α-β滤波方法研究.doc

1、本科学生毕业论文-滤波方法研究系部名称： 电子工程系 专业班级： 电子信息工程B02-33班 学生姓名： 祝希兰 指导教师： 王 司 职 称： 副教授 黑 龙 江 工 程 学 院二六年六月The Graduation Thesis for Bachelors DegreeStudy on The Method of - FilteringCandidate：Zhu XilanSpecialty：Electronic Information EngineeringClass：B02-33Supervisor：Associate Prof. Wang SiHeilongjiang Institut

2、e of Technology2006-06Harbin毕业设计（论文）任务书题 目-滤波方法研究一、设 计（论文） 内 容对-滤波方法进行MATLAB编程，使其对所给数据进行滤波。 二、设 计 （论文）要 求1、理解并掌握相关理论基础知识。2、滤波程序准确无误。3、滤波参数选取合适。4、滤波结果可靠、正确。 三、设计完成后应提交的文件和图表（一）计算说明部分滤波程序毕业论文（二）图纸部分滤波曲线图 四、设计进度分配及最后完成日期设计进度：第0102周：课题调研和开题报告 第0304周：滤波方法研究第0510周：软件的开发和设计 第1011周：综合测试与试用第1213周：归纳总结相关结果 第1

3、415周：撰写论文完成时间：2006年6月10日 五、主要参考资料参考文献：1王永德,王军.随机信号分析基础.电子工业出版社,2003.6.2刘利生，曹坤梅，胡东华.再入（返回）测量的自校准-滤波：飞行器测控学报，2004.3.3伯晓晨.MATLAB工具箱应用指南（信息工程篇）：电子工业出版社，2000.4何友,王国宏.多传感器信息融合及应用M.电子工业出版社,2000.5Joyce Van de Vegte数字信号处理基础侯正信，王安国电子工业出版社，2004.6宋丽荣.现代控制理论基础M.沈阳：中国电力出版社，2006：PP146-231.7王翼.现代理论控制M.北京:机械工业出版社，20

4、05：PP365-371.8李海涛，邓樱.MATLAB程序设计教程M.北京：高等教育出版社，2002：PP256-280.9于润伟.MATLAB基础及其应用M.北京：机械工业出版社，2003.9：PP98-102.10刘利生，曹坤梅，胡东华.再入（返回）测量的自校准-滤波M.飞行器测学报，2004.3. 六、备 注指 导 教 师王司教研室主任叶树江教研室地址实验楼514通讯联系方式13603682769 wangsi-6305固定指导时间每周五下午固定指导地点实验楼514黑龙江工程学院本科生毕业论文摘 要本文分析了激光陀螺的工作原理，介绍了激光陀螺的性能特点，以及激光陀螺具有传统的机电陀螺和其

5、他类型陀螺所无法比拟的优点，但是其性能特征与捷联惯性导航对惯性测量元件的要求有一定差距，这就需要对其特性加以改进。尽管如此，与其它惯性器件相比，它的军事应用、航天前景十分广阔。激光陀螺在惯性技术领域的地位已经确立，目前它已经发展成为惯性导航的主流仪表之一。但激光陀螺中存在着各种噪声，影响了激光陀螺的输出信号精度，本文就是通过对在导航过程中的某一点采集的激光陀螺的脉冲数据，对其噪声特性进行分析，并选择-滤波方法，滤除其中的噪声信号，使激光陀螺的精度得到提高，同时也使它的适用范围从航天、军事等高科技领域到其它普通领域。关键词：-滤波；惯性导航；激光陀螺；噪声；状态方程ABSTRACTThis es

6、say analyzed the working principle，introduced features of the laser gyro and laser gyro has predominant advantages over electric-mechanical and other types of gyros. It meets the demands of strap-down navigation system to inertia measure equipment incomplete and need to improve, but it has a very st

7、rong application in military affairs and aviation then others. The laser gyro position in inertial technical is definite, now it has been developed to be one of the main gauges. But there also exist some kinds of noises in laser gyro, and then affected the correctness of output signal, this essay an

8、alyzed the laser gyros noise character through some data collected from laser gyro, and choose the method of - filtering, filter off the noise signal, then carry up the correctness of laser gyros output signal, meanwhile expend its using district from aviation and military to other normal district.K

9、ey words：- Filtering； Inertial Navigation；Ring Laser Gyro；Noise；State Equation II黑龙江工程学院本科生毕业论文目 录摘要IABSTRACTII第1章 绪论11.1 课题背景11.2 研究目的2第2章 激光陀螺简介42.1 激光陀螺42.1.1 激光陀螺的基本原理42.1.2 激光陀螺的产生42.1.3 激光陀螺的优势52.2 激光陀螺的国内外现状52.2.1 激光陀螺的国外现状52.2.2 激光陀螺的国内现状62.3 激光陀螺零偏误差62.3.1 激光陀螺的误差分析62.3.2 激光陀螺的测试方法72.3.3 温度

