目前常用的光纖陀螺尋北方案是靜態(tài)多位置尋北方案,即在某幾個(gè)特定方位處采集光纖陀螺數(shù)據(jù),根據(jù)不同位置光纖陀螺敏感到的不同的地球自轉(zhuǎn)角速度分量,列出方程求解北向夾角。對(duì)于靜基座尋北的光纖陀螺尋北儀,要實(shí)現(xiàn)高精度尋北,則要保證基座必須穩(wěn)定,不受外界環(huán)境的各種干擾。光纖陀螺十分敏感,任何內(nèi)部或外部微小的擾動(dòng)都將嚴(yán)重影響尋北儀的尋北精度。在實(shí)際使用中,陀螺尋北儀通常配置在車上,車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)組工作時(shí)產(chǎn)生的高頻振動(dòng)以及人員走動(dòng)和陣風(fēng)引起的低頻振動(dòng)則不可避免地作用到陀螺尋北儀上,使陀螺尋北儀的基座發(fā)生擾動(dòng),進(jìn)而使尋北精度大大降低。針對(duì)于采集到的受擾動(dòng)的光纖陀螺數(shù)據(jù),目前多采用信號(hào)濾波去噪處理。信號(hào)濾波去噪一般有兩種方法,第一種方法是使用卡爾曼濾波算法對(duì)光纖陀螺的輸出信號(hào)進(jìn)行濾波;另一種方法是使用小波濾波算法對(duì)光纖陀螺的輸出信號(hào)進(jìn)行濾波??柭鼮V波方法有一定的局限性,它只適用于模型精確并且噪聲的統(tǒng)計(jì)特性確定的線性系統(tǒng),在實(shí)際工程中,由于外部環(huán)境、系統(tǒng)內(nèi)部電路等因素的存在,很難得到可以用于卡爾曼濾波算法的精確模型。所以卡爾曼濾波去噪法在實(shí)際應(yīng)用中實(shí)用性不高。相比于卡爾曼濾波,小波濾波去噪法則顯得尤其適合。小波信號(hào)去噪的基本思路為:一維小波分解:選擇一個(gè)小波并確定分解的層次,然后進(jìn)行分解計(jì)算;小波分解高頻系數(shù)的閾值量化,對(duì)每個(gè)分解尺度下的高頻系數(shù)選擇一個(gè)閾值進(jìn)行閾值量化處理(大于閾值予以保留,小于閾值置0);一維小波重構(gòu),根據(jù)小波分解的最高層低頻系數(shù)和閾值處理后的各層高頻系數(shù)進(jìn)行一維小波重構(gòu)。
隨著分解尺度的增加,信號(hào)對(duì)應(yīng)的小波系數(shù)變大,噪聲對(duì)應(yīng)的小波系數(shù)變小。對(duì)于高尺度的小波系數(shù)采用閾值量化處理可以有明顯效果,但對(duì)于低尺度的小波系數(shù),信號(hào)與噪聲對(duì)應(yīng)的小波系數(shù)可能大小相當(dāng),設(shè)定的閾值可能無(wú)法完全區(qū)分信號(hào)和噪聲,故提出對(duì)低尺度小波系數(shù)進(jìn)行滑動(dòng)窗濾波處理,即一種不完全保留,完全摒棄的保守方法。經(jīng)過(guò)小波濾波后部分?jǐn)?shù)據(jù)可能還會(huì)存在較大的沖擊擾動(dòng),若使用常規(guī)的數(shù)據(jù)求均值的方法帶入解算,則效果不會(huì)太好。故提出一種非等權(quán)加權(quán)處理,即將采樣數(shù)據(jù)分成若干段,將每一段數(shù)據(jù)的均方差的倒數(shù)作為其權(quán)重,進(jìn)而對(duì)整段數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)求均值。這樣便能夠利用小波濾波去除高頻噪聲,用加權(quán)均值處理抑制大幅度的擾動(dòng),從而提高尋北精度。
數(shù)據(jù)處理流程圖