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基于小波滤波方法的光纤陀螺信号误差分析

游新望  
【摘要】:惯性导航系统(Inertial Navigation System,简称INS)已广泛应用于国防及航空航天等各个领域。随着惯性技术的发展,惯性导航系统主要是以新型光学陀螺代替传统的机械陀螺,以捷联惯导系统代替平台惯导系统。随着光电技术的发展,在惯性系统中,光学传感器成为新一代的惯性测量元件。尤其是光纤陀螺(Fiber Optic Gyroscope,简称FOG)凭借其体积小、重量轻、易维护和良好的性价比等优势,成为中低精度惯性导航系统的首选惯性测量元件。 本课题以实验室自行研制的干涉式光纤陀螺为背景,基于光纤陀螺基本原理,为了进一步提高陀螺精度,对光纤陀螺光路部分各光学器件进行理论分析,并采用Allan方差法辨识随机误差系数,结合小波分析去噪原理滤除光纤陀螺输出信号的噪声。 从光纤陀螺Sagnac效应出发,阐述光纤陀螺基本原理,描述光路互易性,调制解调基本原理-方波调制解调,并针对Y波导半波电压的漂移提出阶梯波调制加四状态方波偏置的方法。 因为构成光纤陀螺中的每个光学器件都是会带来噪声误差,产生各种各样的非互易性效应,这就都导致引起陀螺输出漂移和标度因素的不稳定性,所以针对光源、耦合器、Y波导和光纤环等主要光路器件进行研究,分析引起这些器件产生误差效应的主要原因,并提出相应方法进行改进,提高光纤陀螺精度。 对陀螺输出信号中的各种随机噪声进行具体特性分析,得到各种噪声的基本数学统计特性,并引进Allan方差分析方法对实验室具体光纤陀螺进行性能评价,得到各类噪声源对陀螺性能造成的影响,从而对可能造成光纤陀螺性能下降的因素做出改进。 由于光纤陀螺信号是一种非平稳随机信号,随机噪声大,传统滤波方法已经达不到预定的效果,于是采用基于提升小波的阈值去噪方法,结合陀螺信号特征分析,完成实时滤波算法的小波基、分解尺度、阈值以及阈值函数的设计。并将陀螺滤波前后信号进行比较分析,验证小波去噪的效果。


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