为改善光纤陀螺测斜仪在复杂的工程应用环境中系统精度变差的问题针对其核心部件光纤陀螺进行了信号噪声的滤波方法研究。在分析陀螺输出信号特点的基础上,对加权滑动平均滤波、Butterworth 低通滤波和小波变换3种噪声滤波方法进行了比较。实验过程中通过对处理结果对比分析,以及运用Allan方差理论对预处理后陀螺信号定量分析。实验结果表明应用小波变换算法可有效地抑制陀螺零漂.明显减小信号的精度损失,从而进一步提高实际使用时陀螺测斜仪的系统精度具有很好的工程实践性。
传统测井技术主要采用磁通门传感器作为测量元件进行方位角度测量由于存在外界磁场的干扰,尤其是油井中含有铁磁物质时会导致仪器精度下降甚至完全无法工作。以捷联惯性导航技术为理论基础的光纤陀螺测斜仪采用光纤陀螺作为方位角传感器不受磁场影响,可用于油田老井复测、老井改造、套管探伤、射孔.是各类矿井轨迹测量和定向作业的专用仪器。通过对姿态角的连续测量可以得到平滑的井眼轨迹.直接指导油田的精细化作业.具有高精度、性能稳定等优点。
陀螺测斜仪中光纤陀螺作为角速率敏感元件.通过敏感地球自转角速度,最终确定载体方位。光纤陀螺是基于Sagnac效应的光学传感器",在理论-上有很高的精度.但其在复杂的恶劣环境条件下陀螺会受到较大影响致使精度变差.从而导致整体系统精度受到影响。在应用中.光纤陀螺的确定性误差可通过建模标定进行补偿,光纤陀螺随机误差就成为系统重要的误差源.因此研究光纤陀螺输出的随机特性针对光纤陀螺信号噪声处理问题进行积极探索,寻找相应的信号处理方法,并对其进行有效性评估意义重大。
2.信号滤波处理算法研究
针对光纤陀螺信号噪声的不稳定性和随机性对输出信号采用适当的滤波算法处理,可以达到抑制陀螺漂移和提高系统精度的目的。本文分别采用了加权滑动平均滤波、IIR滤波的Butterwort h低通滤波和小波变换分析3种不同的处理方法应用于光纤陀螺的信号滤波,通过对处理结果的比较研究,证实了小波变换方法在信号滤波处理中的可行性和有效性。
2.1 加权滑动平均滤波
滑动平均滤波是工程上常采用的算法,这种滑动丢弃的处理使滤波结果实时性强,平滑度高但由于没有突出当前信息的比重,使得系统的灵敏度变低。通过增加新的采样数据在滑动平均中的比重,以提高系统对当前采样值的灵敏度。
2.2 Butterworth 低通滤波
Butterworth滤波器属于IIR经典滤波器具有无限宽的冲激响应,与模拟滤波器相匹配,以模拟滤波器为设计原型到数字滤波器的变换方法,主要有冲激响应不变法与双线性变换法。
2. 3 小波变换分析
小波变换是在传统的Fouricr变换和短时Fourrier变换的基础上发展起来的,相互之间既有密切的联系,又有显著的区别,即用于时频局部化的窗函数的不同选择。小波变换是一种窗口大小不变但形状可变的时频局部化分析方法。根据多分辨理论,小波分解与重构的快速实现算法为Mallat算法, Mallat基于多分辨率分析提出来的离散正交二二进小波变换快速算法,其本质上是不需要知道尺度函数和子波函数的具体结构,只要找到满足一定条件的分解滤波器和重构滤波器,由滤波器系数即可实现快速小波变换1491。Mallat 算法的思想:对于L (R)空间上的任意信号s,由于信号的分辨率是有限的,按最大尺度N都可以分解为分辨率为2 N的低频部分和分辨率为2 '(J=1,2, ... N)的高频部分,河由它们进行完全重构。
实际上Mallat算法也是一种滤波运算,与常规滤波不同的是,它是一种带宽 自适应变化的特殊滤波,当尺度较小时,时间分辨率高,适合分析高频信号:随着尺度的增大,频率分辨率较高,适合分析低频信号。
下一条: 光纤陀螺测斜仪原理
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