CN101236083B - 一种快速切换光纤陀螺动静态输出数据的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种快速切换光纤陀螺动静态输出数据的方法。以归一化后的光纤陀螺单点输出数据作为数据处理对象；利用阈值判断法判定光纤陀螺处于动态或静态并完成相互切换；针对两种状态采用不同的信号处理方法；从动态切换到静态输出后，采用中值逼近法加速完成接近静态稳态值的过程。本发明针对光纤陀螺动静态下的不同要求采用不同的信号处理方法，能够有效区分光纤陀螺处于动态或静态，实现快速切换光纤陀螺动静态下的输出数据；适用于开环或闭环方案的光纤陀螺；完全适合在线使用，在实际的陀螺工作环境中进行；软件方法实现，不增加硬件开销；不影响系统带宽。
Description
技术领域
本发明涉及一种快速切换光纤陀螺动静态输出数据的方法。
背景技术
光纤陀螺在实际的使用环境中，动态和静态下的使用要求是不同的。光纤陀螺在动态情况下，敏感到的角速度变化快，光纤陀螺输出信号的幅值较大，信噪比较高，此时要求实时追踪角速度的变化，对输出数据的滤波功能要求不高，可以直接输出单点数据；而在静态情况下，光纤陀螺输出信号的幅值很小，趋近于0，信噪比较低，需要对单点数据采用数据处理方法提高精度才可以满足要求。
针对上述情况，需要一种能够有效区分光纤陀螺处于动态或静态，快速在二者之间完成切换，保证输出信号的连续性和准确性的信号处理方法。
发明内容
本发明的目的是在保证光纤陀螺动静态输出精度的前提下，提供一种快速切换光纤陀螺动静态输出数据的方法。
快速切换光纤陀螺动静态输出数据的方法包括步骤如下：
1)光纤陀螺启稳后，以归一化后的光纤陀螺单点输出数据作为数据处理对象，归一化后的数据单位为度/小时；
2)根据阈值判断法确定光纤陀螺处于动态或静态情况，在动态情况时，直接输出单点数据，在静态情况时，采用惯性滤波方法输出单点数据；
3)从动态输出切换到静态输出后，采用中值逼近法加速完成接近静态稳态值过程。
所述的阈值判断法的步骤如下：
1)实时计算归一化后的光纤陀螺单点输出数据的标准差σ，取6倍σ为阈值，若当前单点输出数据大于阈值视为动态情况，否则为静态情况；
2)一旦发生状态切换，重新开始实时计算归一化后的光纤陀螺单点输出数据的标准差σ，取6倍σ为阈值，若当前单点输出数据大于阈值视为动态情况，否则为静态情况。
所述的中值逼近法的步骤如下：
1)从动态切换到静态输出后，将滤波初始值设为0度/小时，用滤波后的单点输出数据的前10个值的均值作为判据，若该值比0大，则修改滤波当前输出值为7.5度/小时，否则为-7.5度/小时；
2)滤波当前值调整为7.5度/小时后，用滤波后的单点输出数据的前10个值的均值作为判据，若该值比7.5度/小时大，则修改滤波当前输出值为11.25度/小时，否则为3.75度/小时；滤波当前值调整为-7.5度/小时后，用滤波后的单点输出数据的前10个值的均值作为判据，若该值比-7.5度/小时大，则修改滤波当前输出值为-3.75度/小时，否则为-11.25度/小时；
3)滤波当前值调整为11.25度/小时后，用滤波后的单点输出数据的前10个值的均值作为判据，若该值比11.25度/小时大，则修改滤波当前输出值为13.125度/小时，否则为9.375度/小时；滤波当前值调整为3.75度/小时后，用滤波后的单点输出数据的前10个值的均值作为判据，若该值比3.75度/小时大，则修改滤波当前输出值为5.625度/小时，否则为1.875度/小时；滤波当前值调整为-11.25度/小时后，用滤波后的单点输出数据的前10个值的均值作为判据，若该值比11.25度/小时大，则修改滤波当前输出值为-9.375度/小时，否则为-13.125度/小时；滤波当前值调整为-3.75度/小时后，用滤波后的单点输出数据的前10个值的均值作为判据，若该值比-3.75度/小时大，则修改滤波当前输出值为-1.875度/小时，否则为-5.625度/小时。
