[發明專利]一種光電跟蹤系統光纖陀螺輸出目標信息和擾動信號分離方法

有效

• 申請號: 201810970614.0
• 申請日: 2018-08-24
• 公開（公告）號: CN109084743B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發明（設計）人: 胡亭亭;夏運霞;包啟亮;唐茂雯
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: G01C19/72
• 分類號: G01C19/72;G01C25/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種光電跟蹤系統光纖陀螺(FOG)輸出目標信息和擾動信號分離方法，步驟如下：(1)對跟蹤機架上FOG輸出復雜信號進行頻譜分析，確定信號特征；(2)對復雜FOG信號進行局部值分解(LMD)，得到N個瞬時頻率具有物理意義的信號分量(PF)；(3)以N個PF分量為觀測信號，采用基于負熵最大的FastICA算法進行信號分離；(4)在信號分離得到的N個分離信號中選取出目標信號和擾動信號。本發明可以準確的分離光纖陀螺信號中目標信號的擾動，方法簡單，計算速度快，實時性較強。

技術領域

本發明屬于數字信號處理領域，具體的涉及一種光電跟蹤系統跟蹤機架上光纖陀螺輸出目標信息和擾動信號分離方法。

背景技術

運動載體上的光電跟蹤系統，其慣性穩定平臺中跟蹤機架上的FOG測量信號包含運動目標、載體運動和外界干擾造成的擾動。為提高目標跟蹤精度，保證視軸穩定，系統常采用前饋加反饋的復合控制設計，直接從FOG輸出的目標運動信息和擾動混合信號中提取出擾動信號作為前饋控制信號傳遞給系統，這將有利于通過前饋加反饋的方法提高系統的抑制能力。因此，光電跟蹤系統穩定控制實現擾動精確抑制，必須要對FOG輸出的目標信號及其擾動信號進行分離。

傳統濾波方法用于分離目標信息和擾動信號，如IIR濾波、小波濾波、卡爾曼濾波等。但由于人為參數設置太多或必須過度的人為判斷等原因，傳統濾波方法非常不利于工程實現。IIR濾波方法需要事先知道信號的具體頻率，并人為設計濾波器的通帶，小波濾波方法需要人為選擇閾值函數和小波基函數，卡爾曼濾波則需要人為建立擾動信號的精確數學模型。由于運動平臺光電系統中FOG輸出混疊信號較為復雜，人為參數或者模型設置的不準確會導致擾動信息提取不準確。盲源分離(BSS)是一種在不知道源信號和傳輸信道特性等先驗知識的情況下，僅根據觀測信號估計出源信號的信號分離方法，能夠解決傳統方法中的人為設置問題。由于條件及成本的限制，運動平臺光電跟蹤系統同一方向的跟蹤機架上只能放置單一傳感器，將單個傳感器采集到的擾動信號從多路混疊信號中分離出來，是欠定盲源分離的一種極端情況。實際應用中往往需要對單個傳感器信號進行處理，構造出多通道觀測信號，將欠定盲源分離轉換為正定盲源分離。LMD方法將復雜的FOG信號進行分解，自適應得到N個PF分量，可以實現信號單通道信號到多通道信號的轉換，便于構造多個觀測信號，適用于光電跟蹤系統的FOG信號處理。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：克服現有技術不足，在不過多依賴信號先驗知識和人的經驗判斷的情況下，提供一種能夠實現光電跟蹤系統跟蹤機架上光纖陀螺輸出目標信息和擾動信號分離方法。

本發明解決上述技術問題采用的技術方案為：一種能夠實現光電跟蹤系統光纖陀螺輸出目標信息和擾動信號分離方法，其具體步驟如下：

第一步，對跟蹤機架上光纖陀螺(FOG)輸出復雜FOG信號進行頻譜分析，確定信號特征；

第二步，對復雜FOG信號X(t)進行局部值分解(LMD)，局部值分解的表達式為：

其中PF_i為信號X(t)經過i次LMD分解得到的第i個瞬時頻率具有物理意義的PF分量，N為PF分量個數，μ_N為一個單調函數。PF分量是原信號X(t)的包絡信號和純調頻信號的乘積，可以表示為：

PF_i＝a_i(t)+s_i(t)

其中a_i(t)為第i階的包絡信號，s_i(t)為第i階的純調頻信號。FOG信號自適應的進行LMD分解后，即可得到N個PF分量；

第三步，以N個PF分量為觀測信號組Y，采用基于負熵最大的FastICA算法進行信號分離，Y的負熵近似為：