【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及信号处理，尤其涉及一种抑制高频测量噪声的延迟补偿滤波方法、系统、终端及计算机可读存储介质。
技术介绍
1、延迟补偿滤波技术是一种广泛应用于信号处理领域的方法。在实际应用中，常用的信号线性低通滤波通常会导致延迟，而这种延迟可能会引起信号失真或数据不准确的问题。为了解决这个问题，延迟补偿滤波技术被开发出来。延迟补偿滤波技术的基本原理是根据差分的引入来对信号一阶泰勒展开近似，使得信号在经过滤波器后能够补偿其相位和幅值的失真。这种方法可以通过不同的算法进行实现，其中包括使用加权平均或插值技术来估计延迟值，并对信号进行相应的调整。延迟补偿滤波技术在多个领域得到了广泛应用，比如音频信号处理、视频传输和通信系统等。
2、惯性测量单元(imu，inertial measurement unit)主要由加速度计和陀螺仪组成，有些还包括磁力计。基于牛顿经典力学，它能够连续输出惯性信息。随着微电子机械系统(mems，micro electromechanical system)加速度计和陀螺仪的发展，imu逐渐成为研究热点，因为它具有体积小、重量轻、功耗低、成本低和抗冲击等优点。在机器人导航与控制领域，imu用来测量四旋翼无人机的角速度和加速度，许多先进的控制器可以通过测量加速度来估计系统的干扰，从而提高控制精度。然而，由于imu易受到诸如测量噪声、低稳定性、温度和磁场干扰等的影响，且受到约束的敏感性变化显著，尤其在四旋翼的旋转下，这些变化更为明显。
3、线性滤波器因其简单性、易用性和可调节性而被广泛用于减轻传感
4、传感器的测量结果通常会受到噪声污染，而mems、imu对噪声变化极为敏感，特别是在四旋翼飞行器中，因为螺旋桨的高速旋转会给imu的测量引入较大的噪声。从而，imu原始的测量信号需要很大时间常数的低通滤波器来抑制高频噪声，但这样存在较大的延迟问题。
5、因此，现有技术还有待于改进和发展。
技术实现思路
1、本专利技术的主要目的在于提供一种抑制高频测量噪声的延迟补偿滤波方法、系统、终端及计算机可读存储介质，旨在解决现有技术中惯性测量单元测量数据时受到测量噪声、低稳定性、温度和磁场干扰等的影响，信号延迟，且受到约束的敏感性变化显著的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供一种抑制高频测量噪声的延迟补偿滤波方法，所述抑制高频测量噪声的延迟补偿滤波方法包括如下步骤：
3、获取四旋翼无人机上惯性测量单元采集的原始高频信号，对所述原始高频信号进行滑动平均滤波，获得时间延迟和幅度失真的低频信号，对所述低频信号进行时间延迟补偿处理，生成初始滤波结果；
4、采用具有角度截断功能的迭代滤波器，根据所述初始滤波结果进行迭代优化，并引入相邻采样时间间隔内角度变化约束，以保持轨迹的光滑性；
5、在所述迭代滤波器的输出中加入边界约束，如果所述迭代滤波器输出的滤波结果超过边界，触发边界处理机制将所述滤波结果限制在边界内，得到低频高信噪比的光滑信号。
6、可选地，所述的抑制高频测量噪声的延迟补偿滤波方法，其中，所述获取四旋翼无人机上惯性测量单元采集的原始高频信号，对所述原始高频信号进行滑动平均滤波，获得时间延迟和幅度失真的低频信号，对所述低频信号进行时间延迟补偿处理，生成初始滤波结果，具体包括：
7、获取四旋翼无人机上惯性测量单元采集的原始高频信号，对所述原始高频信号进行滑动平均滤波，获得具有时间延迟和幅度失真的真实信号，利用一级泰勒展开所述低频信号，将离散形式下的带补偿的移动平均滤波器设计为：
8、
9、其中，表示滑动平均滤波器延迟补偿的输出，表示滑动平均滤波器的差分信号，表示移动平均滤波器的差分信号，δt表示时间延迟，k表示时刻。
10、可选地，所述的抑制高频测量噪声的延迟补偿滤波方法，其中，所述抑制高频测量噪声的延迟补偿滤波方法还包括：
11、在k-1时刻，单位时间内的估计变化率满足：
12、
13、其中，表示k-1时刻迭代滤波器的估计变化率，表示k-1时刻的迭代滤波器估计，表示k-2时刻的迭代滤波器估计。
14、可选地，所述的抑制高频测量噪声的延迟补偿滤波方法，其中，所述采用具有角度截断功能的迭代滤波器，根据所述初始滤波结果进行迭代优化，并引入相邻采样时间间隔内角度变化约束，以保持轨迹的光滑性，具体包括：
15、若斜率为角度β的正切，则表示为tan(β)；
16、在k时刻，通过延迟补偿滤波计算得到的估计结果与k-1时刻的估计结果进行插值，计算出斜率，用于计算迭代滤波器输出的变化率：
17、
18、其中，表示角度α的正切，表示为tan(α)，表示k时刻初始滤波补偿计算得到的估计结果；
