺信號處理分解速度慢的不足，M帶小波理論為小波基的選取提供了更廣泛的選擇余地；在分解子帶數相同條件下，M帶離散小波變換(M-band?Discrete?Wavelet?Transform，MDWT)中信號是按多通道進行分解的；另一方面，克服了基于2帶小波進行光纖陀螺信號去噪時，光纖陀螺信號循環移動一定節拍后，DWT小波和尺度系數不能循環移動同樣節拍的不足。

本發明的技術解決方案是：本發明提出了一種基于交疊M帶離散小波變換的光纖陀螺信號去噪方法，給出了計算有效的光纖陀螺信號分解、門限閾值處理和重構算法。具體步驟如下：

(1)建立光纖陀螺輸出信號模型

其中，X_t為光纖陀螺輸出信號；t＝0，...，N-1，N表示光纖陀螺輸出信號的長度；ω_ie為地球自轉角速率，ω_ie＝7.27×10^-5rad/s；為測試點的地理緯度；ε_t為陀螺漂移，陀螺漂移由常值分量、周期分量和白噪聲組成，即：

ε_t＝ε_d+Ω_dsin(2πf_d+θ₀)+W_t

其中，ε_d為常值分量，短時間內近似為一個常數；Ω_d為周期分量的幅值；f_d為周期分量的頻率；θ₀為初始相位；W_t為零均值高斯白噪聲。式中的Ω_dsin(2πf_d+θ₀)和W_t兩項構成了光纖陀螺輸出的隨機漂移項。

(2)對光纖陀螺輸出信號作OMDWT小波分解

對步驟(1)得到的長度N的光纖陀螺輸出信號X_t作OMDWT變換，將OMDWT變換所得到的第j尺度的OMDWT小波系數和尺度系數分別用N維矢量和表示，則對應的元素和對應的元素分別為：