一种陀螺仪信号实时小波降噪方法技术

本发明专利技术涉及一种陀螺仪信号实时小波降噪方法。所述方法采用滑动数据窗的方式，使滑动数据窗口中的数据始终为最新的一段陀螺仪输出信号的采集数据，通过对滑动数据窗口内的数据进行以下小波降噪处理实现对陀螺仪输出信号的实时降噪处理：采用DB小波对采集信号进行分解，得到尺度系数及小波系数；保持尺度系数不变，采用软阈值法对每个小波系数进行处理；根据处理后的小波分解的尺度系数及小波系数进行信号重构，输出降噪数据。实验表明，与现有技术相比，采用本发明专利技术所述的在线实时滤波方法，可以获得较好的滤波效果，尤其是对高动态变化的陀螺仪信号的降噪效果更为理想。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于惯性导航领域，尤其涉及一种采用实时小波降噪方法对陀螺仪的原始输出信号进行降噪处理的方法。
技术介绍
陀螺仪器最早是用于航海导航，但随着科学技术的发展，它在航空和航天事业中也得到广泛的应用。陀螺仪器不仅可以作为指示仪表，而更重要的是它可以作为自动控制系统中的一个敏感元件，即可作为信号传感器。根据需要，陀螺仪器能提供准确的方位、水平、位置、速度和加速度等信号，以便驾驶员或用自动导航仪来控制飞机、舰船或航天飞机等航行体按一定的航线飞行，而在导弹、卫星运载器或空间探测火箭等航行体的制导中，则直接利用这些信号完成航行体的姿态控制和轨道控制。陀螺仪的输出信号反映了载体三个轴向的姿态信息，因此其输出信号的质量会直接影响上述信息的准确程度。由于受环境等因素的影响，陀螺仪的输出噪声往往很大，幅值剧烈变化的随机噪声严重影响了陀螺仪的有用信号，如果不经过降噪处理，精度就无法得到保证，降噪效果的优劣直接影响了陀螺仪的精度。目前小波变换多用于离线数据分析和处理，将所有待处理数据进行2n扩充并根据扩充后的所有数据确定阈值，再采用选定的母小波逐层对所有扩充后的数据进行小波分解、阈值处理和小波重构。这种方法计算量大无法实现实时小波降噪，大大限制了小波降噪的应用范围。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术提出一种陀螺仪信号实时小波降噪方法。所述方法通过滑动数据窗口，使所述窗口内始终为最新的一段数据，利用小波降噪算法对陀螺仪信号进行在线实时降噪处理。为实现上述目的，本专利技术采取如下技术方案：一种陀螺仪信号实时小波降噪方法，采用滑动数据窗口，使滑动数据窗口中的数据始终为最新的一段陀螺仪输出信号的采集数据，通过对滑动数据窗口内的数据按照以下步骤进行降噪处理，实现对陀螺仪输出信号的在线降噪处理：步骤1，实时采集陀螺仪输出信号，采用DB小波对采集信号进行分解，得到尺度系数ap,k，小波系数dj,k，其中，k＝1,2,3,…,2p，j＝p,p+1,…,k-1，p为分解层数。步骤2，保持尺度系数ap,k不变，采用软阈值法对每个小波系数dj,k进行处理。步骤3，根据步骤2处理后的小波分解的尺度系数及小波系数进行信号重构，输出降噪数据。进一步地，所述滑动数据窗口的宽度及数据内容的更新方法如下：(1)时刻时，不进行降噪处理，直接输出采集数据ak得到数据序列为降噪处理所需的最小数据量，j0为正整数。(2)时刻，对滑动数据窗口内的数据进行降噪处理，得到时刻的降噪输出(3)时刻，将滑动数据窗口内的数据更新为对更新后的滑动数据窗口内的数据进行降噪处理，得到时刻的降噪输出(4)时刻k每增加1，保持滑动数据窗口宽度不变，按照步骤(3)的方法更新滑动数据窗口的数据，对更新后的数据进行降噪处理，直到(5)当时，使滑动数据窗口的宽度加倍，即宽度变为重复步骤(4)直到(6)依次类推，按照步骤(5)的规律改变滑动数据窗口的宽度，更新滑动数据窗口的内容，直到得到最终的降噪输出。进一步地，步骤1采用DB4小波对陀螺仪的输出信号进行4层分解。进一步地，步骤2采用软阈值法对每个小波系数dj,k进行处理的方法表示如下： d ~ j , k = d j , k - λ , d j , k ≥ λ 0 , | d j , k | < λ d j , k + λ , d j , k ≤ - λ ]]>式中，λ为设定的阈值，为处理后的小波系数。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术采用滑动数据窗的方式，使滑动数据窗口中的数据始终为最新的一段陀螺仪输出信号的采集数据，通过对滑动数据窗口内的数据进行小波降噪处理实现对陀螺仪输出信号的实时降噪处理。实验表明，与现有技术相比，采用本专利技术所述的在线实时滤波方法，可以获得较好的滤波效果，尤其是对高动态变化(信号强度变化大)的陀螺仪信号的降噪效果更为理想。附图说明图1为本专利技术所述方法的流程图；图2为采用本专利技术所述方法对高动态陀螺仪信号降噪的效果图；图3为采用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种陀螺仪信号实时小波降噪方法，其特征在于，采用滑动数据窗口，使滑动数据窗口中的数据始终为最新的一段陀螺仪输出信号的采集数据，通过对滑动数据窗口内的数据按照以下步骤进行降噪处理，实现对陀螺仪输出信号的在线降噪处理：步骤1，实时采集陀螺仪输出信号，采用DB小波对采集信号进行分解，得到尺度系数ap,k，小波系数dj,k，其中，k＝1,2,3,…,2p，j＝p,p+1,…,k‑1，p为分解层数；步骤2，保持尺度系数ap,k不变，采用软阈值法对每个小波系数dj,k进行处理；步骤3，根据步骤2处理后的小波分解的尺度系数及小波系数进行信号重构，输出降噪数据。