本发明针对光纤陀螺动静态下的不同要求采用不同的信号处理方法，能够有效区分光纤陀螺处于动态或静态，实现快速切换光纤陀螺动静态下的输出数据；该方法适用于开环或闭环方案的光纤陀螺；完全适合在线使用，在实际的陀螺工作环境中进行；软件方法实现，不增加硬件开销；不影响系统带宽。
附图说明
图1是光纤陀螺动静态输出数据处理的框图；
图2是动态切换到静态后中值逼近法数据处理的框图；
图3是利用matlab仿真的光纤陀螺动静两种状态下的输出图；
图4是利用matlab仿真的动态进入静态后直接惯性滤波的输出图；
图5是利用matlab仿真的动态进入静态后中值逼近法和惯性滤波结合的输出图。
具体实施方式
光纤陀螺中主要的噪声源均可以看作是白噪声，根据微弱信号检测理论可知，它的瞬时噪声幅值基本在±3σ内，σ为噪声的均方根值。将光纤陀螺单点输出数据进行归一化处理，实时计算单点输出数据的标准差σ，以6倍的σ作为动静态的阈值，当前单点输出数据低于该阈值时为静态情况，否则为动态情况，利用上述原则可以有效区分光纤陀螺的动静态。由于动态情况下，实时性要求高，静态情况下，精度要求高，所以动态下直接输出单点数据，静态情况下，采用惯性滤波方法输出单点数据。
利用上述方法从静态输出切换到动态输出时，不产生任何问题。从动态输出切换到静态输出时，由于进入到6倍的σ内就默认为静态输出，此时开始以惯性滤波方法输出单点数据。由于惯性滤波的建立时间与滤波初始值和最终稳态值的差值有关，差值越大，建立时间越长，为了可以快速追踪到静态的最终稳态值，采用中值逼近法来加速实现这一过程。
中值逼近法的基本原理是进行区间判断，切换到静态输出后，将滤波初始值设为0，然后用滤波后的单点输出数据的前10个值的均值作为判据，最终将新的滤波初始值分配在1.875度/小时，5.625度/小时，9.375度/小时，13.125度/小时4个不同的数值开始滤波，比原来6σ内的任一数值开始进行滤波相比，可以极大地缩短追踪到静态稳态值的时间。
下面结合附图和实施对本发明作进一步说明：
图1是光纤陀螺动静态输出数据处理的框图，光纤陀螺启稳后，以归一化后的光纤陀螺单点输出数据作为数据处理对象，归一化后的数据单位为度/小时；根据阈值判断法确定光纤陀螺处于动态或静态情况，在动态情况时，直接输出单点数据，在静态情况时，采用惯性滤波方法输出单点数据；从动态输出切换到静态输出后，采用中值逼近法加速完成接近静态稳态值过程。其中阈值判断法的过程包括：实时计算归一化后的光纤陀螺单点输出数据的标准差σ，取6倍σ为阈值，若当前单点输出数据大于阈值视为动态情况，否则为静态情况；一旦发生状态切换，重新开始实时计算归一化后的光纤陀螺单点输出数据的标准差σ，取6倍σ为阈值，若当前单点输出数据大于阈值视为动态情况，否则为静态情况。
图2是动态切换到静态下中值逼近法数据处理的框图，动态和静态两种状态根据6倍σ的阈值判断法直接完成切换，输出相应的单点数据。从动态切换到静态输出后，将滤波初始值设为0度/小时，用滤波后的单点输出数据的前10个值的均值作为判据，若该值比0大，则修改滤波当前输出值为7.5度/小时，否则为-7.5度/小时；
滤波当前值调整为7.5度/小时后，用滤波后的单点输出数据的前10个值的均值作为判据，若该值比7.5度/小时大，则修改滤波当前输出值为11.25度/小时，否则为3.75度/小时；滤波当前值调整为-7.5度/小时后，用滤波后的单点输出数据的前10个值的均值作为判据，若该值比-7.5度/小时大，则修改滤波当前输出值为-3.75度/小时，否则为-11.25度/小时；
