RU2654941C1 - Способ цифровой фильтрации шумовой составляющей в инерциальных датчиках - Google Patents
Способ цифровой фильтрации шумовой составляющей в инерциальных датчиках Download PDFInfo
- Publication number
- RU2654941C1 RU2654941C1 RU2017118849A RU2017118849A RU2654941C1 RU 2654941 C1 RU2654941 C1 RU 2654941C1 RU 2017118849 A RU2017118849 A RU 2017118849A RU 2017118849 A RU2017118849 A RU 2017118849A RU 2654941 C1 RU2654941 C1 RU 2654941C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- noise component
- output signal
- time interval
- sensor
- digital filtering
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Gyroscopes (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано при построении одноосных и трехосных измерителей угловых скоростей и линейных ускорений с цифровым выходом информации. Задачей изобретения является возможность обеспечения заданного уровня цифровой фильтрации шумовой составляющей в выходном сигнале датчика при минимальном фазовом запаздывании, что является в ряде случаев решающим аргументом для возможности использования датчиков в комплексных системах управления летательными аппаратами. Поставленная задача решается предложенным способом цифровой фильтрации шумовой составляющей выходного сигнала в инерциальных датчиках, в котором цифровая фильтрация шумовой составляющей выходного сигнала инерциального датчика осуществляется путем выделения из выходного сигнала датчика на заданном интервале времени его среднего значения, определения на последующем участке времени знака шумовой составляющей относительно среднего значения выходного сигнала, определенного на предыдущем интервале времени, и вычитания из выходного сигнала шумовой составляющей заданной величины с учетом ее знака. 3 ил.
Description
Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано при построении одноосных и трехосных измерителей угловых скоростей и линейных ускорений с цифровым выходом информации [1-3].
Одним из основных требований, предъявляемым к гироскопическим датчикам - гироскопам и акселерометрам, при их использовании в пилотажных системах управления летательными аппаратами, является обеспечение минимального уровня шумовой составляющей в их выходных сигналах.
Известными и широко распространенными способами подавления шумовой составляющей в выходных сигналах гироскопических датчиков с цифровым выходом информации является использование разнообразных цифровых фильтров, в которых подавление шумовой составляющей осуществляется путем установления в фильтре временной задержки [4, 5, 6],
Основным недостатком таких фильтров является возникновение большого фазового запаздывания выходного сигнала датчика, вызванное временной задержкой, что делает в ряде случаев невозможным использование датчиков в системах управления летательными аппаратами.
Прототипом предлагаемого изобретения является полурекурсивный цифровой фильтр [7], описываемый следующим уравнением:
где ωj - постоянные во времени весовые коэффициенты полурекурсивного фильтра (j=0, 1,…, N); М - параметр, указывающий на то, как далеко вперед предусматривается входной процесс; у(nТ) - выходной сигнал в n-й момент времени, х(nТ) - входной сигнал в n-й момент времени.
Для двухзвенного цифрового фильтра, реализуемого в датчиках угловых скоростей, уравнение (1) записывается в виде:
где k1=β/(β+1); k2=1/(β+1); β=Т/Т0; Т - постоянная фильтра; T0=1/
; 
- частота выдачи информации; n - тактовая частота выдачи информации; ωвых(n) - выходной сигнал об угловой скорости на текущем такте выдачи информации; ωвых(n-1) - выходной сигнал об угловой скорости на предыдущем такте выдачи информации; ωвх(n) - входной сигнал об угловой скорости на текущем такте выдачи информации.
При использовании такого фильтра степень фильтрации сигнала ограничивается допустимым фазовым запаздыванием на рабочей частоте измеряемой угловой скорости. Например, для систем управления гражданскими самолетами фазовое запаздывание не должно превышать 18°.
Задачей изобретения является возможность обеспечения заданного уровня цифровой фильтрации шумовой составляющей в выходном сигнале датчика при минимальном фазовом запаздывании, что является в ряде случаев решающим аргументом для возможности использования датчиков в комплексных системах управления летательными аппаратами.
Поставленная задача решается предложенным способом цифровой фильтрации шумовой составляющей выходного сигнала в инерциальных датчиках, в котором цифровая фильтрация шумовой составляющей выходного сигнала инерциального датчика осуществляется путем выделения из выходного сигнала датчика на заданном интервале времени его среднего значения, определения на последующем участке времени знака шумовой составляющей относительно среднего значения выходного сигнала, определенного на предыдущем интервале времени, и вычитания из выходного сигнала шумовой составляющей заданной величины с учетом ее знака.
