RU2717552C1 - Способ цифровой фильтрации шумовой составляющей в инерциальных датчиках - Google Patents

Способ цифровой фильтрации шумовой составляющей в инерциальных датчиках Download PDF

Info

Publication number
RU2717552C1
RU2717552C1 RU2019116304A RU2019116304A RU2717552C1 RU 2717552 C1 RU2717552 C1 RU 2717552C1 RU 2019116304 A RU2019116304 A RU 2019116304A RU 2019116304 A RU2019116304 A RU 2019116304A RU 2717552 C1 RU2717552 C1 RU 2717552C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output signal
noise component
value
average value
time interval
Prior art date
Application number
RU2019116304A
Other languages
English (en)
Inventor
Виктор Иванович Галкин
Александр Владимирович Кондратьев
Дмитрий Николаевич Воробьев
Original Assignee
Публичное акционерное общество "Московский институт электромеханики и автоматики" (ПАО "МИЭА")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Публичное акционерное общество "Московский институт электромеханики и автоматики" (ПАО "МИЭА") filed Critical Публичное акционерное общество "Московский институт электромеханики и автоматики" (ПАО "МИЭА")
Priority to RU2019116304A priority Critical patent/RU2717552C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2717552C1 publication Critical patent/RU2717552C1/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/56—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C23/00—Combined instruments indicating more than one navigational value, e.g. for aircraft; Combined measuring devices for measuring two or more variables of movement, e.g. distance, speed or acceleration
    • 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)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (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. Сущность заявленного решения заключается в том, что способом цифровой фильтрации шумовой составляющей в инерциальных датчиках 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 датчика шумовой составляющей заданной величины с учетом ее знака, при этом дополнительно осуществляется предварительное осреднение выходного сигнала датчика, полученный результат вычитается из среднего значения выходного сигнала, определенного на рабочем интервале фильтрации, и сравнивается с допустимой для дальнейшей фильтрации их разностью по модулю, при превышении этой величины дальнейшая фильтрация не производится, при соблюдении заданного ограничения фильтрация выходного сигнала датчика осуществляется путем вычитания из выходного сигнала разности между мгновенным и средним значениями выходного сигнала, при этом вводится задержка включения фильтра на заданное время. Технический результат при реализации заявленного решения заключается в повышении качества цифровой фильтрации шумовой составляющей выходного сигнала инерциальных датчиков. 2 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 [4, 5, 6, 7].
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 цифровой фильтр [8], в котором задача обеспечения заданного уровня цифровой фильтрации шумовой составляющей в выходном сигнале датчика при минимальном фазовом запаздывании, решается 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. При использовании такого фильтра фазовое запаздывание практически не имеет места. Это его основное преимущество.
Основными недостатками прототипа являются: ограниченная величина компенсации шумовой составляющей в выходном сигнале инерциального датчика, возможность изменения среднего значения выходного сигнала при быстрых изменениях измеряемой величины сигнала.
Заявленное изобретение решает задачу обеспечения максимального уровня цифровой фильтрации шумовой составляющей в выходном сигнале датчика без искажений его среднего значения.
Техническим результатом заявленного изобретения является повышение качества цифровой фильтрации шумовой составляющей выходного сигнала инерциальных датчиков.
