基于数字带阻滤波的降噪方法、系统及石英音叉陀螺
阅读说明：本技术 基于数字带阻滤波的降噪方法、系统及石英音叉陀螺 (Noise reduction method and system based on digital band-stop filtering and quartz tuning fork gyroscope ) 是由 杨星辉 刘飞 王永胜 申燕超 梁文华 于 2020-12-10 设计创作，主要内容包括：本发明涉及石英音叉陀螺仪降噪技术领域,公开了一种基于数字带阻滤波的降噪方法、系统及石英音叉陀螺。该方法用于石英音叉陀螺,其中,该方法包括：确定石英音叉陀螺的频差点频率和带阻滤波宽度；根据频差点频率和带阻滤波宽度确定二阶带阻滤波器的滤波参数；利用二阶带阻滤波器根据滤波参数对石英音叉陀螺的原始输出进行滤波降噪,得到石英音叉陀螺降噪后的输出。由此,可以很好的消除陀螺在振动环境下的高频噪声,从而提高陀螺的测量精度。(The invention relates to the technical field of noise reduction of quartz tuning fork gyroscopes, and discloses a noise reduction method and system based on digital band-stop filtering and a quartz tuning fork gyroscope. The method is used for the quartz tuning fork gyroscope, wherein the method comprises the following steps: determining the frequency difference point frequency and the band-stop filtering width of the quartz tuning fork gyroscope; determining the filtering parameters of a second-order band-stop filter according to the frequency difference point frequency and the band-stop filtering width; and filtering and denoising the original output of the quartz tuning fork gyroscope according to the filtering parameters by using a second-order band elimination filter to obtain the output of the quartz tuning fork gyroscope after denoising. Therefore, high-frequency noise of the gyroscope in a vibration environment can be well eliminated, and the measurement accuracy of the gyroscope is improved.)
技术领域
本发明涉及石英音叉陀螺仪降噪技术领域，尤其涉及一种基于数字带阻滤波的降噪方法、系统及石英音叉陀螺。
背景技术
由于石英音叉陀螺的驱动频率和检测频率之间存在一定的差值(以下简称：频差)，在频差对应的频率点噪声值会十倍甚至数百倍会放大，严重影响陀螺的测量精度。目前石英音叉陀螺仪数字降噪都是基于低通滤波器进行设计的，降噪效果不明显。在静态条件下，频差引起的误差可以忽略不计，但在振动环境下，频差引起噪声幅值会很大，严重影响陀螺的测量精度，所以必须要对噪声误差变大进行进一步的降噪处理。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术不足，提供了一种基于数字带阻滤波的降噪方法、系统及石英音叉陀螺，能够解决上述现有技术中的问题。
本发明的技术解决方案：一种基于数字带阻滤波的降噪方法，该方法用于石英音叉陀螺，其中，该方法包括：
确定石英音叉陀螺的频差点频率和带阻滤波宽度；
根据频差点频率和带阻滤波宽度确定二阶带阻滤波器的滤波参数；
利用二阶带阻滤波器根据滤波参数对石英音叉陀螺的原始输出进行滤波降噪，得到石英音叉陀螺降噪后的输出。
优选地，通过下式利用二阶带阻滤波器根据滤波参数对石英音叉陀螺的原始输出进行滤波降噪，得到石英音叉陀螺降噪后的输出：
其中，a0、a1、a2、a3、a4、b1、b2、b3、b4为滤波参数，y(k)、y(k-1)、y(k-2)、y(k-3)、y(k-4)分别为k时刻、k-1时刻、k-2时刻、k-3时刻、k-4时刻石英音叉陀螺降噪后的输出，x(k)、x(k-1)、x(k-2)、x(k-3)、x(k-4)分别为k时刻、k-1时刻、k-2时刻、k-3时刻、k-4时刻石英音叉陀螺的原始输出。
本发明还提供了一种基于数字带阻滤波的降噪系统，该系统用于石英音叉陀螺，其中，该系统包括：
第一参数确定模块，用于确定石英音叉陀螺的频差点频率和带阻滤波宽度；
第二参数确定模块，用于根据频差点频率和带阻滤波宽度确定二阶带阻滤波器的滤波参数；
二阶带阻滤波器，用于根据滤波参数对石英音叉陀螺的原始输出进行滤波降噪，得到石英音叉陀螺降噪后的输出。
优选地，通过下式根据滤波参数对石英音叉陀螺的原始输出进行滤波降噪，得到石英音叉陀螺降噪后的输出：
其中，a0、a1、a2、a3、a4、b1、b2、b3、b4为滤波参数， y(k)、y(k-1)、y(k-2)、y(k-3)、y(k-4)分别为k时刻、k-1时刻、k-2时刻、k-3时刻、k-4时刻石英音叉陀螺降噪后的输出，x(k)、x(k-1)、x(k-2)、x(k-3)、x(k-4)分别为k时刻、k-1时刻、k-2时刻、k-3时刻、k-4时刻石英音叉陀螺的原始输出。
本发明还提供了一种石英音叉陀螺，其中，包括上述的基于数字带阻滤波的降噪系统。
通过上述技术方案，可以将二阶带阻滤波器加入到石英音叉陀螺组合的误差补偿中，且根据陀螺本身频差的特点确定对应的滤波参数，应用此方法可以很好的消除陀螺在振动环境下的高频噪声，从而提高陀螺的测量精度。
