一種消除陀螺高頻噪聲的方法
2023-05-06 00:41:41
專利名稱：一種消除陀螺高頻噪聲的方法
技術領域：
本發明屬於通訊數字濾波技術領域。
背景技術：
角速率陀螺是一種新型角速率傳感器，在機載、車載、船載等觀測、偵察、測量系統中廣泛應用，是各種穩定平臺的基本構件之一。噪聲尤其是高頻噪聲是角速率陀螺普遍存在的問題。由於陀螺及其外部處理系統輸出的角速率信號中含有較大的高頻噪聲，嚴重製約了陀螺的靈敏度和解析度等性能的發揮。基於陀螺瞬時角速率或角度的跟蹤或測量系統中，高頻噪聲幹擾的影響更加明顯，有時會導致系統不能正常工作。尤其是長焦距、大口徑光學系統設備要求穩定平臺的精度越來越高，對角速率陀螺高頻噪聲的影響予以消除是亟待解決的技術問題。然而，尚未有有效的解決辦法。
發明內容
本發明的目的就是採用序列加窗中值濾波技術方法，利用數位訊號處理器(DSP)或PC機執行操作程序，來實現消除角速率陀螺高頻噪聲，提高其靈敏度和解析度。
圖3所示的是利用信號處理器(DSP)來實現本發明方法的裝置結構框圖；圖4所示的是利用PC機來實現本發明方法的裝置結構框圖。
圖3中的A/D轉換單元是將接收的陀螺輸出的角速率模擬信號轉換得到角速率數位訊號，再輸給序列加窗單元；加窗單元是將接收的角速率數位訊號，根據數據分布特徵均勻或不均勻劃分成若干數據組即子序列，子序列構成窗口元素，子序列中數據個數稱之為窗口尺寸；中值濾波單元完成非線性濾波首先確定奇數為窗口尺寸，然後將每個窗口中各元素即角速率數位訊號按照從大到小順序排列，用排序後的中間位置的元素數據代替該窗口數據，實現中值濾波從而達到消除高頻噪聲。
數據選擇單元是將中值濾波後的窗口數據按先後順序排列又形成一個新的角速率數據序列。可以按需要通過該單元來選擇所需要的已消除了高頻噪聲的角速率數位訊號。
利用DSP完成本發明的方法包括如下步驟將預先編制好的程序固化到DSP的步驟；通過A/D轉換單元接收陀螺輸出的角速率模擬信號將該模擬信號轉換得到數位訊號的步驟；DSP按照程序指令完成序列加窗中值濾波的步驟，在此步驟中包括通過序列加窗單元對經A/D轉換步驟得到的角速率數位訊號選擇窗口尺寸為奇數進行數據序列加窗的步驟；對經過序列加窗步驟所得到的窗口尺寸為奇數的每個窗口中的各元素按照從大到小順序進行排列，選擇排在中間位置的元素即消除了高頻噪聲角速率數據來代替該窗口數據的中值濾波步驟；中值濾波的結果，按原來窗口順序重新排列又得到已濾掉高頻噪聲的角速率數據新序列，通過數據選擇單元按需要對數據進行選擇的步驟。
利用PC機來實現本發明的裝置結構框圖如圖4所示。與利用DSP結構框圖如圖3所示只是用數據接收單元代替A/D轉換單元。數據接收單元採用串行或並行與陀螺輸出電路接口，接收陀螺角速率模擬信號並進行A/D轉換得到角速率數位訊號。所編程序的主程序比圖1多一個接收角速率模擬信號並進行A/D轉換的子程序。其餘的加窗單元、中值濾波單元及數據選擇單元與利用DSP的相應單元相同。
利用PC機實現本發明的步驟如下將預先編制好的程序輸入PC機存儲單元中的步驟；將陀螺輸出的角速率模擬信號通過串行或並行接口方式由數據接收單元接收並進行A/D轉換得到角速率數位訊號的步驟。
序列加窗步驟、中值濾波步驟及數據選擇步驟與利用DSP的相應步驟相同。
本發明在預先編制好的程序的指令下，通過序列加窗單元，中值濾波單元及數據選擇單元實施序列加窗步驟，中值濾波步驟及選據選擇步驟，從而消除角速率陀螺角速率高頻噪聲，提高陀螺靈敏度和分辨力。為觀測、偵察、測量系統提供高精度高穩定度的平臺。
圖1是消除高頻噪聲主流程圖。
圖2是中值濾波流程圖。
圖3是利用DSP實現本發明的裝置結構框圖。
圖4是利用PC機實現本發明的裝置結構框圖。
實施例1