Заявленный технический результат достигается способом цифровой фильтрации шумовой составляющей в инерциальных датчиках 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 датчика шумовой составляющей заданной величины с учетом ее знака, при этом согласно изобретению дополнительно осуществляется предварительное осреднение выходного сигнала датчика, полученный результат вычитается из среднего значения выходного сигнала, определенного на рабочем интервале фильтрации, и сравнивается с допустимой для дальнейшей фильтрации их разностью по модулю, при превышении этой величины дальнейшая фильтрация не производится, при соблюдении заданного ограничения фильтрация выходного сигнала датчика осуществляется путем вычитания из выходного сигнала разности между мгновенным и средним значениями выходного сигнала, при этом вводится задержка включения фильтра на заданное время.
Сущность изобретения поясняется Фиг. 1, 2.
На Фиг. 1 приведена структурно-функциональная схема системы, реализующей предложенный способ цифровой фильтрации.
На Фиг. 2 приведен график с полученными результатами фильтрации выходного сигнала микромеханического гироскопа ADXRS 646 американской фирмы Analog Devices, где: а - исходный массив выходного сигнала гироскопа ADXRS 646; b - выходной сигнал, отфильтрованный по алгоритму прототипа; с - выходной сигнал, отфильтрованный предложенным способом фильтрации; d - выброс шумовой составляющей исходного массива; е - выброс шумовой составляющей при фильтрации по прототипу; f - компенсация выброса после введения предварительного осреднения по предложенному способу; Δωср - смещение среднего значения выходного сигнала при фильтрации по прототипу; Тз - время задержки включения фильтра.
Изобретение реализуется следующим образом. В блоке 1 (Фиг. 1) осуществляется прием измеряемого сигнала, в блоке 2 предварительное осреднение выходного сигнала
Figure 00000001
на коротком интервале времени ΔТк<<ΔТр, необходимое для компенсации выбросов шумовой составляющей (Фиг. 2, позиции а, b, с). В блоке 3 производится расчет скользящего среднего значения выходного сигнала ωср(n) на рабочем интервале фильтрации ΔТр. В блоке 4 находится разность по модулю между средним значением выходного сигнала на рабочем интервале фильтрации и средним значением предварительного осреднения выходного сигнала
Figure 00000002
. Полученная величина сравнивается с допустимой Δσ из условия обеспечения фильтрации без искажения выходного сигнала. Она должна быть меньше допустимой Δωк<Δσ. При выполнении этого условия в блоке 5 производится расчет компенсирующей величины шумовой составляющей в виде разности между мгновенным значением выходного сигнала ω(n) и его средним значением ωср(n), определенном на рабочем интервале фильтрации Δω(n)=ω(n)-ωср(n), и определяется знак полученной разности: если Δω(n)>ωср(n), то знак при Δω(n) принимается положительным, а если Δω(n)<ωср(n), то знак при Δω(n) принимается отрицательным. Кроме того, в этом же блоке контролируется условие задержки включения фильтра в виде с≥Тз, где Тз - время задержки, соблюдение которой необходимо для устранения смещения среднего значения Δωср выходного сигнала при его переходе от быстро изменяющейся величины к постоянной - фиг. 2. В блоке 6 производится вычитание рассчитанного уровня помехи из выходного сигнала
Figure 00000003
с учетом знака. Полученный результат
Figure 00000004
идет на выход алгоритма.
При невыполнении условия Δωк<Δσ фильтрация не производится. Далее на последующих тактах измерений процедура, изложенная выше, повторяется.
Как видно из приведенных графиков (фиг. 2), использование предложенного метода цифровой фильтрации позволяет максимально скомпенсировать шумовую составляющую - до уровня среднего значения выходного сигнала, компенсировать отдельные выбросы и не искажать выходной сигнал в переходных режимах, что 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.sensor.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.
8. Патент РФ №2654941. Способ цифровой фильтрации шумовой составляющей в инерциальных датчиках / Галкин В.И., Воробьев Д.Н. / Бюллетень изобретений. - 2018 - №15.

