基于变阶数LMS算法的光纤陀螺降噪技术研究

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惯性导航系统要求光纤陀螺仪对系统输出随机噪声要有较好的抑制效果，光纤陀螺对噪声的抑制水平是影响光纤惯性导航系统精度的重要因素之一。系统检测的萨格奈克相移是相对各噪声项较小的的信息量，往往淹没在系统光路以及电路噪声中。减小系统输出噪声，好小快速的提取有用信号，提升光纤陀螺的检测精度，对于光纤陀螺进一步研究起着至关重要的作用。作为闭环全数字高精度系统，运用数字滤波抑制噪声对于提高光纤陀螺的性能有重要意义。本论文致力于解决如何有效快速降低光纤陀螺输出系统噪声的问题，即运用自适应滤波算法对系统输出数据进行数字滤波。应用最小均方算法(Least Mean Square，LMS)及其改进算法对于抑制光纤陀螺仪输出信息中噪声效果有明显提高。本论文主要包含三个部分。第一部分详细分析闭环光纤陀螺仪工作基本原理，深入研究系统输出噪声产生原因。为有效抑制光纤陀螺噪声水平，着重分析干涉式光纤陀螺仪系统噪声产生机理，运用Allan方差分析各噪声项的统计特征。应用变阶数最小均方算法，设计以分数变阶数最小均方算法（Fractional Tap-length LMS）为基础算法的自适应滤波器的噪声抑制方案。使滤波器有效的收敛到最佳阶数，对滤波器的权值进行自适应调整，更加快速有效抑制光纤陀螺仪输出信息中噪声水平。第二部分对变阶数最小均方算法(FTLMS)在迭代参数以及误差宽度方面进行了改进与优化，发展出改变迭代参数的变阶数最小均方(VP-FTLMS)算法与改变误差宽度的变阶数最小均方(VW-FTLMS)算法，并针对其收敛性能以及跟踪性能进行了低噪声和高噪声环境下的仿真，分析结果表明且验证了改进算法在收敛快速性及动态跟踪性方面有所提升。提高了算法的收敛性能和跟踪性能，具有更快的阶数收敛速度，更小的稳态振荡以及更小的额外均方误差，很好地解决了阶数迭代在变阶数最小均方算法中收敛速度与稳态振荡之间的矛盾，避免算法陷入局部最优解而无法收敛到真实最优解的问题。第三部分运用光纤陀螺实际数据进行了自适应滤波算法的实际降噪实验，以验证所应用算法及其改进算法的有效性。主要有:1）基于变阶数最小均方算法的不同阶数滤波噪声抑制效果对比实验，利用Allan方差法解析，验证最佳阶数收敛的正确性;2）几种不同算法（平均值、最小均方算法、改进的变阶数最小均方算法）的实际陀螺降噪效果对比实验，证实了改进的算法比其他算法具有更加良好的噪声抑制效果，对提高光纤陀螺仪以及惯性导航系统性能具有重要的工程意义。

著录项

作者
亓洪涛;
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作者单位

哈尔滨工程大学;

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授予单位哈尔滨工程大学;
学科控制科学与工程
授予学位硕士
导师姓名张勇刚;
年度 2019
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类物理学;
关键词
变阶数; LMS算法; 光纤陀螺;

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