利用DSP實現本發明的實施例，包括如下步驟將預先編制好的消除高頻噪聲的程序固化到DSP中，使其包括相關單元通過執行程序指令實現消除高頻噪聲的步驟；通過A/D轉換單元接收陀螺角速率模擬信號並進行A/D轉換得到角速率數位訊號的步驟；選取60個角速率數據作為一個採樣周期，通過序列加窗單元選擇窗口尺寸為奇數5，對這個採樣周期的60個角速率數據從第一個開始每5個分為一組，例如第1、2、3、4、5個數據為第一組，第6、7、8、9、10個數據為第2組……第56、57、58、59、60個數據為第十二組。這樣完成了序列加窗步驟；對從第一個窗口開始的每個窗口中的5個角速率數據通過中值濾波單元進行中值濾波步驟如第一個窗口角速率數據為15、20、30、15、25。按從大到小順序進行排列為30、25、20、15、0。中間位置的數據20即為中值濾波的結果，也即為消除高頻噪聲的角速率數位訊號。用20來代替該窗口數據。
依此類推，對十二個窗口經過中值濾波得到的中值濾波結果，按窗口順序又重新形成一個新序列；通過數據選擇單元來對該新序列數據即消除高頻噪聲的角速率數位訊號按需要進行選擇的步驟。
例如需要周期開始時瞬時角速率，可以選擇第一個窗口數據20；如果需要選擇採樣周期的平均角速率，則可以計算本周期中值濾波結果的算術平均值即為所求。
實施例2，利用PC機實現本發明實施例的步驟將預先編制好的消除陀螺角速率高頻噪聲的程序輸入到PC機存儲單元中，使其及相關單元能按程序指令完成消除高頻噪聲的步驟；數據接收單元與陀螺輸出電路採用串行或並行接口，接收陀螺角速率模擬信號經A/D轉換得到角速率數位訊號的步驟；通過序列加窗單元選擇窗口尺寸為奇數5，將得到的角速率數位訊號按選定的採樣周期如70個角速率數據為一個周期進行序列加窗步驟從第一個數據開始，每五個數據分一組。第1、2、3、4、5個數據為第一組，……，第66、67、68、69、70個數據為第十四組。如果第一組數為12、18、16、10、14，……，第十四組數據為20、40，35，25，10；對每組數據分別按照從大到小順序排列，第一組為18、16、14、12、10，……，第十四組為40、35、25、20、10。
選取每組中間位置的數據為中值濾波結果，即消除高頻噪聲的角速率數位訊號。那麼，第一組為14，……，第十四組為25，即為各組中值濾波結果。這些中值濾波結果又接原來窗口順序重新組成新序列。這樣完成了中值濾波步驟；通過數據選擇單元對中值濾波結果按需要進行選擇的步驟例如選取本周期結束時瞬時角速率，第十四組的25即為所求；若求本周期的平均角速率，則只須計算14個中值濾波結果的算術平均值即為所求。
權利要求
1.一種消除角速率陀螺角速率高頻噪聲的方法，其特徵在於採用如下步驟將預先編制好的消除角速率高頻噪聲的程序固化到信號處理器(DSP)中的步驟；將陀螺輸出的角速率模擬信號經A/D轉換單元進行轉換得到角速率數位訊號的步驟；將得到的角速率數位訊號，按選定的採樣周期選擇奇數窗口尺寸，從而進行數據分組的序列加窗步驟；將經過序列加窗步驟得到的每個窗口中的奇數個角速率數據通過中值濾波單元進行中值濾波的步驟；通過數據選擇單元對中值濾波結果按需要進行選擇的步驟。
2.如權利要求1所述的消除角速率陀螺高頻噪聲的方法，其特徵在於將預先編制好的消除高頻噪聲的程序輸入到PC機存儲單元的步驟；將陀螺輸出電路與數據接收單元進行串行或並行接口，由數據接收單元接收陀螺輸出角速率模擬信號經A/D轉換得到角速率數位訊號的步驟。
全文摘要
本發明屬於通訊數字濾波技術，涉及消除角速率陀螺角速率高頻噪聲的方法。本發明的方法，利用信號處理器(DSP)或PC機，在預先編制好的程序的指令下，通過序列加窗單元，中值濾波單元及數據選擇單元實施序列加窗步驟，中值濾波步驟及選據選擇步驟，從而消除角速率陀螺角速率高頻噪聲，提高陀螺靈敏度和分辨力。為觀測、偵察、測量系統提供高精度高穩定度的平臺。
文檔編號G01P9/00GK1734936SQ200410011348
公開日2006年2月15日 申請日期2005年3月18日 優先權日2005年3月18日
發明者孫輝, 金宏, 戴明, 馬天瑋, 張永祥 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所