Сущность изобретения поясняется следующими иллюстрациями:
Фиг. 1 - структурно-функциональная схема алгоритма цифровой фильтрации согласно предложенному способу фильтрации;
Фиг. 2 - фазовые характеристики двухзвенного фильтра и фильтра согласно предложенному способу фильтрации;
Фиг. 3 - нефильтрованный и отфильтрованный шумовой сигнал согласно предложенному способу фильтрации.
Реализуется изобретение следующим образом. В блоке 1 (Фиг. 1) осуществляется прием измеряемого сигнала и расчет его скользящего среднего значения на интервале ΔT по N тактам. В блоке 2 принимается значение входного сигнала на такте (N+1), из него вычитается среднее значение входного сигнала, определенного на ΔT интервале, и определяется знак полученной разности. В блоке 3 осуществляется вычитание заданного уровня помехи Δσ из входного сигнала, измеренного на (N+1) такте. Полученный результат идет на выход алгоритма. Далее на последующих тактах измерений процедура, изложенная выше, повторяется.
На Фиг. 2 приведены для сравнения результаты моделирования фильтрации, произведенные по прототипу - двухзвенному цифровому фильтру, и по предложенному способу цифровой фильтрации. Моделирование производилось для одинакового массива данных угловой скорости, экспериментально снятой с микромеханического гироскопа китайской фирмы МТ Microsystems MSG1100D-300, и принимался одинаковый уровень снижения шумовой составляющей - σф/σ=0,52 (Фиг. 3).
Как видно из приведенных графиков (Фиг. 2), использование предложенного метода цифровой фильтрации позволяет многократно уменьшить фазовое запаздывание по сравнению с прототипом. Это чрезвычайно важно для повышения качества регулирования при использовании инерциальных датчиков первичной информации в комплексных системах управления летательных аппаратов.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Кузнецов А.Г., Абутидзе З.С., Портнов Б.И., Галкин В.И., Калик А.А. Микромеханические датчики для пилотажных систем управления // Гироскопия и навигация. 2010, №2(69). С. 50-56.
2. ST Microelectronics (США), каталог микромеханических приборов, www.st.com.
3. Sensonor A.S. (Норвегия), гироскоп STIM-210, www.sensonor.com.
4. МТ Microsestems (Китай), каталог микромеханических приборов, www.cetcmems.com.
5. Г. Лэм Аналоговые и цифровые фильтры. Перевод с английского, М.: «Мир», 1982, 592 с.
6. Введение в цифровую фильтрацию. Под редакцией Р. Богнера и А. Константинидиса. Перевод с английского, М.: «Мир», 1975, 216 с.
7. И.А. Мизин, А.А. Матвеев Цифровые фильтры (анализ, синтез, реализация с использованием ЭВМ). - М.: Связь, 1979. - 240 с., ил.
Claims (1)
- Способ цифровой фильтрации шумовой составляющей в инерциальных датчиках, отличающийся тем, что цифровая фильтрация шумовой составляющей выходного сигнала инерциального датчика осуществляется путем выделения из выходного сигнала датчика на заданном интервале времени его среднего значения, определения на последующем участке времени знака шумовой составляющей относительно среднего значения выходного сигнала, определенного на предыдущем интервале времени, и вычитания из выходного сигнала шумовой составляющей заданной величины с учетом ее знака.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017118849A RU2654941C1 (ru) | 2017-05-31 | 2017-05-31 | Способ цифровой фильтрации шумовой составляющей в инерциальных датчиках |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017118849A RU2654941C1 (ru) | 2017-05-31 | 2017-05-31 | Способ цифровой фильтрации шумовой составляющей в инерциальных датчиках |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2654941C1 true RU2654941C1 (ru) | 2018-05-23 |
Family
ID=62202433
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017118849A RU2654941C1 (ru) | 2017-05-31 | 2017-05-31 | Способ цифровой фильтрации шумовой составляющей в инерциальных датчиках |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2654941C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115420306A (zh) * | 2022-11-07 | 2022-12-02 | 浙江芯昇电子技术有限公司 | 基于数字滤波方式的陀螺仪温漂补偿的实施方法和系统 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1789933A1 (ru) * | 1990-05-21 | 1993-01-23 | Osoboe Kt B Start | Устройство для измерения скорости движения объекта |
