Фильтрация вибросигнала лазерного гироскопа с использованием вейвлет-преобразования

Кольцевые лазерные гироскопы (КЛГ) широко применяются в различных навигационных системах для точного измерения параметров вращательного движения объекта. При этом использование КЛГ на низких частотах представляет собой серьезную проблему, связанную с так называемым захватом, или синхронизацией, частот. Для ее устранения КЛГ подвергают механической высокочастотной вибрации. Таким образом, для определения истинных параметров вращательного движения вибрационную составляющую сигнала КЛГ необходимо удалить. С этой целью применяются однокаскадные, многокаскадные и многоскоростные фильтры. Недостатки таких фильтров связаны с их крайне высокой размерностью (если речь идет об использовании фильтров с конечной импульсной характеристикой) либо нелинейностью фазовых характеристик. В настоящей работе рассматривается способ удаления вибросигнала с применением методов мультимасштабного вейвлет-преобразования. Мультимасштабный анализ с пятью уровнями разложения выполнен с использованием различных типов вейвлетов, таких как дискретный вейвлет Мейера, вейвлет Добеши 45 (db45) и т.п. Установлено, что ни один из стандартных вейвлетов не позволяет добиться восстановления исходного сигнала. Удаление вибросигнала предлагается осуществлять с применением нового синтезированного вейвлета. Полезный сигнал восстанавливается с использованием коэффициентов аппроксимации на 5 уровне. Подавление вибросигнала составляет 107,0 дБ, при этом фазовые характеристики фильтра линейны в пределах полосы пропускания. По сравнению с разработанным ранее трехступенчатым комбинированным фильтром здесь также снижаются вычислительные затраты.

1. King, A.D., Inertial Navigation-Forty years of Evolution, GEC Review, Vol. 13, No. 3, 1998.

2. Aronowitz, F., Fundamentals of the Ring Laser Gyro, 11430, Manzanita Trail, Dewey, Az 86327, U.S.A, 1977.

3. Post, E.J., Sagnac effect, Reviews of Modern Physics, 1967, vol. 39, no. 2, pp. 475.

4. Barbourm N.M., Elwell, J.M., Setterlu, R.H. Inertial instruments: where to now?, The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. Cambridge, Massachusetts 02139, 1981.

5. Juang, J.N., and Radharamanan, R., Evaluation of Ring Laser and Fiber Optic Gyroscope Technology, School Of Engineering, Mercer University, Macon, GA 31207 USA, 2008.

6. Titterton, D. and Weston, J., Strapdown Inertial Navigation Technology, IEEE Radar, Sonar, Navigation and Avionics Series, 2nd Ed. U.K. Michael Faraday House, 2005.

7. Hemalatha, N., Chandra Sekhar, R.S., Swarna Bai, A., Satheesh Reddy, G., A Linear Observer design for Dither Removal in Ring Laser Gyroscopes, IFAC Proceedings Volumes, 2012, vol. 45, issue 1.

8. Faucheux, M., Fayoux, D., and Roland, J.J., The Ring Laser Gyro, Optics (Paris), 1988, vol. 19, no 3, pp. 101–115.

9. Choi, R., Advanced Gyroscope Technology, Systems Center, San Diego, Aug. 2008.

10. Banerjee, K., Dam, B., Majumdar, K., Banerjee, R., and Partanabis, D., An Improved DitherStripping Scheme for Strapdown Ring Laser Gyroscopes, IEEE Region 10 Conference TENCON, 2004, vol. A, pp. 689–692, vol. 1, 2004.

11. Subba Rao, K., Das, K.C., Arjun, M., and Swapna, P., Development of multistage digital filter for dither removal in RLG, 2nd International Conference on recent trends in Signal Processing, Image Processing & VLSI(ICrtSIV-2015), Bangalore, 2015, pp. 872–880.

12. Xi Zhang, Design of orthogonal graph wavelet filter, IECON 2016, 42nd Annula Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, 2016, pp:889–894.

13. Vijendra, V., Kulkarni, M., ECG signal filtering using DWT harr wavelets coefficient techniques, 2016 International Conference on Emerging Trends in Engineering, Technology and Science(ICETETS), 2016, pp. 1–6.

14. Mitra, S.K., Digital Signal Processing, Tata Mc.Graw-Hill, 3rd edition, 2006.

15. Weeks, M., Digital Signal Processing Using MATLAB and Wavelets, Infinity Science Press, Edition 2007.

16. Shantha Selva Kumara, R., Bharathi, S., Sadasivam, V., Design of Optimal Discrete Wavelet for ECG signal using Orthogonal Filter Bank,” International Conference on Computational Intelligence and Multimedia Applications(ICCIMA 2007), 2007, vol. 1, pp. 525–529.

17. Akulov, L.G., Wavelet filtering in Digital Signal processing Systems, International Conference on Actual problem of Electron Devices Engineering (APEDE), 2014, pp. 5–6.

18. Regimanu, B., Rao, K.S., Das, K.Ch., Kumari, Ch.R., Neeharika, P., RLG Dither Removal Using Wavelet Transforms, Proc. of the Seventh International Conference on Advances in Computing, Electronics and Electrical Technology – CEET 2017. DOI: 10.15224/978-1-63248-126-9-30, 2017.

19. Ansheng, C., Jianli, L., and Zhongyi, C., Dither signal removal in ring laser gyro POS based on combined digital filter, 2012, pp.178–182.