一種基于模糊控制的時(shí)變窗長(zhǎng)動(dòng)態(tài)Allan方差分析方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于模糊控制的時(shí)變窗長(zhǎng)動(dòng)態(tài)Allan方差分析方法，屬于慣性導(dǎo)航【技術(shù)領(lǐng)域】。該方法根據(jù)光纖陀螺輸出信號(hào)特性，設(shè)計(jì)以光纖陀螺輸出信號(hào)的一次變化率和二次變化率為判斷依據(jù)的模糊控制器選擇動(dòng)態(tài)Allan方差的窗口長(zhǎng)度，計(jì)算信號(hào)的動(dòng)態(tài)Allan方差，實(shí)現(xiàn)對(duì)光纖陀螺輸出信號(hào)動(dòng)態(tài)特征的有效分析。在此基礎(chǔ)上，提出基于雷達(dá)圖的算法性能評(píng)估指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)算法性能的有效評(píng)估。該發(fā)明適用于光纖陀螺的噪聲分析過程。
【專利說明】一種基于模糊控制的時(shí)變窗長(zhǎng)動(dòng)態(tài)Al I an方差分析方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于慣性導(dǎo)航【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種光纖陀螺動(dòng)態(tài)噪聲分析方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 光纖陀螺具有可靠性高、啟動(dòng)快、耐沖擊、精度高、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，是慣導(dǎo)系統(tǒng)的核 心部件。受加工工藝及工作環(huán)境的影響，光纖陀螺的輸出存在較大的隨機(jī)誤差，大大降低了 陀螺儀的測(cè)量精度。因此需要細(xì)致地分析光纖陀螺輸出信號(hào)的誤差特性，有效辨識(shí)隨機(jī)誤 差并客觀準(zhǔn)確地評(píng)估其性能。
[0003] 現(xiàn)在常用的光纖陀螺輸出信號(hào)分析方法為Allan方差分析法，因其不適用于分析 非平穩(wěn)信號(hào)，在實(shí)際陀螺輸出信號(hào)分析中常采用動(dòng)態(tài)Allan方差分析方法。國(guó)內(nèi)外對(duì)動(dòng)態(tài) Allan方差分析法進(jìn)行了諸多研究。意大利都靈理工大學(xué)于2009年提出了動(dòng)態(tài)Allan方差 分析法，對(duì)各類非平穩(wěn)信號(hào)進(jìn)行了分析，并陸續(xù)提出了快速改進(jìn)算法以及動(dòng)態(tài)Allan方差 分析法在時(shí)鐘異常方面的應(yīng)用。哈爾濱工程大學(xué)討論了基于不同窗口長(zhǎng)度的動(dòng)態(tài)Allan方 差對(duì)搖擺運(yùn)動(dòng)動(dòng)態(tài)誤差分析結(jié)果的影響，并提出了改進(jìn)算法。但目前的文獻(xiàn)尚未提及根據(jù) 信號(hào)的變化實(shí)時(shí)選擇動(dòng)態(tài)Allan方差的窗函數(shù)，因此考慮將模糊推理應(yīng)用到動(dòng)態(tài)Allan方 差分析中，進(jìn)一步提高光纖陀螺誤差分析的準(zhǔn)確性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 要解決的技術(shù)問題：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種基于模糊控制的時(shí)變 窗長(zhǎng)動(dòng)態(tài)Allan方差分析方法，克服基于固定長(zhǎng)度窗函數(shù)的動(dòng)態(tài)Allan方差分析方法無法 實(shí)時(shí)跟蹤信號(hào)的動(dòng)態(tài)特征的技術(shù)問題。
