[发明专利]基于插值的光纤陀螺平滑滤波异步通信数据传输方法

说明书

本发明公开了一种基于插值的光纤陀螺平滑滤波的异步通信数据传输方法，属于惯性测量单元的信号处理领域。本发明包括：光纤陀螺判断是否接受到导航计算机发来的外部触发信号，若未接收到，光纤陀螺内部定时触发，在每个定时周期内对光纤陀螺的闭环输出数据进行高频采样，将采样值累加输出给导航计算机；若接收到，在导航计算机的每个采样周期内，对光纤陀螺的闭环输出数据进行高频采样，将采样值累加输出给导航计算机。本发明通过高速插值，减小了由于时钟不同步、采样率不同、τ值漂移、导航计算机采样频率抖动带来的数据误差和光纤陀螺标度因数误差。

技术领域

本发明属于惯性测量单元的信号处理领域，涉及一种适用于光纤陀螺的异步通信数据传输方法，更特别地说，是指一种基于插值的光纤陀螺平滑滤波异步通信数据传输方法。

背景技术

惯性测量单元是导航、制导和控制系统的核心，主要由陀螺传感器和加速度计传感器组成。在陀螺传感器中，干涉式闭环光纤陀螺已在航空航天和武器系统中得到了广泛应用，其基本原理是Sagnac效应，即沿闭合光路相向传播的光波返回到起始点干涉后，干涉信号的相位差正比于闭合光路敏感轴的输入角速度。

目前的干涉型光纤陀螺信号检测算法中，每隔一个τ，闭环输出一个数据，再根据导航计算机设定的采样周期T，将采样窗口内的数据累加形成输出。τ为光通过整个光纤线圈的传输时间，一般为μs级。但由于工程实际中光纤陀螺与导航计算机各自生产调试，时钟晶振一般不同，即使二者使用相同的时钟晶振，温度等外界因素引起的晶振漂移、抖动等也将导致二者产生时间上的同步误差，即陀螺和导航计算机时钟异步，输出数据无法达到完全的时钟同步；且光纤陀螺与导航计算机采样率不同，导航计算机根据实际需求自行设定数据采样率，一般几ms输出一次角速度信息，这样就造成了导航计算机采样率和光纤陀螺采样率存在非整数倍关系；再加上实际工程中导航计算机在某一姿态下的标称频率会产生一定的抖动，实际绕环工艺、温度等外界因素影响，使τ值发生漂移等，以上众多因素导致导航计算机不同的采样周期内对应的光纤陀螺输出数据个数不同。

如图1所示，g_x、g_y、g_z三条横线分别代表三个轴(X轴、Y轴和Z轴)光纤陀螺的输出时序，线上每一个节点表示闭环输出数据的时刻，每相邻两个时间点的间隔为τ，t_k、t_k+1、t_k+2、t_k+3表示导航计算机定时采样时刻，在t_k至t_k+1内导航计算机采样频率发生抖动，采样周期变为T+Δt，t_k+1至t_k+2和t_k+2至t_k+3采样周期均为T，以Z轴为例，在t_k至t_k+1和t_k+1至t_k+2内各有三个输出数据，而在t_k+2至t_k+3内仅有两个输出数据，如果再考虑τ值的漂移，更加增大了输出的不确定性。

由此可以看出，在现有的检测算法下，一个τ输出一个闭环数据，累加数据量较小，在时钟异步、光纤陀螺与导航计算机采样率不同、τ值漂移和导航计算机采样频率抖动时，闭环数据累加个数差异将使不同采样周期的输出和光纤陀螺标度因数产生误差。

综上所述，对于工程实际中的捷联惯性测量组合，时钟的不同步、采样率的不同、τ值的漂移、导航计算机的采样频率抖动将导致光纤陀螺标度因数和输出数据产生误差，进而导致对载体的姿态解算产生误差。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出一种基于插值的光纤陀螺平滑滤波异步通信数据传输方法，用于惯性测量单元中光纤陀螺与导航计算机间数据的传输，将导航计算机各采样周期内对应的光纤陀螺输出数据多次插值后传输给导航计算机，通过高速插值，降低了时钟异步、采样率不同、τ值漂移、导航计算机采样频率抖动引起的数据误差和标度因数误差。