光纤陀螺实时去噪技术及其测试分析平台的实现研究

论文摘要

光纤陀螺是一种新型角速率传感器,相对于传统机电陀螺,无运动部件和磨损部件,具有可靠性高、寿命长、体积小、质量轻、功耗低、动态范围大、启动快速、频带范围宽等优点,因此广泛应用于航空、航天、航海等领域。光纤陀螺由于工作原理、结构特点和工作环境影响,输出信号中包含大量的随机噪声。通过数字信号处理的方法对光纤陀螺信号进行去噪,是提高其测量精度的一种有效措施。传统去噪方法是基于经典滤波理论的信号与噪声谱不重叠的观点,通过设置低通、高通等滤波器来剔除滤波器频带以外的噪声,当信号与噪声谱重叠较严重时,难以达到较好的去噪效果。另外,光纤陀螺由于个体差异,使用前必须对其各项性能之标进行测试。传统的测试方法主要利用人工手动完成,效率较低,工作量大。针对以上问题,本文首先对光纤陀螺性能评估和测试方法进行了全面总结和分析。对光纤陀螺时间序列建模理论进行了深入研究,在此基础上实现了卡尔曼滤波在光纤陀螺信号去噪中的应用。同时本文对小波变换和阈值去噪理论进行了深入的研究,并从工程应用的角度出发对基于滑动时窗的实时小波去噪方法进行了改进,提出一种快速小波分解方法,在此基础上实现了实时小波去噪在光纤陀螺信号去噪中的应用。通过大量实验分析和比较,验证了两种去噪方法具有较好的实时性和去噪效果。在上述理论研究的基础上,本文设计了光纤陀螺测试分析平台方案,并选用图形化编程语言LabVIEW作为开发工具,研究并实现了光纤陀螺测试分析平台。该平台可实现光纤陀螺性能标定、性能分析、实时信号去噪等功能,同时可以完成光纤陀螺寻北应用的功能。该平台可为光纤陀螺提供较好的性能测试和分析手段,具有重要的工程应用价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 光纤陀螺基本原理及其性能测试
• 1.2.1 光纤陀螺基本原理
• 1.2.2 光纤陀螺性能测试
• 1.3 虚拟仪器概述
• 1.4 课题的研究背景和意义
• 1.5 论文的主要内容
• 第二章 卡尔曼滤波在光纤陀螺实时去噪中的应用研究
• 2.1 光纤陀螺信号去噪的方法和意义
• 2.1.1 光纤陀螺主要误差源
• 2.1.2 光纤陀螺信号去噪的方法和意义
• 2.2 卡尔曼滤波在光纤陀螺信号滤波中的应用
• 2.2.1 光纤陀螺信号时间序列建模
• 2.2.2 ARMA 模型数据检验
• 2.2.3 ARMA 模型建模方法及其适用性检验
• 2.2.4 基于ARIMA 模型的卡尔曼滤波
• 2.3 光纤陀螺卡尔曼滤波性能分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 光纤陀螺的实时小波去噪技术及其改进
• 3.1 小波变换基本理论
• 3.1.1 连续小波变换
• 3.1.2 多分辨分析与离散小波变换
• 3.2 光纤陀螺的实时小波去噪技术
• 3.2.1 光纤陀螺漂移模型
• 3.2.2 小波去噪基本原理
• 3.2.3 实时小波去噪技术的改进及实现
• 3.3 光纤陀螺实时小波去噪性能分析
• 3.3.1 实时小波去噪静态性能分析
• 3.3.2 实时小波去噪动态性能分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 光纤陀螺测试分析平台方案设计
• 4.1 引言
• 4.2 光纤陀螺测试分析平台的方案设计
• 4.2.1 光纤陀螺测试分析平台开发工具选择
• 4.2.2 光纤陀螺测试分析平台功能结构
• 4.2.3 光纤陀螺测试分析平台关键技术
• 4.3 本章小结
• 第五章 基于LabVIEW的光纤陀螺测试分析平台实现研究与应用
• 5.1 光纤陀螺测试分析平台串行通讯
• 5.1.1 LabVIEW 串行通讯
• 5.1.2 光纤陀螺数据采集
• 5.1.3 转台控制与数据接收
• 5.2 光纤陀螺测试分析平台软件界面
• 5.3 光纤陀螺性能标定与分析
• 5.3.1 静态性能标定与分析
• 5.3.2 动态性能标定与分析
• 5.4 光纤陀螺实时去噪
• 5.4.1 卡尔曼滤波
• 5.4.2 实时小波去噪
• 5.5 光纤陀螺测试分析平台寻北应用
• 5.5.1 光纤陀螺寻北基本原理
• 5.5.2 寻北应用实现
• 5.6 本章小结
• 第六章全文总结与展望
• 6.1 本文所做的主要工作
• 6.2 后续研究工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文