滤波当前值调整为11.25度/小时后，用滤波后的单点输出数据的前10个值的均值作为判据，若该值比11.25度/小时大，则修改滤波当前输出值为13.125度/小时，否则为9.375度/小时；滤波当前值调整为3.75度/小时后，用滤波后的单点输出数据的前10个值的均值作为判据，若该值比3.75度/小时大，则修改滤波当前输出值为5.625度/小时，否则为1.875度/小时；滤波当前值调整为-11.25度/小时后，用滤波后的单点输出数据的前10个值的均值作为判据，若该值比11.25度/小时大，则修改滤波当前输出值为-9.375度/小时，否则为-13.125度/小时；滤波当前值调整为-3.75度/小时后，用滤波后的单点输出数据的前10个值的均值作为判据，若该值比-3.75度/小时大，则修改滤波当前输出值为-1.875度/小时，否则为-5.625度/小时。
图3是利用matlab仿真的光纤陀螺动静两种状态下的输出图，input表示输入信号，output表示输出信号，可以看到input在50000点处由动态转变为静态，利用阈值判断法output立即作出了切换，同时动静态下采用了不同的信号处理方法，可以同时满足动态实时性和静态高精度的要求。
图4是利用matlab仿真的动态进入静态后直接惯性滤波的输出图，假设静态的稳态值为8度/小时，滤波初始值为-20度/小时，采样率为3000Hz，若以从滤波开始到进入静态稳态值的7％的波动范围这段时间为滤波建立时间，则采用直接惯性滤波的方法，滤波建立时间为21.42s。
图5是利用matlab仿真的动态进入静态后中值逼近法和惯性滤波结合的输出图，基于同样假设，经过三次设定滤波初始值的过程，最终从9.375度/小时开始滤波，滤波建立时间仅为0.0054s，比单独使用惯性滤波方法，极大地降低了接近静态稳态值的时间。
Claims (1)
1.一种快速切换光纤陀螺动静态输出数据的方法，其特征在于包括步骤如下：
1)光纤陀螺启稳后，以归一化后的光纤陀螺单点输出数据作为数据处理对象，归一化后的数据单位为度/小时；
2)根据阈值判断法确定光纤陀螺处于动态或静态情况，在动态情况时，直接输出单点数据，在静态情况时，采用惯性滤波方法输出单点数据；
3)从动态输出切换到静态输出后，采用中值逼近法加速完成接近静态稳态值过程；
所述的阈值判断法的步骤如下：
1)实时计算归一化后的光纤陀螺单点输出数据的标准差σ，取6倍σ为阈值，若当前单点输出数据大于阈值视为动态情况，否则为静态情况；
2)一旦发生状态切换，重新开始实时计算归一化后的光纤陀螺单点输出数据的标准差σ，取6倍σ为阈值，若当前单点输出数据大于阈值视为动态情况，否则为静态情况；
所述的中值逼近法的步骤如下：
1)从动态切换到静态输出后，将滤波初始值设为0度/小时，用滤波后的单点输出数据的前10个值的均值作为判据，若该值比0大，则修改滤波当前输出值为7.5度/小时，否则为-7.5度/小时；
2)滤波当前值调整为7.5度/小时后，用滤波后的单点输出数据的前10个值的均值作为判据，若该值比7.5度/小时大，则修改滤波当前输出值为11.25度/小时，否则为3.75度/小时；滤波当前值调整为-7.5度/小时后，用滤波后的单点输出数据的前10个值的均值作为判据，若该值比-7.5度/小时大，则修改滤波当前输出值为-3.75度/小时，否则为-11.25度/小时；
3)滤波当前值调整为11.25度/小时后，用滤波后的单点输出数据的前10个值的均值作为判据，若该值比11.25度/小时大，则修改滤波当前输出值为13.125度/小时，否则为9.375度/小时；滤波当前值调整为3.75度/小时后，用滤波后的单点输出数据的前10个值的均值作为判据，若该值比3.75度/小时大，则修改滤波当前输出值为5.625度/小时，否则为1.875度/小时；滤波当前值调整为-11.25度/小时后，用滤波后的单点输出数据的前10个值的均值作为判据，若该值比-11.25度/小时大，则修改滤波当前输出值为-9.375度/小时，否则为-13.125度/小时；滤波当前值调整为-3.75度/小时后，用滤波后的单点输出数据的前10个值的均值作为判据，若该值比-3.75度/小时大，则修改滤波当前输出值为-1.875度/小时，否则为-5.625度/小时。
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