[0005] 技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0006] -種基于模糊控制的時(shí)變窗長(zhǎng)動(dòng)態(tài)Allan方差分析方法，包括順序執(zhí)行的以下步 驟：
[0007] 第一步：采集光纖陀螺輸出信號(hào)，并獲得光纖陀螺輸出信號(hào)的動(dòng)態(tài)特征；
[0008] 第二步：設(shè)計(jì)模糊控制器，并將光纖陀螺輸出信號(hào)的動(dòng)態(tài)特征作為模糊控制器的 輸入，用模糊控制器判斷各個(gè)時(shí)刻的光纖陀螺輸出信號(hào)對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)AlIan方差窗口長(zhǎng)度構(gòu) 成動(dòng)態(tài)Allan方差時(shí)變窗長(zhǎng)；
[0009] 第三步：根據(jù)動(dòng)態(tài)Allan方差時(shí)變窗長(zhǎng)計(jì)算光纖陀螺輸出信號(hào)的動(dòng)態(tài)Allan方 差；
[0010] 第四步：采用加權(quán)雷達(dá)圖法設(shè)計(jì)性能評(píng)估指標(biāo)評(píng)估算法性能。
[0011] 進(jìn)一步的，在本發(fā)明中，步驟二中，光纖陀螺輸出信號(hào)的動(dòng)態(tài)特征包括光纖陀螺信 號(hào)的一次變化率和二次變化率，將上述二者作為輸入來設(shè)計(jì)模糊控制器。一次變化率和二 次變化率能夠反映出光纖陀螺輸出信號(hào)隨時(shí)間的變化程度，是典型的動(dòng)態(tài)特征。
[0012] 進(jìn)一步的，在本發(fā)明中，步驟四中，通過光纖陀螺輸出信號(hào)振動(dòng)時(shí)段突變點(diǎn)的時(shí)間 延遲與光纖陀螺輸出信號(hào)振動(dòng)時(shí)段的動(dòng)態(tài)Allan方差系數(shù)的均值繪制雷達(dá)圖，計(jì)算雷達(dá)圖 所組成的三角形面積與其權(quán)重的乘積之和作為性能指標(biāo)來評(píng)估算法的性能。
[0013] 有益效果：
[0014] 模糊控制可用于復(fù)雜系統(tǒng)的特征描述，對(duì)難建模的對(duì)象實(shí)施模糊推理和決策，是 一種非線性智能控制方法。對(duì)于非平穩(wěn)光纖陀螺信號(hào)，難以直接確定其動(dòng)態(tài)Allan方差的 窗口長(zhǎng)度。因此本發(fā)明方法首次提出基于模糊控制來分析研究時(shí)變窗長(zhǎng)動(dòng)態(tài)Allan方差， 該方法可用于光纖陀螺等慣性設(shè)備的信號(hào)性能分析。
[0015] 與現(xiàn)有的陀螺輸出信號(hào)分析方法相比，該方法直接以陀螺輸出信號(hào)為出發(fā)點(diǎn)并利 用輸入設(shè)計(jì)模糊控制器設(shè)置窗長(zhǎng)，無需通過復(fù)雜建模，可以較好地反映陀螺輸出信號(hào)的動(dòng) 態(tài)特征，同時(shí)可以獲得較優(yōu)的Allan方差值；其次，本發(fā)明方法采用加權(quán)雷達(dá)圖法設(shè)計(jì)算法 性能評(píng)估指標(biāo)，可以較好地評(píng)估算法性能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016] 圖1為專利的整體流程圖；
[0017] 圖2為陀螺輸出信號(hào)一次變化率隸屬度；
[0018] 圖3陀螺輸出信號(hào)二次變化率隸屬度；
[0019] 圖4為輸出等級(jí)率隸屬度；
[0020] 圖5為算法性能綜合評(píng)價(jià)雷達(dá)圖。

【具體實(shí)施方式】
[0021] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。
[0022] 本方法的整體流程圖如圖1所示，設(shè)計(jì)模糊控制器，將光纖陀螺輸出信號(hào)的一次 變化率和二次變化率作為模糊控制器的輸入，判斷各時(shí)刻光纖陀螺輸出信號(hào)對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài) Allan方差窗口長(zhǎng)度構(gòu)成動(dòng)態(tài)Allan方差時(shí)變窗長(zhǎng)，根據(jù)動(dòng)態(tài)Allan方差時(shí)變窗長(zhǎng)計(jì)算光纖 陀螺輸出信號(hào)的動(dòng)態(tài)Allan方差，實(shí)現(xiàn)光纖陀螺輸出信號(hào)的分析。上述過程需要完成以下 工作：
