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基于模态分解多尺度熵的微机械陀螺仪降噪方法

李剑 汪立新 李文华

李剑,汪立新,李文华. 基于模态分解多尺度熵的微机械陀螺仪降噪方法[J]. 北京航空航天大学学报,2023,49(10):2835-2840 doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2021.0745
引用本文: 李剑,汪立新,李文华. 基于模态分解多尺度熵的微机械陀螺仪降噪方法[J]. 北京航空航天大学学报,2023,49(10):2835-2840 doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2021.0745
LI J,WANG L X,LI W H. MEMS gyro scope noise reduction method based on model decomposition multi-scale entropy[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics,2023,49(10):2835-2840 (in Chinese) doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2021.0745
Citation: LI J,WANG L X,LI W H. MEMS gyro scope noise reduction method based on model decomposition multi-scale entropy[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics,2023,49(10):2835-2840 (in Chinese) doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2021.0745

基于模态分解多尺度熵的微机械陀螺仪降噪方法

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2021.0745
基金项目: 陕西省自然科学基础研究计划(2020JQ-491);陕西省高校科协青年人才托举计划(20200109)
详细信息
    通讯作者:

    E-mail:wlxxian@sina.com

  • 中图分类号: V241.5

MEMS gyro scope noise reduction method based on model decomposition multi-scale entropy

Funds: Natural Science Basic Research Program of Shaanxi (2020JQ-491); Young Talent Fund of University Association for Science and Technology in Shaanxi, China (20200109)
More Information
  • 摘要:

    为了有效抑制微机械陀螺仪的随机误差,基于完备自适应噪声集合经验模态分解(CEEMDAN),结合反向传播神经网络(BPNN)建模和卡尔曼滤波(KF),提出了一种微机械陀螺仪改进的降噪方法。微机械陀螺仪数据经过CEEMDAN分解,得到本征模态分量(IMF);利用多尺度熵(MSE)算法对分量分类,对其中信号噪声混叠的分量进行反向传播神经网络辅助卡尔曼滤波;再对滤波结果和信号主导的分量进行重构,实现微机械陀螺信号降噪。实验验证了所提方法的有效性,该方法相比卡尔曼滤波、小波降噪等有更好的降噪效果。

     

  • 图 1  CEEMDAN-BP-KF流程

    Figure 1.  CEEMDAN-BP-KF flow chart

    图 2  CEEMDAN分解原始数据

    Figure 2.  CEEMDAN decomposition of raw data

    图 3  各阶本征模态分量多尺度熵值

    Figure 3.  IMF multiscale entropy of each order

    图 4  CEEMDAN-BP-KF降噪结果

    Figure 4.  Denoising result of CEEMDAN-BP-KF

    图 5  不同方法处理结果

    Figure 5.  Processing results of different methods

    图 6  Allan方差曲线

    Figure 6.  Allan variance curves

    图 7  动态数据去噪结果

    Figure 7.  Denoising results of dynamic data

    表  1  AR模型系数

    Table  1.   Parameters of AR model

    模型a1a2a3AIC
    AR(1)−0.61120 0 −2.08×105
    AR(2)−0.84710.38590 −2.24×105
    AR(3)−0.762 0.199 0.2206−2.29×105
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    表  2  微机械陀螺仪5种噪声

    Table  2.   Five kinds of noise of MEMS gyroscope

    原始数据
    或方法
    量化
    噪声/(°)
    角度
    随机游走/
    ((°)$\cdot {\rm{h}} ^{-\frac{1}{2} }$)
    零偏
    不稳定性/
    ((°)·h−1
    角速率
    游走/
    ((°)$\cdot {\rm{h}} ^{-\frac{3}{2} }$)
    速率
    斜坡/
    ((°)·h−2
    原始数据77.99611.371495.8285261.6499203.7680
    卡尔曼滤波26.26251.394936.8138100.523778.2844
    小波降噪8.07100.705858.8837160.0747124.5140
    本文方法1.56790.158720.674951.049438.5538
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-12-12
  • 录用日期:  2022-03-20
  • 网络出版日期:  2022-05-10
  • 整期出版日期:  2023-10-31

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