光纤陀螺信号处理及滤波技术研究

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1、哈尔滨工程大学硕士学位论文摘要光纤陀螺与传统机械陀螺相比具有启动快、灵敏性好、可靠性高、动态范围宽、标度因数线性度好和数字输出等优点。基于光纤陀螺的捷联式惯性导航系统得到迅猛发展，并被广泛应用于精密仪器、移动通信以及国防科技军事等领域，是一种具有广阔应用前景的角速率传感器。然而光纤陀螺由于自身的物理结构和外界干扰等原因，使得光纤陀螺信号的随机漂移很大程度上影响了光纤陀螺的测量精度，如果不加以补偿会对系统造成较大的影响。为此，全文从以下几个方面对光纤陀螺信号进行了研究：(1)首先采集光纤陀螺数据，对其进行剔野值、低通滤波、平滑和剔趋势项等信号预处理，经过预处理后

2、的陀螺信号具有平稳性，服从正态分布，可以用于进行建立随机漂移的数学建模与补偿技术研究。(2)对光纤陀螺进行随机误差分析，应用Allan方差法进行光纤陀螺的随机误差项辨识，得到三个光纤陀螺的零偏不稳定性、角度随机游走等误差项。(3)对光纤陀螺进行时间序列分析，以AIC准则为判定依据，建立光纤陀螺的最优的ARMA(n,m)模型，并对模型进行适用性检验，试验结果表明3个光纤陀螺的适用模型分别为ARMA(2,1)、ARMA(2,1)和ARMA(3,2)。(4)采用可编程器件FPGA进行硬件滤波算法实现，引入CORDIC算法实现硬件FFT频谱分析系统，并通过应用固化参数

3、数据和硬件乘法器、加法器等办法实现IIR低通滤波器的设计。系统试验结果证明，通过对光纤陀螺的随机误差进行分析、建模后，提高了陀螺的测量精度。滤波算法的硬件加速技术提高了导航计算机对陀螺信号处理速度，为下一步的工程应用打下基础。关键词：光纤陀螺；时间序列分析；卡尔曼滤波；硬件加速哈尔滨工程大学硕士学位论文ABSTRACTFiberopticgyroscope(FOG)virtuesoffasterstart-up,bettersensitivity,morereliable,widenmeasurementrangeanddigitaloutputcompari

4、ngtotraditionalmechanicalgyros.StrapdowninertialnavigationsystembasedonFOGhasbeenusedinprecisionapparatus,mobilecommunicationandnationaldefensesarea,andsoforth.FOGisakindofangularsenorwhohasbrightfutureinapplication.However,therandomexcursionsofFOGaffectoutputprecisiontoalargeextent

5、.Thisrandomexcursionshouldbecompensatedotherwiseitwillproducerelativelargeaccumulativeerrorinnavigation.Toachievethispurpose,thedissertationhasdoneseveralworksasfollowings:Designdatacollectionboardandpre-processthesignalofFOG.Throughanalyzinggyrodriftingdata,thefrequencyandtimechara

6、cteristicsandstatisticalspecialtiesareacquired.Afterpreprocessing,theFOGsignalsarebasicallybalancedandnormalthatcanbeusedtoestablishmathematicalmodelforcompensation.IdentifythenoiseparametersandmodelthedriftingdatabyAllanVarianceandtimeseriesanalyses.AdvancedAllanvariancemethodwasus

7、edinsystemidentificationespeciallyforfivemainrandomerrorcoefficients.ARMAmodelwasemployedtomodelmathematicalmodelsforFOGandtheparametersofARMAwereintroducedtoKalmanfiltertocompensaterandomdrifting.Finally,hardwarebasedfilteralgorithmswasinvestigatedforbetterapplication.Throughintegr

8、atingothers’experie