[发明专利]一种基于光纤陀螺的连续旋转式寻北方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种寻北方法，尤其涉及一种基于光纤陀螺的连续旋转式寻北方法。

背景技术

光纤陀螺是一种基于萨格奈克效应的角速率传感器，具有全固态结构、可靠性好、抗撞 击和振动、高动态范围等优点。寻北定向是光纤陀螺的重要应用之一，基于光纤陀螺的寻北 仪不依赖于外界信息，不向外辐射能量，不受地形、气候等外界环境的干扰，可以全天候寻 北。在航空、航天和航海等军用领域，以及地球物理探测、大地测量、地下勘探和隧道挖掘 等民用领域都发挥着重要作用。

光纤陀螺的寻北精度主要取决于光纤陀螺的自身性能以及所采用的寻北方法。在光纤陀 螺同性能等级的情况下，寻北方法对寻北精度起着决定性的影响。

基于转台的连续旋转方法是近来出现的一种新型光纤陀螺寻北方法，该方法通过人为的 引入连续转动来对光纤陀螺仪信号进行周期调制，相对于传统的四位置寻北方法可以有效地 抑制光纤陀螺的常值漂移和随机漂移，其实现方式是在转台连续转动时采集光纤陀螺在相同 时间间隔的输出值序列{y_i}，并同步采集每个光纤陀螺输出值时刻对应的转台角度值序列{θ_i}， 最后将所有得到的陀螺输出数据和转台角度值代入最小二乘解算算法，算出寻北初始位置光 纤陀螺敏感轴与真北方向的夹角α。该方法的缺陷在于无法消除光纤陀螺信号中的有色噪声， 且数据运算量大，解算速度慢，对系统硬件条件要求高。

数字滤波作为一种有效的去噪滤波方法已经得到了广泛的应用，特别是在连续旋转式寻 北领域中。当转台以一定的速率匀速转动，计算得到光纤陀螺输出信号的有效频率，并将该 有效频率的二倍频设置为滤波器的截止频率来设计数字滤波器。将光纤陀螺输出信号通过数 字滤波器便可进行频域滤波以达到消除有色噪声的目的。采用汉明(Hamming)时窗设计的FIR 滤波器具有线性相位，实现简单等优点，可以很好的用于光纤陀螺寻北去噪中。

时窗函数表达式为：

ωN(i)=0.54+0.46cosπiN|i|≤N0|i|>N---(1)]]>

式中，ω_N(i)为时窗函数；i为离散时间；N为时窗长度减1。

然后根据通带来选择一个有一定余量的截止频率f_c，就得到初始滤波因子h_i为：

hi=sin2πfctiπti---(2)]]>

式中，t_i为离散时间i对应的真实时间。用时窗函数(1)改造式(2)得出：