[发明专利]一种适用于激光捷联惯性导航系统的多凹点FIR滤波方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种有限冲击响应滤波器设计方法，尤其涉及一种适用于激光捷联惯性导航系统(Laser Inertial Navigation System,LINS)的有限冲击响应滤波器设计方法。

背景技术

在机抖式激光捷联惯性导航系统(LINS)中，由于机抖频率的存在，LINS工作时在导航解算前须将机抖频率滤除。常见的无限冲击响应滤波器(Infinite Impulse Response,IIR)和有限冲击响应滤波器(Finite Impulse Response,FIR)均可以实现这个目的，其中IIR可以用低阶滤波器实现对机抖频率的较大幅度衰减，运算量小一点，但是IIR的相频特性是非线性的，会造成一定信号畸变；而FIR正好相反，欲获得与IIR相同的衰减幅度，阶数会高一点，运算量和信号相位滞后也会相应增加，导致系统实时性能下降，但FIR具有线性相位，不会引起信号畸变，近年来在激光陀螺信号处理方面，FIR使用的更多一些。

在LINS中每一个激光陀螺输出信号里同时存在三个机抖信号干扰，在设计FIR或IIR的滤波器时，如果不考虑到对机抖信号的特殊处理，就会使得滤波器阶数增加较多，或者滤波效果欠佳。文献[1](晁志超.二频机械抖动激光陀螺信号处理算法的研究[D].长沙：国防科技大学，2006:12-42.)采用零点受阻的自适应IIR陷波器和20阶的FIR滤波串联的方法，处理中精度激光陀螺单表数据，其效果比原40阶FIR滤波更好。文献[2](程耀强，徐德民，万彦辉等.基于数字滤波的激光陀螺数字信号处理算法[J].中国惯性技术学报，2013,21(1):112-115.)使用同样的技术，将IIR陷波器加FIR滤波串联的滤波方法用于LINS数据处理，因滤波器延迟时间限制，可供选择的FIR阶数不能大于14，试验证明最终滤波效果比原34阶FIR差一些。虽然这种混合滤波方法效果明显，但是IIR陷波器的引入必定带来信号畸变。文献[3](姚天任.数字信号处理[M].北京：清华大学出版社.)介绍了多种FIR滤波器设计方法，但这些方法都是通用方法，不能对LINS中的三个机抖频率进行特殊陷波处理。

图1是目前LINS常用的一种FIR滤波器的滤波效果，以及滤波后的谱分析结果，图中仅给出了Gx陀螺的滤波效果，Gy和Gz陀螺效果与此类似。由图可见，该滤波器可将抖动幅度从±400Hz/0.5ms衰减到±1Hz/0.5ms，大部分机抖信号都被滤除。对滤波以后的数据做谱分析见图1(b)，可见尽管该滤波器为230Hz以上频率的噪声提供了-60dB的衰减，但能量最大的抖动干扰(自身抖动频率)，绝对幅值仍在+20dB以上，高于有用信号(直流信号)60dB；其它两个陀螺抖动信号也依然明显存在，只是被衰减到-20dB以下。这说明通过该FIR滤波以后，激光陀螺输出数据中还存在较强能量的抖动信号成份。因为机抖信号幅度具有一定随机性，所以这些残存的机抖噪声不仅带来不稳定性噪声，而且在导航解算时还会产生伪圆锥误差和划桨误差，影响导航精度。根据图1的分析结果，本发明多凹点FIR低通滤波器阻带衰减不少于60dB，在阻带衰减基础上应对三个频率点继续提供不小于80dB的衰减。

发明内容

为了解决现有的滤波方法不能对LINS中的三个机抖频率进行特殊陷波处理，带来不稳定性噪声，在导航解算时还会产生伪圆锥误差和划桨误差，影响导航精度的技术问题，本发明提供一种适用于激光捷联惯性导航系统的多凹点FIR滤波方法，以较低的阶数实现LINS滤波，同时利用FIR自身产生的凹陷点对三个陀螺机抖频率进行陷波。

本发明的技术解决方案是：

一种适用于激光捷联惯性导航系统的多凹点FIR滤波方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：

1)设定滤波器初始阶数为M₁；获取LINS系统中三个激光陀螺的机抖频率f_Gx、f_Gy、f_Gz；

2)设定采样频率f_s为三个激光陀螺的机抖频率中最大机抖频率的2倍以上，即：f_s＞2Max(f_Gx,f_Gy,f_Gz)；