[發明專利]一種基于模糊控制的時變窗長動態Allan方差分析方法

有效

• 申請號: 201410632773.1
• 申請日: 2014-11-11
• 公開（公告）號: CN104406606B
• 公開（公告）日: 2017-09-15
• 發明（設計）人: 劉建業;顧姍姍;曾慶化;陳磊江;賴際舟;黃凱;黃磊;趙偉;陳維娜
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00;G06F19/00;G05B13/04
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙)32249
• 代理人: 楊曉玲

技術領域

本發明屬于慣性導航技術領域，特別涉及一種光纖陀螺動態噪聲分析方法。

背景技術

光纖陀螺具有可靠性高、啟動快、耐沖擊、精度高、功耗低等優點，是慣導系統的核心部件。受加工工藝及工作環境的影響，光纖陀螺的輸出存在較大的隨機誤差，大大降低了陀螺儀的測量精度。因此需要細致地分析光纖陀螺輸出信號的誤差特性，有效辨識隨機誤差并客觀準確地評估其性能。

現在常用的光纖陀螺輸出信號分析方法為Allan方差分析法，因其不適用于分析非平穩信號，在實際陀螺輸出信號分析中常采用動態Allan方差分析方法。國內外對動態Allan方差分析法進行了諸多研究。意大利都靈理工大學于2009年提出了動態Allan方差分析法，對各類非平穩信號進行了分析，并陸續提出了快速改進算法以及動態Allan方差分析法在時鐘異常方面的應用。哈爾濱工程大學討論了基于不同窗口長度的動態Allan方差對搖擺運動動態誤差分析結果的影響，并提出了改進算法。但目前的文獻尚未提及根據信號的變化實時選擇動態Allan方差的窗函數，因此考慮將模糊推理應用到動態Allan方差分析中，進一步提高光纖陀螺誤差分析的準確性。

發明內容

要解決的技術問題：針對現有技術的不足，本發明提出一種基于模糊控制的時變窗長動態Allan方差分析方法，克服基于固定長度窗函數的動態Allan方差分析方法無法實時跟蹤信號的動態特征的技術問題。

技術方案：為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案：

一種基于模糊控制的時變窗長動態Allan方差分析方法，包括順序執行的以下步驟：

第一步：采集光纖陀螺輸出信號，并獲得光纖陀螺輸出信號的動態特征；

第二步：設計模糊控制器，并將光纖陀螺輸出信號的動態特征作為模糊控制器的輸入，用模糊控制器判斷各個時刻的光纖陀螺輸出信號對應的動態Allan方差窗口長度構成動態Allan方差時變窗長；

第三步：根據動態Allan方差時變窗長計算光纖陀螺輸出信號的動態Allan方差；

第四步：采用加權雷達圖法設計性能評估指標評估算法性能。

進一步的，在本發明中，步驟二中，光纖陀螺輸出信號的動態特征包括光纖陀螺信號的一次變化率和二次變化率，將上述二者作為輸入來設計模糊控制器。一次變化率和二次變化率能夠反映出光纖陀螺輸出信號隨時間的變化程度，是典型的動態特征。

進一步的，在本發明中，步驟四中，通過光纖陀螺輸出信號振動時段突變點的時間延遲與光纖陀螺輸出信號振動時段的動態Allan方差系數的均值繪制雷達圖，計算雷達圖所組成的三角形面積與其權重的乘積之和作為性能指標來評估算法的性能。

有益效果：

模糊控制可用于復雜系統的特征描述，對難建模的對象實施模糊推理和決策，是一種非線性智能控制方法。對于非平穩光纖陀螺信號，難以直接確定其動態Allan方差的窗口長度。因此本發明方法首次提出基于模糊控制來分析研究時變窗長動態Allan方差，該方法可用于光纖陀螺等慣性設備的信號性能分析。

與現有的陀螺輸出信號分析方法相比，該方法直接以陀螺輸出信號為出發點并利用輸入設計模糊控制器設置窗長，無需通過復雜建模，可以較好地反映陀螺輸出信號的動態特征，同時可以獲得較優的Allan方差值；其次，本發明方法采用加權雷達圖法設計算法性能評估指標，可以較好地評估算法性能。

附圖說明

圖1為專利的整體流程圖；

圖2為陀螺輸出信號一次變化率隸屬度；

圖3陀螺輸出信號二次變化率隸屬度；

圖4為輸出等級率隸屬度；

圖5為算法性能綜合評價雷達圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作更進一步的說明。

本方法的整體流程圖如圖1所示，設計模糊控制器，將光纖陀螺輸出信號的一次變化率和二次變化率作為模糊控制器的輸入，判斷各時刻光纖陀螺輸出信號對應的動態Allan方差窗口長度構成動態Allan方差時變窗長，根據動態Allan方差時變窗長計算光纖陀螺輸出信號的動態Allan方差，實現光纖陀螺輸出信號的分析。上述過程需要完成以下工作：

1.信號變化率求解

設光纖陀螺輸出信號為x(t)，其一次變化率為：

二次變化率為：

其中，t為時間，x(t)為光纖陀螺輸出信號，為光纖陀螺輸出信號的一階導數，為光纖陀螺輸出信號的二階導數。

2.模糊控制器設計