| RU2362173C1 (ru) * | 2008-03-21 | 2009-07-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского" | Способ измерения линейного ускорения в системах управления ракет и устройство для его осуществления |
| RU2366961C1 (ru) * | 2008-03-21 | 2009-09-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского" | Способ измерения линейного ускорения |
| US7746476B2 (en) * | 2007-07-11 | 2010-06-29 | Emcore Corporation | Fiber optic gyroscope |
-
2017
- 2017-05-31 RU RU2017118849A patent/RU2654941C1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1789933A1 (ru) * | 1990-05-21 | 1993-01-23 | Osoboe Kt B Start | Устройство для измерения скорости движения объекта |
| US7746476B2 (en) * | 2007-07-11 | 2010-06-29 | Emcore Corporation | Fiber optic gyroscope |
| RU2362173C1 (ru) * | 2008-03-21 | 2009-07-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского" | Способ измерения линейного ускорения в системах управления ракет и устройство для его осуществления |
| RU2366961C1 (ru) * | 2008-03-21 | 2009-09-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского" | Способ измерения линейного ускорения |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| И.А. Мизин, А.А. Матвеев. Цифровые фильтры (анализ, синтез, реализация с использованием ЭВМ). -М.: Связь, 1979, 240 с. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115420306A (zh) * | 2022-11-07 | 2022-12-02 | 浙江芯昇电子技术有限公司 | 基于数字滤波方式的陀螺仪温漂补偿的实施方法和系统 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Li et al. | Not fully overlapping Allan variance and total variance for inertial sensor stochastic error analysis | |
| EP2629053A2 (en) | Estimation of conventional inertial sensor errors with atomic inertial sensor | |
| Peesapati et al. | Efficient hybrid Kalman filter for denoising fiber optic gyroscope signal | |
| Petkov et al. | Stochastic modeling of MEMS inertial sensors | |
| Diao et al. | Analysis and compensation of MEMS gyroscope drift | |
| Quinchia et al. | Analysis and modelling of MEMS inertial measurement unit | |
| Hussen et al. | Low-cost inertial sensors modeling using Allan variance | |
| CN104280047A (zh) | 一种多传感器融合的陀螺漂移滤波系统及方法 | |
| RU2654941C1 (ru) | Способ цифровой фильтрации шумовой составляющей в инерциальных датчиках | |
| Jurado et al. | A regression‐based methodology to improve estimation of inertial sensor errors using Allan variance data | |
| CN114037190B (zh) | 一种含陡倾裂隙危岩体临崩时间区间预测方法及装置 | |
| Ramalingam et al. | Microelectromechnical systems inertial measurement unit error modelling and error analysis for low-cost strapdown inertial navigation system | |
| Yong et al. | Research on the compensation in MEMS gyroscope random drift based on time-series analysis and Kalman filtering | |
| Fedasyuk et al. | Method of analyzing dynamic characteristics of MEMS gyroscopes in test measurement mode | |
| Sotak | Determining stochastic parameters using an unified method | |
| Bischof et al. | Vibration detection with 100 Hz GPS PVAT during a dynamic flight | |
| Bhardwaj et al. | Allan variance the stability analysis algorithm for MEMS based inertial sensors stochastic error | |
| CN107664499B (zh) | 一种船用捷联惯导系统的加速度计在线降噪方法 | |
| RU2571437C1 (ru) | Способ прецизионной обработки сигналов лазерного гироскопа | |
| RU2717552C1 (ru) | Способ цифровой фильтрации шумовой составляющей в инерциальных датчиках | |
| Xia et al. | Adaptive Kalman filtering based on higher-order statistical analysis for digitalized silicon microgyroscope | |
| Kapeel et al. | Modeling and simulation of low cost MEMS gyroscope using matlab (simulink) for UAV autopilot design | |
| Artemiev et al. | Assessment of Drift of Gyroscopic Systems Built on the Basis of Microelectromechanical Sensors | |
| Deputatova et al. | Analysis of noise components in quartz pendulum accelerometer with digital feedback amplifier | |
| Nazemipour et al. | MEMS gyroscope raw data noise reduction using fading memory filter |