附图说明
所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种基于数字带阻滤波的降噪方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。在下面的描述中，出于解释而非限制性的目的，阐述了具体细节，以帮助全面地理解本发明。然而，对本领域技术人员来说显而易见的是，也可以在脱离了这些具体细节的其它实施例中实践本发明。
在此需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的设备结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
图1为本发明实施例提供的一种基于数字带阻滤波的降噪方法的流程图。
如图1所示，本发明实施例提供了一种基于数字带阻滤波的降噪方法，该方法用于石英音叉陀螺，其中，该方法包括：
S100，确定石英音叉陀螺的频差点频率和带阻滤波宽度；
S102，根据频差点频率和带阻滤波宽度确定二阶带阻滤波器的滤波参数；
S104，利用二阶带阻滤波器根据滤波参数对石英音叉陀螺的原始输出进行滤波降噪，得到石英音叉陀螺降噪后的输出。
通过上述技术方案，可以将二阶带阻滤波器加入到石英音叉陀螺组合的误差补偿中，且根据陀螺本身频差的特点确定对应的滤波参数，应用此方法可以很好的消除陀螺在振动环境下的高频噪声，从而提高陀螺的测量精度。
其中，石英音叉陀螺的频差点频率可以通过实际测量获得，也可以根据经验设定，带阻滤波宽度也可以根据经验设定。
根据本发明一种实施例，通过下式利用二阶带阻滤波器根据滤波参数对石英音叉陀螺的原始输出进行滤波降噪，得到石英音叉陀螺降噪后的输出：
其中，a0、a1、a2、a3、a4、b1、b2、b3、b4为滤波参数， y(k)、y(k-1)、y(k-2)、y(k-3)、y(k-4)分别为k时刻、k-1时刻、k-2时刻、k-3时刻、k-4时刻石英音叉陀螺降噪后的输出，x(k)、x(k-1)、x(k-2)、x(k-3)、x(k-4)分别为k时刻、k-1时刻、k-2时刻、k-3时刻、k-4时刻石英音叉陀螺的原始输出。
也就是，可以将确定的滤波参数带入式(1)得到石英音叉陀螺降噪后的输出。
在本发明中，上述式(1)为式(2)所示的二阶带阻滤波器的传递函数的实现形式，传递函数为：
本发明实施例还提供了一种基于数字带阻滤波的降噪系统，该系统用于石英音叉陀螺，其中，该系统包括：
第一参数确定模块，用于确定石英音叉陀螺的频差点频率和带阻滤波宽度；
第二参数确定模块，用于根据频差点频率和带阻滤波宽度确定二阶带阻滤波器的滤波参数；
二阶带阻滤波器，用于根据滤波参数对石英音叉陀螺的原始输出进行滤波降噪，得到石英音叉陀螺降噪后的输出。
其中，二阶带阻滤波器可以为二阶巴特沃斯带阻滤波器。
通过上述技术方案，可以将二阶带阻滤波器加入到石英音叉陀螺组合的误差补偿中，且根据陀螺本身频差的特点确定对应的滤波参数，应用此方法可以很好的消除陀螺在振动环境下的高频噪声，从而提高陀螺的测量精度。
根据本发明一种实施例，通过下式根据滤波参数对石英音叉陀螺的原始输出进行滤波降噪，得到石英音叉陀螺降噪后的输出：
其中，a0、a1、a2、a3、a4、b1、b2、b3、b4为滤波参数， y(k)、y(k-1)、y(k-2)、y(k-3)、y(k-4)分别为k时刻、k-1时刻、k-2时刻、k-3时刻、k-4时刻石英音叉陀螺降噪后的输出，x(k)、x(k-1)、x(k-2)、x(k-3)、x(k-4)分别为k时刻、k-1时刻、k-2时刻、k-3时刻、k-4时刻石英音叉陀螺的原始输出。
本发明实施例还提供了一种石英音叉陀螺，包括上述实施例中的基于数字带阻滤波的降噪系统。
下面结合实例对本发明所述的基于数字带阻滤波的降噪方法和系统进行描述。
在该实例中，确定的石英音叉陀螺的频差点频率可以为350Hz，确定的石英音叉陀螺的带阻滤波宽度可以为100Hz。
通过频差点频率和带阻滤波宽度可以计算得到二阶带阻滤波器的滤波参数为a0＝0.6389455,a1＝-1.2200125,a2＝1.8602687,a3＝-1.2200125,a4＝0.6389455， b1＝-1.5003139,b2＝1.7253582,b3＝-0.9397110,b4＝0.4128016。
通过将确定的滤波参数带入式(1)可以得到石英音叉陀螺降噪后的输出，如下所示：
y(k)＝0.6389455x(k)-1.2200125x(k-1)+1.8602687x(k-2)-1.2200125x(k-3)+0.6389455x(k-4) -(-1.5003139y(k-1)+1.7253582y(k-2)-0.939711y(k-3)+0.4128016y(k-4))
从上述实施例可以看出，本发明所述的基于数字带阻滤波的降噪方法和系统在陀螺的频差点进行定点带阻滤波，从而可以明显降低陀螺在力学振动环境下的输出噪声。
如上针对一种实施例描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施例中使用，和/或与其它实施例中的特征相结合或替代其它实施例中的特征使用。
应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤、组件或其组合的存在或附加。
本发明以上的装置和方法可以由硬件实现，也可以由硬件结合软件实现。本发明涉及这样的计算机可读程序，当该程序被逻辑部件所执行时，能够使该逻辑部件实现上文所述的装置或构成部件，或使该逻辑部件实现上文所述的各种方法或步骤。本发明还涉及用于存储以上程序的存储介质，如硬盘、磁盘、光盘、DVD、flash存储器等。
这些实施例的许多特征和优点根据该详细描述是清楚的，因此所附权利要求旨在覆盖这些实施例的落入其真实精神和范围内的所有这些特征和优点。此外，由于本领域的技术人员容易想到很多修改和改变，因此不是要将本发明的实施例限于所例示和描述的精确结构和操作，而是可以涵盖落入其范围内的所有合适修改和等同物。
本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。
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