10、误差模型的建立和补偿102.4 激光陀螺的发展前景及存在的主要问题112.4.1 激光陀螺的发展前景112.4.2 激光陀螺的主要问题122.5 本章小结12第3章 状态空间理论133.1 系统的状态空间方程133.2 状态估计143.3 本章小结16第4章 简单滤波器设计174.1 简单滤波器的性质174.1.1 简单滤波器原理174.1.2 简单滤波器计算步骤194.2 三阶滤波器204.3 本章小节22第5章 基于MATLAB的源程序以及仿真结果235.1 MATLAB简介235.2 数据录入程序及其仿真结果245.2.1 数据录入源程序245.2.2 MATLAB的图像显示程序与仿真结

11、果265.3 简单滤波源程序265.4 本章小结29结论30参考文献31致谢33附录3438第1章 绪 论1.1 课题背景本设计针对的是航天器、导弹中的惯性导航系统1 (INS)激光陀螺的噪声滤波方法研究。从接收到的受干扰的信号里尽可能地排除干扰，而分离出所需要的信号，即为滤波。换而言之，是通过对一系列带有误差的实际测量数据的处理，得出所需要的各种量的估计值。滤波2的发展有着其悠久的历史，二战期间由于军事技术等方面的需要,柯尔莫郭洛夫和维纳（Wiener）相继提出了平稳随机过程的最优线性滤波理论，这些理论在通讯、控制等技术领域内获得了广泛的应用，并且在应用中得到了发展。但是这些理论存在着不足之

12、处：1、根据这种理论建立的滤波方法，必须把所用到的全部数据保存起来；2、每一时刻都要通过对这些数据进行运算，才能得到所需要的各种量的估计值。按照这种滤波方法设置的专用计算机，其存储量和计算量都是很大的，甚至于不能进行实时计算；3、这种理论在解决非平稳过程的滤波问题时，给出能用的方法为数不多。因此，随着电子、军事以及空间技术等的发展，对滤波的要求也逐渐提高，这些滤波方法已不能满足实际应用的需要，这就需要更好的滤波方法。因此，一种递推式滤波方法应运而生。这种方法不要求保存过去的测量数据，当新的数据测得之后，根据新的数据和前一时刻的诸量估计值，借助于系统本身的状态转移方程(动态方程)，按照一套递推公

13、式，即可算出新的诸量的估计值。这大大减少了滤波装置的存储量和计算量，同时它的适用范围也突破了平稳随机过程的限制。卡尔曼滤波方法出现以后，被成功地应用于飞行器的导航、导弹制导、再入弹道的计算,以及潜艇、飞机导航、火力控制等方面。十多年，在实践过程中又不断地丰富了这一方法本身及其理论内容，这说明新的滤波方法仍然随着生产技术的发展正在不断的改进。其后在滤波领域又出现了很多比较经典的滤波方法，如切比雪夫、巴特沃斯等滤波方法。然而滤波的发展是没有止境的，针对某种噪声的滤波也在持续的改进。作为飞行器惯性导航系统核心的惯性器件，它对整个飞行器有着举足轻重的作用。一个完整的惯性导航系统（INS）由至少三个三轴

14、方向的加速度计和三个相互垂直的陀螺仪组成，用以提供三个轴向的加速度以及载体的围绕三个轴旋转的角速度信息。INS系统已经在航天器，军事领域，如战舰，潜艇，导弹以及小范围的陆上车辆中取得了应用。在几年前，惯性导航仍局限在高性能高成本的宇航和军事领域。然而，随着航天工业的发展需求的推动，低成本的惯性导航系统已经大量应用于方向和角度的测量。加速度计和陀螺仪是典型的惯性传感器。加速度计在惯性框架下测量载体的加速度，其中包含重力加速度，离心加速度和线性加速度。陀螺仪测量载体相对于惯性空间的转动角速度。对于惯性器件的最为常见的应用便是方向陀螺。通过对陀螺测量出的角速率的积分，可以得到车辆的行驶方向。一个好的陀螺应当保证零漂移或者常值漂移，以及很小的噪声。对于商用的低成本陀螺，其漂移率从1-18度/小时不等。理论上，通过对陀螺和加速度计输出信号的一次和二次积分，可以得到载体的速度和位置信息。实际上当标准的惯性导航系统应用的时候，由于传感器的非线性和噪声的影响，这种轨迹计算仅在短时间内有效。这