[发明专利]一种光纤陀螺寻北的数据处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光纤陀螺寻北的数据处理方法。

背景技术

光纤陀螺基于惯性传感效应，无运动部件、牢固稳定、耐冲击抗加速运动等方面较其它类型陀螺具有明显的优势，作为敏感元件在寻北技术、定位定向中具有广泛应用前景。

目前的光纤陀螺静态四位置测量方法如下：光纤陀螺敏感轴平行于地平面，在与地理北向存在₀夹角时，光纤陀螺感应北向转速ω_N(ω_N＝ω_e cosφ_e，其中ω_e为地球自转角速度，φ_e为测量点的地理纬度)的分量，输出为y＝kω_N cos₀+ε₀+ε_t(其中k为光纤陀螺固有的标度因数；ε₀为光纤陀螺零偏；ε_t为此时的测量噪声)。在水平面内以初始方位角位置为初始位置，使光纤陀螺敏感轴转向相互正交四个位置分别进行测量。根据输出y与₀之间的三角函数关系，从而求解出₀，确定测量方向的方位角。所以根据陀螺在四个位置的输出，如式(1)所示。

忽略零偏和噪声项，计算初始方位角₀，常用的有两种方法：

第(1)种方法采用差分和比值的方法避开了光纤陀螺标度因数、零偏、地理纬度等参数的影响，但如果四个位置中的任一个位置存在测量偏差都将为最终的方位角₀带来较大的误差，所以对四个位置的绝对测量精度要求高。而第(2)种方法采用加权的方式虽然补偿了一部分位置测量误差，但是每次测量都需要对光纤陀螺的标度因数、测量位置的地理纬度等参量进行实时补偿，不适合对于测量点位置的变化的寻北方式。

本发明改进四位置算法，提出了一种对于光纤陀螺和测试环境都具有较强稳定性的差分和比值循环四位置计算寻北算法。

光纤陀螺在寻北应用中敏感地球转速分量，其输入速率处于中低速率范围内，陀螺的零漂和外界的噪声都易引入从而降低最终的寻北精度。目前多采用滤波的方法进行降噪，时间序列分析ARMA和卡尔曼滤波也是常用的一些方法。但是其中在建立陀螺输出数据模型和卡尔曼滤波参数等方面多采用统计的方式，在进行寻北测量前，首先对测量用陀螺进行输出数据的分析，然后确定数据误差模型和初始卡尔曼参数，利用此模型和参数对随后采集数据进行滤波处理，其中忽略了测量环境变化和随时间关纤陀螺内部参数的变化对滤波模型的影响，为寻北测量带来较大的误差。中国专利CN200610043115.4公布了一种单轴光纤寻北仪的专利，给除了单轴光纤陀螺作为寻北仪敏感元件的完整的硬件和软件计算方案，没有完整地滤波方案。中国专利CN200620001706.0公布了一种光纤陀螺快速寻北仪的实用新型专利，专利仅给出了其硬件实现方案。而对于每个测量陀螺，尤其是不同型号的陀螺，其性能参数是有很大的差别的；即使对于同一个陀螺在不同时刻的测量，其参数也同样存在变化，如果替换寻北过程的敏感元件，则所需要的滤波参数需要重新测定。所以为了提高基于光纤陀螺寻北仪内部所嵌的软件能够对测量敏感元件具有良好的自适应性，必须在参数滤波方面使滤波参数的选取根据所使用硬件在当前测量时刻参数而变化。同时，为了缩短寻北时间，又要求参数的测量是和寻北过程同时进行的，据此本设计提出了滤波和寻北同时进行的，利用ARMA建立状态方程和卡尔曼滤波同时进行的参数自适应滤波方式，给出了寻北数据滤波和差分和比值循环四位置寻北算法的完整方案。

发明内容

本发明的目的是克服原有的模型建立和信号滤波处理中参数选取标定的不足，提供一种光纤陀螺寻北的数据处理方法。

光纤陀螺寻北的数据处理方法包括如下步骤：

1)将光纤陀螺的输入基准轴与初始方位第一个位置对准，以初始方位第一位置为基准分别转动四个相互正交的第一位置、第二位置、第三位置和第四位置，在每个位置上采集并保存相同时间内的光纤陀螺输出{y_ij}，得到每个位置光纤陀螺输出数列的均值{}、标准自相关函数值{ρ_ip)和自相关函数{γ_ip}，其中i代表的位置数，j代表每个位置光纤陀螺输出数列的数据个数，下标p代表建立光纤陀螺输出AR模型的阶数；