一種基于增強自適應(yīng)時頻峰值濾波的光纖陀螺去噪方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于增強自適應(yīng)時頻峰值濾波的光纖陀螺去噪方法，包括將原始光纖陀螺含噪輸出信號進行縮放、編碼原始光纖陀螺含噪輸出信號將信號編碼為一個幅值為常數(shù)的頻率調(diào)制解析信號、選擇最優(yōu)窗長、優(yōu)化信號瞬時頻率估計范圍、采用偽Wigner-Ville分布峰值估計該頻率調(diào)制信號的瞬時頻率、將調(diào)制信號的瞬時頻率估計峰值進行解調(diào)和反縮放恢復(fù)得到去噪后的光纖陀螺輸出信號的步驟。本發(fā)明的方法可用于光纖陀螺等慣性設(shè)備的信號去噪，與現(xiàn)有的陀螺去噪方法相比，該方法實現(xiàn)靈活，對于動態(tài)信號，可以有效跟蹤原始信號，不存在時間延遲。本發(fā)明方法采用增強自適應(yīng)時頻峰值濾波方法，可以優(yōu)化頻率估計范圍，獲得更優(yōu)的編碼信號頻率估計值。
【專利說明】一種基于增強自適應(yīng)時頻峰值濾波的光纖陀螺去噪方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光纖陀螺去噪方法，尤其涉及一種基于增強自適應(yīng)時頻峰值濾波的光纖陀螺去噪方法，屬于慣性導(dǎo)航【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]光纖捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)體積小、精度高、可靠性強、自主性高、成本相對較低，在航空、航天、航海等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。作為慣導(dǎo)系統(tǒng)的核心元件之一，光纖陀螺的輸出精度直接影響著慣導(dǎo)系統(tǒng)的性能。在實際工作中，受周圍環(huán)境噪聲的影響，光纖陀螺的有用信號往往會被淹沒在大量的噪聲中，大大降低了陀螺儀的測量精度。因此如何減小噪聲對光纖陀螺有用信號的影響成為亟需解決的問題。
[0003]對于光纖陀螺的信號處理方法，國內(nèi)外的學(xué)者進行了大量的研究，主要方法有卡爾曼濾波法、小波(包)濾波法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法等?？柭鼮V波法采用最優(yōu)卡爾曼濾波器對陀螺和加速度計信號進行實時濾波。該算法中最優(yōu)卡爾曼濾波參數(shù)需要提前計算，并且在動態(tài)情況下，不同旋轉(zhuǎn)角速率對應(yīng)的輸出信號不同，因此需要在改變旋轉(zhuǎn)角速率的階段時刻計算卡爾曼濾波參數(shù)值。小波(包)濾波法采用一維離散小波變換或小波包對光纖陀螺信號實時去噪。但是對于動態(tài)陀螺信號，特別是突變較大的信號，小波變換不能及時跟蹤信號的趨勢，并且存在一定的延時。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法采用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立陀螺的漂移誤差模型，并對陀螺漂移誤差進行補償。但是該方法需要累積一定的數(shù)據(jù)量進行才能實現(xiàn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對誤差的建模。
[0004]時頻分析方法中小波濾波方法在陀螺信號處理方面得到了廣泛的應(yīng)用，其他方法如基于Wigner-Ville分布、Cohen類分布等的應(yīng)用則很少?？紤]將基于Wigner-Ville分布的時頻峰值濾波方法應(yīng)用于光纖陀螺去噪，為陀螺的噪聲處理提供新的思路。目前國內(nèi)外沒有找到相關(guān)的專利。國內(nèi)有論文提出采用時頻峰值濾波方法進行地震信號噪聲的消除，如宋鵬濤撰寫的碩士論文《基于時變窗長時頻峰值濾波的地震信號去噪研究》(吉林大學(xué)，2012年6月)，國外也有論文提出自適應(yīng)的偽Wigner-Ville分布方法,如Jonatan Lerga等撰寫的論文《Nonlinear IF Estimation Based on the Pseudo WVD Adapted Using theImproved Sliding Pairwise ICI Rule)) (IEEE Signal Processing Letters, 2009 年 11月)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]技術(shù)問題
[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種基于增強自適應(yīng)時頻峰值濾波的光纖陀螺去噪方法，該方法將光纖陀螺信號從時域轉(zhuǎn)到頻域進行分析，將原始信號調(diào)制成一解析信號的瞬時頻率，在此基礎(chǔ)上，采用偽Wigner-Ville分布提取信號時頻變換的峰值估計該頻率調(diào)制信號的瞬時頻率，恢復(fù)原始信號，適用于光纖陀螺的去噪過程。
[0007]技術(shù)方案[0008]為了解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明的基于增強自適應(yīng)時頻峰值濾波的光纖陀螺去噪方法(IATFPF, Enhanced adaptive time-frequency peak filtering)包括下列步驟:
[0009]步驟一:將原始光纖陀螺含噪輸出信號進行縮放，使其幅值縮放到一定的區(qū)間范圍內(nèi)，避免編碼信號引起混疊；
[0010]其中，原始光纖陀螺含噪輸出信號表不為:
[0011]y (t) =x (t) + ε (t)
[0012]其中，其中，t為時間，y(t)為光纖陀螺含噪輸出信號，x(t)為陀螺輸出的有效信號，ε (t)為陀螺噪聲；
[0013]縮放后的信號表不為:
[0014]
【權(quán)利要求】
1.一種基于增強自適應(yīng)時頻峰值濾波的光纖陀螺去噪方法，其特征在于，包括下列步驟: 步驟一:將原始光纖陀螺含噪輸出信號進行縮放，使其幅值縮放到一定的區(qū)間范圍內(nèi)，避免編碼信號引起混疊； 其中，原始光纖陀螺含噪輸出信號表不為:
y (t) = x(t)+ ε (t) 其中，t為時間，y(t)為光纖陀螺含噪輸出信號，x(t)為陀螺輸出的有效信號，ε (t)為陀螺噪聲； 縮放后的信號表不為:
2.如權(quán)利要求1所述的基于增強自適應(yīng)時頻峰值濾波的光纖陀螺去噪方法，其特征在于，步驟三中，信號偽Wigner-Ville分布窗函數(shù)的定義為:
3.如權(quán)利要求2所述的基于增強自適應(yīng)時頻峰值濾波的光纖陀螺去噪方法，其特征在于，步驟四中，在獲取最優(yōu)窗長h*的基礎(chǔ)上，求取小于等于h*的窗長比對應(yīng)的編碼信號的頻率范圍:
4.如權(quán)利要求3所述的基于增強自適應(yīng)時頻峰值濾波的光纖陀螺去噪方法，其特征在于，步驟五中，在小于等于最優(yōu)窗長的窗長Iii中選取最小值hm，得到窗長為hm時的偽Wigner-Ville分布值，并在[^(?),-- (O]區(qū)間內(nèi)選擇最大值作為信號頻率的估計值，即:
5.如權(quán)利要求4所述的基于增強自適應(yīng)時頻峰值濾波的光纖陀螺去噪方法，其特征在于，步驟六中，已知編碼信號zy (t)的瞬時頻率，可恢復(fù)原始信號X (t)，則原始有效信號x(t)可通過下式恢復(fù):
【文檔編號】G01C19/64GK103674001SQ201310581704
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年11月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月19日
【發(fā)明者】顧姍姍, 曾慶化, 劉建業(yè), 居后鴻, 黃磊, 陳維娜, 王云舒, 萬駿煒, 趙繼 申請人:南京航空航天大學(xué)