【技术特征摘要】
1.一种陀螺仪信号实时小波降噪方法，其特征在于，采用滑动数据窗口，使滑动数据窗口中的数据始终为最新的一段陀螺仪输出信号的采集数据，通过对滑动数据窗口内的数据按照以下步骤进行降噪处理，实现对陀螺仪输出信号的在线降噪处理：步骤1，实时采集陀螺仪输出信号，采用DB小波对采集信号进行分解，得到尺度系数ap,k，小波系数dj,k，其中，k＝1,2,3,…,2p，j＝p,p+1,…,k-1，p为分解层数；步骤2，保持尺度系数ap,k不变，采用软阈值法对每个小波系数dj,k进行处理；步骤3，根据步骤2处理后的小波分解的尺度系数及小波系数进行信号重构，输出降噪数据。2.根据权利要求1所述的陀螺仪信号实时小波降噪方法，其特征在于，所述滑动数据窗口的宽度及数据内容的更新方法如下：(1)时刻时，不进行降噪处理，直接输出采集数据ak得到数据序列为降噪处理所需的最小数据量，j0为正整数；(2)时刻，对滑动数据窗口内的数据进行降噪处理，得到时刻的降噪输出(3)时刻，将滑动数据窗口内的数据更新为对更新后的滑动数据窗口内的数据进行降噪处理，得到时刻的降噪输出(4)时刻k每增加1，保持滑动数据窗口宽度不变，按照步骤(3)的方法更新滑动数据窗口的数据，对更新后的数据进行降噪处理，直到(5)当时，使滑动数据窗口的宽度加倍，即宽度变为重复步骤(4)直到(6)依次类推，按照步骤(5)的规律改变滑动数据窗口的宽度，更新滑动数据窗口的内容，直到得到最终的降噪输出。3.根据权利要求1所述的种陀螺仪信号实时小波降噪方法，其特征在于，步骤1采用DB4小波对陀螺仪的输出信号进行4层分解。4.根据权利要求1所述的陀螺仪信号实时小波降噪方法，其特征在于，步骤2采用软阈值法对每个小波系数dj,k进行处理的方法表示如下： d ~ j , k = d j , k - λ , ...

【专利技术属性】
技术研发人员：张国川，
申请(专利权)人：北斗时空信息技术北京有限公司，张国川，
类型：发明
国别省市：北京;11