再平衡回路模型分析与噪声消除

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再平衡回路是影响惯性组件系统精度的关键因素之一,其功能是为惯性元件(加速度计/陀螺仪)提供控制和测试回路,改善系统动静态特性,提升测试精度。近几十年来,随着导航技术的发展,对再平衡回路的要求也越来越高。再平衡回路在工作过程中会耦合到各种电磁和热噪声,分离消除回路噪声,提取有用信号,对于提升惯性系统的性能和导航精度有着十分重要的意义。本文以消除再平衡回路的回路噪声为目的,以再平衡回路为研究对象,采用半实物仿真的方法,主要从再平衡回路设计、回路噪声分析、表头特性参数计算、模型参数辨识、LMS自适应消噪等方面展开了研究。1、基于惯性系统的控制与测试要求,对再平衡回路进行了分析,设计了信号调理单元、控制器单元、功率放大电路等模块,并对电路部分的噪声影响进行了分析量化计算,确定其对回路及系统测试的影响。2、以挠性元件(加速度计、陀螺仪)为研究对象,计算了表头的特征参数,分析其性能指标。接下来,以加速度计系统为例,进行参数模型辨识,设计多谐差相信号作为激励,选用最小二乘算法作为参数估计方法,建立ARX模型,对惯性系统输入、输出数据进行拟合,进行惯性元件系统的开环辨识,得到加速度计的性能指标,并与计算值进行对比验证,并分析误差原因,为后续的消噪处理提供先验知识和理论依据。3、介绍了基于自适应滤波原理的LMS消噪算法,对其进行归一化处理,并提出了一种适用于再平衡回路技术的改进的时变步长LMS算法,编写LMS的消噪算法,调节滤波器参数,进行仿真,并与RLS、卡尔曼滤波等滤波方式进行分析对比。以某型号的动力调谐陀螺仪和加速度计为例,采集输入、输出信号,进行基于上述LMS算法的自适应消噪实验,将耦合进再平衡回路的电磁噪声作为背景噪声消去,提取出有用信号,并进行验证试验。实验结果表明,设计的LMS自适应消噪算法对于低频段的回路噪声有一定的滤除效果,可有效的提升回路性能。
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