19、k时刻的直线和k-1时刻的直线相交形成一个角γ，根据三角函数关系，得出相对斜率tan(γ[k])数学表达如下：
20、
21、其中，γ∈(-90°，90°)，α[k]表示迭代滤波器输出的变化率，β[k]表示k-1时刻迭代滤波器的估计变化率，表示k-1时刻的估计斜率；
22、斜率的变化受到已知常数tan(γmax)的界限限制，使得tan(γ[k])＜tan(γmax)；
23、若相对斜率超过给定的阈值tan(γmax)，则噪声主导结果，修改当前点以满足斜率变化有界；
24、设计一个新的相对斜率且满足如下关系：
25、
26、根据更新斜率的几何关系将公式(5)改写为：
27、
28、
29、其中，和表示两个不同方向上的更新斜率。
30、可选地，所述的抑制高频测量噪声的延迟补偿滤波方法，其中，所述抑制高频测量噪声的延迟补偿滤波方法还包括：
31、根本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种抑制高频测量噪声的延迟补偿滤波方法，其特征在于，所述抑制高频测量噪声的延迟补偿滤波方法包括：
2.根据权利要求1所述的抑制高频测量噪声的延迟补偿滤波方法，其特征在于，所述获取四旋翼无人机上惯性测量单元采集的原始高频信号，对所述原始高频信号进行滑动平均滤波，获得时间延迟和幅度失真的低频信号，对所述低频信号进行时间延迟补偿处理，生成初始滤波结果，具体包括：
3.根据权利要求2所述的抑制高频测量噪声的延迟补偿滤波方法，其特征在于，所述抑制高频测量噪声的延迟补偿滤波方法还包括：
4.根据权利要求3所述的抑制高频测量噪声的延迟补偿滤波方法，其特征在于，所述采用具有角度截断功能的迭代滤波器，根据所述初始滤波结果进行迭代优化，并引入相邻采样时间间隔内角度变化约束，以保持轨迹的光滑性，具体包括：
5.根据权利要求4所述的抑制高频测量噪声的延迟补偿滤波方法，其特征在于，所述抑制高频测量噪声的延迟补偿滤波方法还包括：
6.根据权利要求5所述的抑制高频测量噪声的延迟补偿滤波方法，其特征在于，所述抑制高频测量噪声的延迟补偿滤波方法还包括
7.根据权利要求6所述的抑制高频测量噪声的延迟补偿滤波方法，其特征在于，所述在所述迭代滤波器的输出中加入边界约束，如果所述迭代滤波器输出的滤波结果超过边界，触发边界处理机制将所述滤波结果限制在边界内，得到低频高信噪比的光滑信号，具体包括：
8.一种抑制高频测量噪声的延迟补偿滤波系统，其特征在于，所述抑制高频测量噪声的延迟补偿滤波系统包括：
9.一种终端，其特征在于，所述终端包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的抑制高频测量噪声的延迟补偿滤波程序，所述抑制高频测量噪声的延迟补偿滤波程序被所述处理器执行时实现如权利要求1-7任一项所述的抑制高频测量噪声的延迟补偿滤波方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有抑制高频测量噪声的延迟补偿滤波程序，所述抑制高频测量噪声的延迟补偿滤波程序被处理器执行时实现如权利要求1-7任一项所述的抑制高频测量噪声的延迟补偿滤波方法的步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种抑制高频测量噪声的延迟补偿滤波方法，其特征在于，所述抑制高频测量噪声的延迟补偿滤波方法包括：
2.根据权利要求1所述的抑制高频测量噪声的延迟补偿滤波方法，其特征在于，所述获取四旋翼无人机上惯性测量单元采集的原始高频信号，对所述原始高频信号进行滑动平均滤波，获得时间延迟和幅度失真的低频信号，对所述低频信号进行时间延迟补偿处理，生成初始滤波结果，具体包括：
3.根据权利要求2所述的抑制高频测量噪声的延迟补偿滤波方法，其特征在于，所述抑制高频测量噪声的延迟补偿滤波方法还包括：
4.根据权利要求3所述的抑制高频测量噪声的延迟补偿滤波方法，其特征在于，所述采用具有角度截断功能的迭代滤波器，根据所述初始滤波结果进行迭代优化，并引入相邻采样时间间隔内角度变化约束，以保持轨迹的光滑性，具体包括：
5.根据权利要求4所述的抑制高频测量噪声的延迟补偿滤波方法，其特征在于，所述抑制高频测量噪声的延迟补偿滤波方法还包括：
6.根据权利要求5所述的抑制高频测量噪声的延迟补偿滤波方法，其特征...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘洲，李清泉，于文率，田春宝，钟小容，
申请(专利权)人：人工智能与数字经济广东省实验室深圳，
类型：发明
国别省市：
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