CN114563002B - 一种适应车载扰动环境下寻北的挠性陀螺信号处理方法 - Google Patents

一种适应车载扰动环境下寻北的挠性陀螺信号处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种在车载扰动环境下进行寻北测量的陀螺信号处理方法，包括下列步骤，S1：DSP响应2000Hz定时中断，对陀螺数据进行8次循环采样；S2：对8次数据进行由小到大排序，排序后取中间的4个数据进行平均；S3：对数据进行二阶低通滤波处理，滤波器截止频率166Hz；S4：对数据进行陷波处理，陷波器截止频率346Hz；S5：对数据进行滞后补偿处理；S6：对S5产生的数据按2000H解算周期，重复采集1000次，对1000次数据求和，也就是0.5s周期内的数据记为一个数据，存入数组；数组共存入30个数据，也就是15s周期数据；S7：对30个数据进行处理，先对数据进行由小到大排序，排序后取中间的10个数据进行平均；S8：对处理后的10个数据平均，进行数据归一化处理；数据代入惯性测量算法，解算测量值。

Description

一种适应车载扰动环境下寻北的挠性陀螺信号处理方法
技术领域
本发明涉及一种惯性测量方法，尤其是涉及一种适应车载扰动环境下寻北的挠性陀螺信号处理方法。
背景技术
挠性陀螺是惯性测量装置的重要元件之一，其用于测量载体的角速度，为惯性测量装置提供精确的角速度信息，挠性陀螺的性能指标直接影响惯性测量装置的精度。惯性测量装置应用到陆用车载环境下进行寻北测量时，要求载体处于停止状态，并且有良好的测试环境，不能有扰动。在实际的工程应用中，车载环境通常会受到人员走动、发动机工作、风力等的影响，处于扰动环境，对陀螺信号造成极大的影响，如果不进行处理，将无法实现惯性测量，得不到可用的测量数据。这一问题反映出陀螺信号的处理，不能仅满足试验室环境，更应该针对实际工程应用采取有效的方法。
发明内容
本发明提供了一种适应车载扰动环境下寻北的挠性陀螺信号处理方法，在于对工程应用中的车载扰动环境下的陀螺信号，通过对信号中的坏值剔除、综合滤波等过程，解决由人员走动、发动机工作、低频风扰等带来的影响，其技术方案如下所述：
一种适应车载扰动环境下寻北的挠性陀螺信号处理方法，包括以下步骤：
S1：对挠性陀螺产生的数据按2000Hz解算周期，将0.5s周期内的数据记为一个数据，存入数组，数组共存入30个数据，也就是15s周期数据；
S2：对30个数据由小到大排序，排序后取中间的10个数据，剔除最小的10个数和最大的10个数；
S3：对中间的10个数据进行平均，进行数据归一化处理；将归一化处理后的数据代入惯性测量算法，解算测量值。
进一步的，步骤S1中，挠性陀螺产生的数据包括以下处理：
S11：DSP响应2000Hz的定时中断，对挠性陀螺的数据进行8次循环采样；
S12：对8次数据进行由小到大排序，排序后取中间的4个数据进行平均，剔除最小的两个数和最大的两个数；
S13：对进行平均得到的数据进行二阶低通滤波处理，滤波器截止频率166Hz，用于处理数据中扰动带来的噪声；
S14：对二阶低通滤波处理得到的数据进行陷波处理，陷波器截止频率346Hz，用于处理数据中与陀螺干扰噪声相关部分；
S15：对陷波处理得到的数据进行滞后补偿处理。
进一步的，步骤S13中，采用二阶低通数字离散化后公式：
式中：xn为步骤S2得到的数据，xn-1、yn-1为上一个周期解算数据，xn-2、yn-2为上两个周期解算数据。
进一步的，步骤S14中，采用限波器数字离散化后公式：
式中：xn为步骤S3得到的数据，xn-1、yn-1为上一个周期解算数据，xn-2、yn-2为上两个周期解算数据。
进一步的，步骤S15中，采用滞后数字离散化后公式：
f3(x)＝401xn-400xn-1 (3)
式中：xn为步骤S4得到的数据，xn-1为上一个周期解算数据。
本方法通过惯性测量装置进行处理，在惯性测量装置内部安装有挠性陀螺、第一处理电路板、第二信号处理板和电源板，所述电源板为第一处理电路板和第二信号处理板供电，第一处理电路板为挠性陀螺供电并进行前端信号处理，第二信号处理板采集第一处理电路板上的陀螺信号并进行信号处理。
所述挠性陀螺的信号经过前端第一处理电路板的处理，完成带通、解调、滤波环节，供第二信号处理板的DSP+FPGA采集处理。
所述适应车载扰动环境下寻北的挠性陀螺信号处理方法，能够有效的适应车载环境下的扰动，提高产品性能，提高测量精度，满足实际工程应用。
附图说明
图1是本发明配属的惯性测量装置构成图；
图2是本发明的电路原理图；
图3是本发明的信号处理流程图；
图4是本发明实施案例的测量数据。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本发明的概念。以下结合附图进一步说明本发明的实施方式。
如图1和图2所示，所述适应车载扰动环境下寻北的挠性陀螺信号处理方法，配属到惯性测量装置2，在惯性测量装置2内部安装有挠性陀螺1、第一处理电路板3、第二信号处理板4和电源板5，所述电源板5为第一处理电路板3和第二信号处理板4供电，第一处理电路板3为挠性陀螺1供电并进行前端信号处理，第二信号处理板4采集第一处理电路板3上的陀螺信号并进行信号处理。
所述挠性陀螺1的信号经过前端第一处理电路板3的处理，完成带通、解调、滤波环节，供第二信号处理板4的DSP+FPGA采集处理，处理的信号一路控制施矩脉冲，完成恒流源施矩电流控制；另一路进行信号处理，实现惯性测量功能，具体惯性测量的处理如下所述。
