[發明專利]基于Allan方差與ARMA模型分析提高陀螺儀測量精度的方法

有效

• 申請號: 201310653427.7
• 申請日: 2013-12-05
• 公開（公告）號: CN103674062A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 麥曉明;程駿超;彭向陽;李建利;王柯;焦峰;徐曉剛;王文建;毛先胤
• 申請（專利權）人: 廣東電網公司電力科學研究院;北京航空航天大學
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00
• 代理公司: 廣州知友專利商標代理有限公司 44104
• 代理人: 周克佑

1.一種基于Allan方差與ARMA模型分析提高陀螺儀測量精度的方法，該方法包括如下步驟：

（1）采集陀螺儀在靜態環境下輸出的原始角速率隨機誤差數據：將陀螺儀安裝在三軸速率轉臺上，調整三軸速率轉臺使得陀螺儀的測量軸與當地東向重合，保持三軸速率轉臺靜止，從而保證陀螺儀的輸入角速度為0，記錄10小時陀螺儀輸出的原始角速率數據為x⁽⁰⁾(n)(n＝1,2,…,N)，N為數據量；

（2）陀螺儀原始角速率隨機誤差數據野值剔除：首先采用寬度為5的滑動窗口提取出陀螺儀輸出的原始角速率數據x⁽⁰⁾(n)中的中位數序列x⁽¹⁾(n)，然后再采用寬度為3的滑動窗口提取出序列x⁽¹⁾(n)中的中位數序列x⁽²⁾(n)，再由獲得的序列x⁽²⁾(n)構造海寧平滑濾波器，得到對原始角速率數據的平滑估計結果x⁽³⁾(n)，最后分析序列x⁽⁰⁾(n)-x⁽³⁾(n)，看是否有數據出現|x⁽⁰⁾(n)-x⁽³⁾(n)|＞ε，ε取值為x⁽⁰⁾(n)標準差的三倍，如果有，則用一內插值代替x⁽⁰⁾(n)，從而得到野值剔除后的陀螺儀角速率數據x(n)；

（3）采用Allan方差方法分析陀螺儀角速率數據x(n)，辨識出陀螺儀角速率數據x(n)中含有的誤差源：首先按照分組樣本容量值從小到大的順序依次計算各分組樣本容量對應的Allan方差及Allan標準差，然后將Allan標準差及其對應的分組樣本容量值繪制在雙對數曲線坐標系下，再根據繪制曲線的斜率范圍進一步辨識出陀螺儀隨機誤差數據中的各種噪聲源；

（4）根據辨識出的噪聲源及其對應的時間序列表達式，確定陀螺儀隨機誤差所對應的等效ARMA模型中自回歸部分的階數p和滑動平均部分的階數q，由此得到階數確定而系數待定的陀螺儀隨機誤差等效時間序列ARMA(p,q)模型；

（5）采用ARMA模型參數估計的格林函數法計算步驟（4）獲得的陀螺儀隨機誤差等效時間序列ARMA(p,q)模型中的待定系數：首先建立陀螺儀隨機誤差等效時間序列ARMA(p,q)模型對應的長自回歸AR(P)模型，根據陀螺儀角速率數據x(n)中的隨機噪聲數據，采用線性最小二乘法估計長自回歸AR(P)模型的參數，然后求出長自回歸AR(P)模型對應的格林函數，最后再利用長自回歸AR(P)模型格林函數與陀螺儀隨機誤差等效時間序列ARMA(p,q)模型系數的對應關系，計算得到陀螺儀隨機誤差等效時間序列ARMA(p,q)模型的各項系數，從而獲得陀螺儀隨機誤差等效時間序列ARMA(p,q)模型；

（6）根據步驟（5）獲得的陀螺儀隨機誤差等效時間序列ARMA(p,q)模型，得到陀螺儀輸出數據中各種隨機誤差項隨時間變化的規律，從而根據該模型對陀螺的輸出數據進行誤差補償，以提高陀螺儀的測量精度，同時能夠為提高陀螺儀性能設計及其隨機誤差的補償提供依據。

2.根據權利要求1所述的基于Allan方差與ARMA模型分析提高陀螺儀測量精度的方法，其特征在于：所述的陀螺儀包括激光陀螺儀、光纖陀螺儀、機械轉子陀螺儀和微機電陀螺儀。

3.根據權利要求1所述的基于Allan方差與ARMA模型分析提高陀螺儀測量精度的方法，其特征在于：所述陀螺儀的隨機誤差包括量化噪聲誤差、角度隨機游走誤差和速率隨機游走誤差。