[0023] 1 ?信號(hào)變化率求解
[0024] 設(shè)光纖陀螺輸出信號(hào)為X (t)，其一次變化率為：
[0025] ,f\(t)-x(t) (1)
[0026] 二次變化率為：
[0027] f2(t) ^x(I) (2)
[0028] 其中，t為時(shí)間，X (t)為光纖陀螺輸出信號(hào)，為光!為光纖陀螺輸出信號(hào)的一階 導(dǎo)數(shù)，為光纖陀螺輸出信號(hào)的二階導(dǎo)數(shù)。
[0029] 2?模糊控制器設(shè)計(jì)
[0030] 設(shè)計(jì)一模糊控制器，以光纖陀螺輸出信號(hào)的一次變化率和二次變化率作為模糊控 制器的輸入，以設(shè)定的用于判斷窗長(zhǎng)的等級(jí)參數(shù)作為模糊控制器的輸出。
[0031] 具體的，光纖陀螺輸出信號(hào)的一次變化率和二次變化率輸入至模糊控制器后，模 糊控制器的真正的輸入變量為光纖陀螺輸出信號(hào)的一次變化率的模糊值E和光纖陀螺輸 出信號(hào)的二次變化率的模糊值EC，可由式（3)獲得：

【權(quán)利要求】
1. 一種基于模糊控制的時(shí)變窗長(zhǎng)動(dòng)態(tài)Allan方差分析方法，其特征在于：包括順序執(zhí) 行的以下步驟： 第一步：采集光纖陀螺輸出信號(hào)，并獲得光纖陀螺輸出信號(hào)的動(dòng)態(tài)特征； 第二步：設(shè)計(jì)模糊控制器，并將光纖陀螺輸出信號(hào)的動(dòng)態(tài)特征作為模糊控制器的輸入， 用模糊控制器判斷各個(gè)時(shí)刻的光纖陀螺輸出信號(hào)對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)A11 an方差窗口長(zhǎng)度構(gòu)成動(dòng) 態(tài)Allan方差時(shí)變窗長(zhǎng)； 第三步：根據(jù)動(dòng)態(tài)Allan方差時(shí)變窗長(zhǎng)計(jì)算光纖陀螺輸出信號(hào)的動(dòng)態(tài)Allan方差； 第四步：采用加權(quán)雷達(dá)圖法設(shè)計(jì)性能評(píng)估指標(biāo)評(píng)估算法性能。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于模糊控制的時(shí)變窗長(zhǎng)動(dòng)態(tài)Allan方差分析方法，其特征 在于：光纖陀螺輸出信號(hào)的動(dòng)態(tài)特征包括光纖陀螺信號(hào)的一次變化率和二次變化率，將上 述二者作為輸入來設(shè)計(jì)模糊控制器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于模糊控制的時(shí)變窗長(zhǎng)動(dòng)態(tài)Allan方差分析方法，其特征 在于：第四步中，通過光纖陀螺輸出信號(hào)振動(dòng)時(shí)段突變點(diǎn)的時(shí)間延遲與光纖陀螺輸出信號(hào) 振動(dòng)時(shí)段的動(dòng)態(tài)Allan方差五項(xiàng)系數(shù)的均值繪制雷達(dá)圖，計(jì)算雷達(dá)圖所組成的三角形面積 與其權(quán)重的乘積之和作為性能指標(biāo)來評(píng)估算法的性能。
【文檔編號(hào)】G05B13/04GK104406606SQ201410632773
【公開日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年11月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月11日
【發(fā)明者】劉建業(yè), 顧姍姍, 曾慶化, 陳磊江, 賴際舟, 黃凱, 黃磊, 趙偉, 陳維娜 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)