如图3所示，所述适应车载扰动环境下寻北的挠性陀螺信号处理方法，在发出信号采集指令后，包括以下步骤：
S1：DSP响应2000Hz(0.0005s周期)定时中断，对挠性陀螺1的数据进行8次循环采样；其中，2000Hz定时器是解算周期的意思，在硬件图框中看不到，在图3中体现；
S2：对8次数据进行由小到大排序，排序后取中间的4个数据进行平均，最小的两个数和最大的两个数作为坏值进行剔除，主要处理数据中的高频尖峰干扰；之所以取8个数据排序，是因为在工程应用时有时间限制，取其他时间达不到预期的试验效果。
S3：对数据进行二阶低通滤波处理，滤波器截止频率166Hz，主要处理数据中扰动带来的噪声；
采用二阶低通数字离散化后公式：
式中：xn为步骤S2得到的数据，xn-1、yn-1为上一个周期解算数据，xn-2、yn-2为上两个周期解算数据。
S4：对数据进行陷波处理，陷波器截止频率346Hz，主要处理数据中与陀螺干扰噪声相关部分；
采用限波器数字离散化后公式：
式中：xn为步骤S3得到的数据，xn-1、yn-1为上一个周期解算数据，xn-2、yn-2为上两个周期解算数据。
S5：对数据进行滞后补偿处理；
采用滞后数字离散化后公式：
f3(x)＝401xn-400xn-1 (3)
式中：xn为步骤S4得到的数据，xn-1为上一个周期解算数据。
S6：对步骤S5产生的数据按2000Hz解算周期，重复采集1000次，对1000次数据求和，也就是0.5s周期内的数据记为一个数据，存入数组；数组共存入30个数据，也就是15s周期数据；
其中，本步骤中取1000次是工程测试最优的结果，其他次数也可以。取30个数据，15s周期同样因为在工程应用时有时间限制，同时也方便下一步的排序计算。
S7：对30个数据进行处理，先对数据进行由小到大排序，排序后取中间的10个数据进行平均，最小的10个数和最大的10个数作为坏值进行剔除，主要处理数据中风扰带来的0.1Hz～5Hz低频干扰；
S8：对处理后的10个数据平均，进行数据归一化处理；将归一化处理后的数据代入惯性测量算法，解算测量值。
本实施例采用图1提供的惯性测量装置在车辆上开展实际测试，测试结果的数据如图4所示。经过验证可以看出，采用本发明的陀螺信号处理方法能够有效的适应车载环境下的扰动，提高产品性能。
以上显示和描述了本发明专利的基本原理、主要特征和本发明专利的优点，本行业的技术人员应该了解，本发明专利不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本专利的原理，在不脱离本发明专利精神和范围的前提下，本发明专利还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明专利范围内。本发明专利要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种适应车载扰动环境下寻北的挠性陀螺信号处理方法，包括以下步骤：
S1：对挠性陀螺产生的数据按2000Hz解算周期，将0.5s周期内的数据记为一个数据，存入数组，数组共存入30个数据，也就是15s周期数据；挠性陀螺产生的数据包括以下处理：
S11：DSP响应2000Hz的定时中断，对挠性陀螺的数据进行8次循环采样；
S12：对8次数据进行由小到大排序，排序后取中间的4个数据进行平均，剔除最小的两个数和最大的两个数；
S13：对进行平均得到的数据进行二阶低通滤波处理，滤波器截止频率166Hz，用于处理数据中扰动带来的噪声；
S14：对二阶低通滤波处理得到的数据进行陷波处理，陷波器截止频率346Hz，用于处理数据中与陀螺干扰噪声相关部分；
S15：对陷波处理得到的数据进行滞后补偿处理；
S2：对30个数据由小到大排序，排序后取中间的10个数据，剔除最小的10个数和最大的10个数；
S3：对中间的10个数据进行平均，进行数据归一化处理；将归一化处理后的数据代入惯性测量算法，解算测量值。
2.根据权利要求1所述的适应车载扰动环境下寻北的挠性陀螺信号处理方法，其特征在于：步骤S13中，采用二阶低通数字离散化后公式：
式中：xn为步骤S2得到的数据，xn-1、yn-1为上一个周期解算数据，xn-2、yn-2为上两个周期解算数据。
3.根据权利要求1所述的适应车载扰动环境下寻北的挠性陀螺信号处理方法，其特征在于：步骤S14中，采用限波器数字离散化后公式：
式中：xn为步骤S3得到的数据，xn-1、yn-1为上一个周期解算数据，xn-2、yn-2为上两个周期解算数据。
4.根据权利要求1所述的适应车载扰动环境下寻北的挠性陀螺信号处理方法，其特征在于：步骤S15中，采用滞后数字离散化后公式：
f3(x)＝401xn-400xn-1 (3)
式中：xn为步骤S4得到的数据，xn-1为上一个周期解算数据。
5.根据权利要求1所述的适应车载扰动环境下寻北的挠性陀螺信号处理方法，其特征在于：本方法通过惯性测量装置进行处理，在惯性测量装置内部安装有挠性陀螺、第一处理电路板、第二信号处理板和电源板，所述电源板为第一处理电路板和第二信号处理板供电，第一处理电路板为挠性陀螺供电并进行前端信号处理，第二信号处理板采集第一处理电路板上的陀螺信号并进行信号处理。
6.根据权利要求5所述的适应车载扰动环境下寻北的挠性陀螺信号处理方法，其特征在于：所述挠性陀螺的信号经过前端第一处理电路板的处理，完成带通、解调、滤波环节，供第二信号处理板的DSP+FPGA采集处理。
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