[發明專利]一種基于光纖陀螺的連續旋轉式尋北方法

在審

• 申請號: 201510248713.4
• 申請日: 2015-05-15
• 公開（公告）號: CN104848846A
• 公開（公告）日: 2015-08-19
• 發明（設計）人: 胡承文;周一覽;舒曉武;劉承
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01C17/00
• 分類號: G01C17/00;G01C19/72
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 邱啟旺

技術領域

本發明涉及一種尋北方法，尤其涉及一種基于光纖陀螺的連續旋轉式尋北方法。

背景技術

光纖陀螺是一種基于薩格奈克效應的角速率傳感器，具有全固態結構、可靠性好、抗撞 擊和振動、高動態范圍等優點。尋北定向是光纖陀螺的重要應用之一，基于光纖陀螺的尋北 儀不依賴于外界信息，不向外輻射能量，不受地形、氣候等外界環境的干擾，可以全天候尋 北。在航空、航天和航海等軍用領域，以及地球物理探測、大地測量、地下勘探和隧道挖掘 等民用領域都發揮著重要作用。

光纖陀螺的尋北精度主要取決于光纖陀螺的自身性能以及所采用的尋北方法。在光纖陀 螺同性能等級的情況下，尋北方法對尋北精度起著決定性的影響。

基于轉臺的連續旋轉方法是近來出現的一種新型光纖陀螺尋北方法，該方法通過人為的 引入連續轉動來對光纖陀螺儀信號進行周期調制，相對于傳統的四位置尋北方法可以有效地 抑制光纖陀螺的常值漂移和隨機漂移，其實現方式是在轉臺連續轉動時采集光纖陀螺在相同 時間間隔的輸出值序列{y_i}，并同步采集每個光纖陀螺輸出值時刻對應的轉臺角度值序列{θ_i}， 最后將所有得到的陀螺輸出數據和轉臺角度值代入最小二乘解算算法，算出尋北初始位置光 纖陀螺敏感軸與真北方向的夾角α。該方法的缺陷在于無法消除光纖陀螺信號中的有色噪聲， 且數據運算量大，解算速度慢，對系統硬件條件要求高。

數字濾波作為一種有效的去噪濾波方法已經得到了廣泛的應用，特別是在連續旋轉式尋 北領域中。當轉臺以一定的速率勻速轉動，計算得到光纖陀螺輸出信號的有效頻率，并將該 有效頻率的二倍頻設置為濾波器的截止頻率來設計數字濾波器。將光纖陀螺輸出信號通過數 字濾波器便可進行頻域濾波以達到消除有色噪聲的目的。采用漢明(Hamming)時窗設計的FIR 濾波器具有線性相位，實現簡單等優點，可以很好的用于光纖陀螺尋北去噪中。

時窗函數表達式為：

ωN(i)=0.54+0.46cosπiN|i|≤N0|i|>N---(1)]]>

式中，ω_N(i)為時窗函數；i為離散時間；N為時窗長度減1。

然后根據通帶來選擇一個有一定余量的截止頻率f_c，就得到初始濾波因子h_i為：

hi=sin2πfctiπti---(2)]]>

式中，t_i為離散時間i對應的真實時間。用時窗函數(1)改造式(2)得出：