[发明专利]基于自适应滤波的光纤陀螺阶梯波串扰抑制方法

说明书

一种基于自适应滤波的光纤陀螺阶梯波串扰抑制方法，利用陀螺输出误差与波导驱动信号的相关性抑制阶梯波串扰误差，同时针对电路串扰信号的强度和相位会随外界条件的变化而改变的问题，引入自适应滤波算法，自主确定输出误差与波导驱动信号间的幅值与相位差，从而进行实时的抑制。本方法简单，不需人为调整滤波参数，具有较好的工程应用前景。

技术领域

本发明涉及一种基于自适应滤波的光纤陀螺阶梯波串扰抑制方法，能够实现光纤陀螺阶梯波串扰的抑制，属于光纤陀螺技术领域。

背景技术

光纤陀螺以其全固态、高可靠、高精度等特点，目前已在空间系统中广泛应用。目前空间用光纤陀螺主要分为两大类，一类是小型化光纤陀螺，其精度在0.01°/h～1°/h之间，满足卫星等航天器姿态稳定和轨道控制需求，另一类是高精度光纤陀螺，其精度优于0.001°/h，采样率大于500Hz，用于卫星控制系统“超静、超稳、超快”平台的微振动测量，实现卫星平台微振动的抑制，进而为星上成像载荷提供稳定的平台环境，提高其成像精度。高精度光纤陀螺在高速采集下的时域和频域输出如图1和图2所示。由于精度和采样率的提高，陀螺输出中存在明显的阶梯波形状误差，同时频域输出中存在明显的基频及谐波误差信号。

造成输出误差的原因是光纤陀螺阶梯波驱动对探测器输出信号的串扰。光纤陀螺基本原理框图如图3所示。根据光纤陀螺通用的闭环检测方案，探测器将光信号转换为电信号，经前置放大器放大后输入现场可编程门阵列(FPGA)芯片中进行数字处理后产生阶梯波形状的驱动信号，经波导驱动电路处理后驱动光电调制器完成转速的闭环检测。由于探测器输出电信号为微伏量级，而用于闭环的波导驱动信号为伏量级，且由于尺寸的限制，在检测电路中探测器输出信号与波导驱动信号间的距离较近，因此，在检测电路中存在一个串扰通道，使得波导驱动信号会对探测器输出信号产生干扰，同时波导驱动信号与探测器输出信号具有相关性，从而在陀螺输出中引入与波导驱动信号形状相似的误差。现有的针对波导驱动信号串扰的抑制方法一方面通过优化电路设计，尽可能的将探测器输出信号和波导驱动信号隔离开，以减少串扰强度。另一方面是在数字信号处理程序中引入随机调制，降低波导驱动信号与探测器输出信号的相关性，以抑制波导驱动的串扰。但由于实际中探测器输出信号和波导驱动信号无法完全隔离开，同时两者的强度量级相差较大，串扰信号无法被彻底的抑制，在高精度光纤陀螺中，残余的串扰还是会在陀螺输出中造成较大的误差，影响其实际应用。而通过随机调制的方式可以在一定程度上抑制波导驱动信号串扰，但在抑制串扰的同时，会使陀螺的精度降低，也会影响其实际应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于自适应滤波的光纤陀螺阶梯波串扰抑制方法，利用陀螺输出误差与波导驱动信号的相关性抑制阶梯波串扰误差，同时针对电路串扰信号的强度和相位会随外界条件的变化而改变的问题，引入自适应滤波算法，自主确定输出误差与波导驱动信号间的幅值与相位差，从而进行实时的抑制。本方法简单，不需人为调整滤波参数，具有较好的工程应用前景。

本发明目的通过以下技术方案予以实现：

基于自适应滤波的光纤陀螺阶梯波串扰抑制方法，包括如下步骤：

S1、将k时刻光纤陀螺的原始输出信号x(k)输出给k-1时刻的参数可变滤波器；所述k-1时刻的参数可变滤波器将滤波后的信号d′(k)与k时刻阶梯波驱动信号d(k)求差作为k时刻光纤陀螺的最终输出信号e(k)；

S2、计算k时刻光纤陀螺的原始输出信号的功率谱密度估计值S_D(k)，利用所述功率谱密度估计值S_D(k)和S1中的最终输出信号e(k)，确定k+1时刻的参数可变滤波器的参数矩阵，然后转入S1。

上述基于自适应滤波的光纤陀螺阶梯波串扰抑制方法，对于任一k时刻，参数可变滤波器的参数矩阵w(k)为：

w(k)＝w(k-1)+e(k)S_D(k)x(k)