[发明专利]一种船用捷联惯导系统的加速度计在线降噪方法

说明书

本发明公开了一种船用捷联惯导系统的加速度计在线降噪方法，属于加速度计降噪技术领域。本发明目的在于实现船用捷联惯导系统的加速度计的在线降噪，首先对加速度计有用信号的建模，然后通过自适应滤波器保留加速度计信号中与模型相关性强的信号，从而实现加速度计信号的在线降噪，最后分析和给出了参数的选取的方法。本发明解决了船用捷联惯导系统的加速度计噪声较大的问题，实现了船用捷联惯导系统的加速度计的在线降噪，提高了船用捷联惯导系统加速度计的准确性，具有降噪效果好、实时性高、计算量适中等优点，具有广阔的发展前景。

技术领域

本发明属于加速度计降噪技术领域，具体涉及一种船用捷联惯导系统的加速度计在线降噪方法。

背景技术

惯性测量单元被广泛的使用在惯性导航系统中，其中，惯性测量单元的零偏稳定性、常值误差、标度系数误差、非线性误差以及随机噪声对惯性导航系统的对准精度、导航解算精度都起着决定性作用。

惯性导航不依赖于卫星信号，在无卫星信号的地方依然能实现定位功能。但是，随着时间的推移误差会越来越大。捷联惯性导航系统是一种自主式导航系统，该系统不依赖任何外部信号、也不向外部发送任何信号，相比其它导航系统，惯性导航在某些领域具有较大的优势。

加速度计是捷联惯性导航系统的重要敏感元件，是捷联惯性导航系统中不可或缺的一部分，加速度计能测量载体的速度、加速度等运动信息，它输出与运载体的运动加速度成比例的信号，加速度的测量精度对捷联惯性导航系统的定位精度有着直接的影响，因此加速度计同陀螺仪一样都是捷联惯性导航系统最关键的部件，其精度的要求相当高。

船用捷联惯导系统的环境较为复杂，比如系统工作时间长、船体振动大、环境湿度高以及干扰情况复杂等情况，船用捷联惯导系统加速度计输出的噪声较大，对捷联惯性导航系统的工作性能存在一定影响。因此，提高像加速度计这样的惯性测量单元的测量精度和可靠性显得至关重要，提高加速度计的测量精度的一种有效方法就是降低加速度计的测量噪声，提高信噪比。

早期，针对惯性测量单元降噪的最简单的方法主要集中在低通滤波器的设计，但低通滤波器只对固定带宽的噪声有很好的滤波效果，所以只能针对特定环境下的特定信息进行有效处理，而不适用于任意机动环境且低通滤波器存在时间延迟的问题较为严重。

随着计算机性能的提高，离散小波变换技术也被广泛的应用于惯性测量单元的降噪处理，该方法在静态环境中的运用得到了很好的效果，但是在动态环境中该方法却失效且该方法也会引入时间延迟，降低信息的跟踪能力。

同时，在学术界学者们也在努力寻求有效的数据在线降噪方法。文献《数字滤波器在微机械陀螺系统中的应用》(传感器与微系统,2003,22(9):56-57)使用传统数字滤波器能够滤除信号中高频噪声部分，然而对于非平稳以及带宽较窄的信号，传统的数字滤波器存在不足和局限性。

文献《光纤陀螺随机噪声的实时滤波技术》(数据采集与处理,2009,24(5):671-675)提出了基于卡尔曼滤波的在线降噪技术，能够有效地抑制白噪声或有色噪声，但由于滤波限制条件比较苛刻，数据的先验统计特性要准确已知，因此其存在一定的局限性。

文献《一种实时小波降噪算法》(仪器仪表学报,2004,25(6):781-783)利用区间小波降噪算法，构造出实时小波降噪算法，其降噪效果较好，然而该方法实时性不强并且计算量较大，因此该方法并不适用于惯性导航系统。

因此，针对上述问题，本发明提出了一种船用捷联惯导系统的加速度计在线降噪方法，通过对加速度计的有用信号进行建模，使用自适应滤波器保留加速度计信号中与模型相关性强的信号，从而实现加速度计信号的在线降噪，分析和提取参数选取的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够解决船用捷联惯导系统的加速度计噪声较大的问题、实现船用捷联惯导系统中加速度计的在线降噪，并且能大幅提高加速度计信息准确性的船用捷联惯导系统的加速度计在线降噪方法。