Claims (1)

  1. Способ цифровой фильтрации шумовой составляющей в инерциальных датчиках 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 датчика шумовой составляющей заданной величины с учетом ее знака, отличающийся тем, что дополнительно осуществляется предварительное осреднение выходного сигнала датчика, полученный результат вычитается из среднего значения выходного сигнала, определенного на рабочем интервале фильтрации, и сравнивается с допустимой для дальнейшей фильтрации их разностью по модулю, при превышении этой величины дальнейшая фильтрация не производится, при соблюдении заданного ограничения фильтрация выходного сигнала датчика осуществляется путем вычитания из выходного сигнала разности между мгновенным и средним значениями выходного сигнала, при этом вводится задержка включения фильтра на заданное время.
RU2019116304A 2019-05-27 2019-05-27 Способ цифровой фильтрации шумовой составляющей в инерциальных датчиках RU2717552C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019116304A RU2717552C1 (ru) 2019-05-27 2019-05-27 Способ цифровой фильтрации шумовой составляющей в инерциальных датчиках

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019116304A RU2717552C1 (ru) 2019-05-27 2019-05-27 Способ цифровой фильтрации шумовой составляющей в инерциальных датчиках

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2717552C1 true RU2717552C1 (ru) 2020-03-24

Family

ID=69943240

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019116304A RU2717552C1 (ru) 2019-05-27 2019-05-27 Способ цифровой фильтрации шумовой составляющей в инерциальных датчиках

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2717552C1 (ru)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101661047A (zh) * 2009-09-29 2010-03-03 哈尔滨工程大学 一种捷联惯导加速度计输出转换装置
RU2615033C1 (ru) * 2015-10-06 2017-04-03 Акционерное Общество "Конструкторское Бюро "Луч" Бесплатформенная инерциальная вертикаль на "грубых" чувствительных элементах
RU2667320C1 (ru) * 2017-11-02 2018-09-18 Публичное акционерное общество "Московский институт электромеханики и автоматики" (ПАО "МИЭА") Способ управления цифровой платформой в бесплатформенной гировертикали и устройство для его реализации
RU2685767C1 (ru) * 2018-08-13 2019-04-23 Самсунг Электроникс Ко., Лтд. Способ и устройство бесплатформенной инерциальной навигации

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101661047A (zh) * 2009-09-29 2010-03-03 哈尔滨工程大学 一种捷联惯导加速度计输出转换装置
RU2615033C1 (ru) * 2015-10-06 2017-04-03 Акционерное Общество "Конструкторское Бюро "Луч" Бесплатформенная инерциальная вертикаль на "грубых" чувствительных элементах
RU2667320C1 (ru) * 2017-11-02 2018-09-18 Публичное акционерное общество "Московский институт электромеханики и автоматики" (ПАО "МИЭА") Способ управления цифровой платформой в бесплатформенной гировертикали и устройство для его реализации
RU2685767C1 (ru) * 2018-08-13 2019-04-23 Самсунг Электроникс Ко., Лтд. Способ и устройство бесплатформенной инерциальной навигации

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5301477B2 (ja) 慣性測定法による軌道検測装置の低速時精度補償方法及びその装置
US7665361B2 (en) Method and apparatus for closed loop offset cancellation
CN112946456B (zh) 一种i/f电路及其校准方法、校准装置
KR20150033613A (ko) 위상 특성들을 일치하기 위한 지연을 이용하는 트랜스듀서 가속도 보상
Hiller et al. Noise contributions in a closed-loop MEMS gyroscope for automotive applications
RU2717552C1 (ru) Способ цифровой фильтрации шумовой составляющей в инерциальных датчиках
CN111561930A (zh) 一种车载mems陀螺仪随机漂移误差的抑制方法
US9176162B2 (en) Position encoder
US20130096812A1 (en) Sensor signal processing device
US20220397395A1 (en) Sensor linearization based upon correction of static and frequency-dependent non-linearities
US11929757B2 (en) Propagation delay compensation and interpolation filter
JP3282547B2 (ja) 外力計測装置
JPH0653779A (ja) 交流信号中の直流信号抽出方法および同直流信号の除去方法
CN115876413A (zh) 基于加速度的移动车辆作用下桥梁位移估计方法
JP2019138905A (ja) 加速度計
EP3653991B1 (de) Verfahren und signalverarbeitungsvorrichtung zur automatischen frequenzanpassung eines filters in einer geschlossenen regelschleife
CN113777350A (zh) 基于稳定化数值积分的加速度传感器数据处理方法
CN112867908A (zh) 用于转速传感器的转速传感器信号的偏移校准的方法、系统、计算机程序
CN111650399A (zh) 消除加速度传感器直流分量和趋势项的信号处理方法
US6320430B1 (en) Method and apparatus for processing a measurement signal
DE102018121150A1 (de) Frequenzfehlanpassungs-Detektionsverfahren für Mode-Matching in Gyroskopen
JPH09273936A (ja) 移動体の位置測定装置
JP2006148814A (ja) センサ信号の処理方法および処理回路
RU2059252C1 (ru) Способ определения вертикальной скорости объекта и устройство для его осуществления
JPH02140644A (ja) 粘弾性測定用振幅測定装置