[发明专利]一种基于交叠M带离散小波变换的光纤陀螺信号去噪方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于交叠M带离散小波变换(Overlap M-band Discrete Wavelet Transform，OMDWT)的光纤陀螺信号去噪方法，属于惯性导航技术领域。

背景技术

光纤陀螺是以Sagnac效应为基础而发展起来的新型全固态陀螺仪，受到世界各国的高度重视，已成为新一代中低精度捷联惯性导航、制导系统中的理想惯性器件。捷联式惯导系统中的一个关键技术是如何完全自主地实现快速初始对准，即快速自主地确定载体的初始方位角和水平姿态角。影响方位对准(寻北)精度的主要因素是陀螺漂移，有效地消除陀螺漂移是保证方位对准精度的关键。

光纤陀螺漂移可分为系统性漂移和随机漂移两种类型。由于随机漂移是弱非线性的、慢时变的，同时受外部环境等不确定性因素的影响，无法建立其精确系统模型，在惯导系统中不能用简单的方法加以补偿，因此随机漂移成为衡量陀螺仪精度的重要指标。为了提高初始对准精度，必须采用有效的信号处理方法对陀螺信号处理，来抑制这些随机漂移。目前对陀螺信号的处理有两种思想：(1)建立陀螺随机漂移模型，使用Kalman滤波、Wiener滤波等方法进行补偿；(2)直接对陀螺输出信号进行消噪处理。常用方法有数字低通滤波、自适应滤波和小波变换阈值滤波等。鉴于随机漂移的特性，事先不可能得到精确的统计特性，需要采用直接滤波方法对陀螺信号进行去噪处理。

小波具有较好的时频分辨特性，因此被应用到光纤陀螺信号的去噪中。现有的基于小波理论的光纤陀螺信号分析研究中，都是基于2带小波的，去噪结果具有一定的局限性，主要体现在两方面：一方面，随着分解的进行，小波系数的长度以2倍关系递减，分解速度慢；另一方面，光纤陀螺信号循环移动一定节拍后，其离散小波变换(Discrete Wavelet Transform，DWT)小波系数和尺度系数不能循环移动同样节拍，去噪效果差。

发明内容

本发明的技术解决问题是：本发明的技术是针对已有的光纤陀螺信号分析方法中的不足，将交叠M带离散小波变换引入陀螺信号去噪。一方面，克服了基于2带小波的光纤陀螺信号处理分解速度慢的不足，M带小波理论为小波基的选取提供了更广泛的选择余地；在分解子带数相同条件下，M带离散小波变换(M-band Discrete Wavelet Transform，MDWT)中信号是按多通道进行分解的；另一方面，克服了基于2带小波进行光纤陀螺信号去噪时，光纤陀螺信号循环移动一定节拍后，DWT小波和尺度系数不能循环移动同样节拍的不足。

本发明的技术解决方案是：本发明提出了一种基于交叠M带离散小波变换的光纤陀螺信号去噪方法，给出了计算有效的光纤陀螺信号分解、门限阈值处理和重构算法。具体步骤如下：

(1)建立光纤陀螺输出信号模型

其中，X_t为光纤陀螺输出信号；t＝0，...，N-1，N表示光纤陀螺输出信号的长度；ω_ie为地球自转角速率，ω_ie＝7.27×10^-5rad/s；为测试点的地理纬度；ε_t为陀螺漂移，陀螺漂移由常值分量、周期分量和白噪声组成，即：

ε_t＝ε_d+Ω_dsin(2πf_d+θ₀)+W_t

其中，ε_d为常值分量，短时间内近似为一个常数；Ω_d为周期分量的幅值；f_d为周期分量的频率；θ₀为初始相位；W_t为零均值高斯白噪声。式中的Ω_dsin(2πf_d+θ₀)和W_t两项构成了光纤陀螺输出的随机漂移项。

(2)对光纤陀螺输出信号作OMDWT小波分解

对步骤(1)得到的长度N的光纤陀螺输出信号X_t作OMDWT变换，将OMDWT变换所得到的第j尺度的OMDWT小波系数和尺度系数分别用N维矢量和表示，则对应的元素和对应的元素分别为：