基于分形滤波的精密磁悬浮陀螺观测值降噪研究

发布时间：2017-03-22 12:10

  本文关键词：基于分形滤波的精密磁悬浮陀螺观测值降噪研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着我国经济的快速发展，用于地下工程贯通的高精度陀螺全站仪的研制和发展受到越来越广泛的关注。长安大学与中国航天科技集团第十六研究所联合研制了国内首台高精度的磁悬浮陀螺仪——GAT磁悬浮陀螺全站仪。GAT磁悬浮陀螺仪是一种基于磁悬浮支承与力矩闭环反馈测量体系构建的，具有陀螺马达回转观测、每分钟高速采集近万组原始观测数据的全自动化测量陀螺定向仪器。 实际应用中，通过传感器采集到的信号往往会受到诸如白噪声、温度、风振等因素的干扰，为有效地消除这些干扰噪声对GAT陀螺仪观测数据的影响，提高陀螺定向的精度，须对采集的信号进行滤波降噪。本文首次将分形滤波应用到GAT磁悬浮陀螺全站仪系统数据处理中，主要工作及研究成果如下： (1)根据GAT陀螺仪的观测数据，计算出其相应的功率谱密度函数，，结合随机分形信号的原理验证了GAT磁悬浮陀螺全站仪的观测信号是一种随机分形信号。 (2)结合分数差分估计算法和模糊控制数字滤波原理，提出并推导了利用短时分形维数来调整模糊控制参数的自适应分形滤波降噪模型和方法。 (3)用C++语言编制了自适应分形滤波程序；并通过仿真实验与一般小波变换算法进行比较。表明：在相同背景条件下该算法性能要优于一般小波变换算法，且算法简单，计算速度快。 (4)将该方法运用到工程实例中，将某煤矿的陀螺定向精度由2.7′′提高到2.4′′，某超长铁路隧道的陀螺定向精度由3.7′′提高到3.1′′，即使在干扰较大的风阵实验中，也将精度由7.5′′提高到6.6′′，达到了预期的滤波效果，验证了该方法的可行性。 总之，利用处理非线性科学的分形理论处理GAT陀螺仪的数据与传统的线性科学方法有着本质的区别，毫无疑问，随着分形理论与相关技术的发展，分形滤波将成为一个研究陀螺仪滤波的非常有前途的技术。
【关键词】：分形滤波 GAT磁悬浮陀螺仪 自相似特征 自适应分形滤波
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：P204
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-13
• 1.1 引言9-10
• 1.2 陀螺仪的发展概况10
• 1.3 分形理论的发展概况10-11
• 1.4 本文主要工作11-13
• 第二章 GAT陀螺全站仪的原理及优势13-26
• 2.1 陀螺仪的基本工作原理13-16
• 2.1.1 陀螺仪的基本特性及进动规律13-14
• 2.1.2 陀螺仪测北原理14-16
• 2.2 GAT陀螺仪的技术突破与创新16-19
• 2.2.1 磁悬浮支承技术及其优势16-17
• 2.2.2 力矩反馈控制技术及其测量方法的相关改进17-18
• 2.2.3 后期海量数据处理技术18-19
• 2.3 GAT陀螺仪定向工程实例19-26
• 2.3.1 测量方案的确定20-21
• 2.3.2 陀螺定向测量过程21-22
• 2.3.3 定向成果计算22-26
• 第三章 分形滤波的基本原理26-36
• 3.1 混沌与分形26-28
• 3.1.1 混沌26-27
• 3.1.2 分形27-28
• 3.2 分形理论基础28-30
• 3.2.1 分形的基本概念29
• 3.2.2 分形的分类29-30
• 3.2.3 分形的性质30
• 3.2.4 分形空间与 Hausdorff 距离30
• 3.3 分形维及随机分形信号30-32
• 3.3.1 分形维数30-31
• 3.3.2 随机分形信号31-32
• 3.4 基于分形理论的滤波原理及方法32-36
• 3.4.1 模糊控制数字滤波降噪32-33
• 3.4.2 网格分形维数及短时分形维数的计算33-34
• 3.4.3 自适应分形滤波降噪过程34-36
• 第四章 GAT陀螺仪的分形滤波降噪方法36-43
• 4.1 自适应分形滤波降噪在GAT陀螺仪数据处理中的应用36-39
• 4.1.1 GAT陀螺仪观测数据的分形特征分析36
• 4.1.2 自适应滤波器在GAT陀螺仪数据处理中的优势36-37
• 4.1.3 GAT陀螺仪观测数据分形维数的快速估算方法37-39
• 4.2 GAT陀螺仪观测数据的分形滤波程序计算过程39-41
• 4.2.1 数据输入39-40
• 4.2.2 滤波计算40
• 4.2.3 结果分析40-41
• 4.3 分形滤波与小波变换的实验比较41-43
• 第五章 自适应分形滤波算法的应用43-51
• 5.1 概述43
• 5.2 某煤矿项目43-45
• 5.2.1 项目概况43
• 5.2.2 滤波效果分析43-45
• 5.3 某铁路隧道项目45-48
• 5.3.1 项目概况45
• 5.3.2 滤波效果分析45-48
• 5.4 风振实验48-51
• 5.4.1 概述48
• 5.4.2 滤波效果分析48-51
• 总结与展望51-53
• 参考文献53-56
• 攻读硕士学位期间发表的论文56-57
• 致谢57

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

1 梁阁亭;惠俊军;李玉平;;陀螺仪的发展及应用[J];飞航导弹;2006年04期

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  本文关键词：基于分形滤波的精密磁悬浮陀螺观测值降噪研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：261487