小波域中值滤波器在陀螺寻北仪中的应用

　　在军事和民用定向中，陀螺寻北仪的应用日渐广泛.它能在静态下全天候、全方位、快速、实时地测定北向，从而确定载体方位角，即载体的某一参考轴与真北方向的夹角，以作为观测、目标瞄准以及导航系统重调时的方位基准，也可作为隧道和矿山等地下作业的方位基准.在军事领域应用中，尤其要求陀螺寻北仪在短时间内实现快速精确定向.但由于阵风、车辆发动机工作、人为走动和温度变化等环境干扰因素的影响，陀螺仪输出中不仅包含地球自转有用信号，还有不同成分的漂移信号.陀螺漂移将严重地影响系统的定向精度，因此有效地消除陀螺漂移是保证寻北精度的关键.

　　对于不能用简单方法加以补偿的随机漂移大都采用滤波的方法来去除干扰噪声.传统的去噪方法大都采用线性滤波，其在去除噪声的同时也将信号的突变点变得模糊了.中值滤波方法是一种非线性处理方法，其在某些条件下可以保证信号的突变点较满意地复原，但中值滤波只对脉冲噪声有较好的滤波效果，而对随机噪声的抑制能力不够理想.为了克服传统去噪方法的低通性，提出了小波变换的去噪方法[1-2].小波变换[3]在时域和频域都具有局部性，适合于分析同时具有低频和高频的信号.在小波域的去噪方法中应用较广泛的是小波阂值去噪方法[4-6]，但其只适用于白噪声和宽带噪声，对于脉冲噪声则无能为力.

　　为了更好地去除陀螺信号中的噪声，笔者构造了小波域的中值滤波器.此方法为在小波域用阂值法来滤除陀螺信号中的白噪声，用中值滤波器来滤除信号中的脉冲噪声.寻北实验结果表明，此方法有效可行，能较好地去除这2种噪声.

　　1寻北基本原理

　　寻北仪利用陀螺仪敏感地球自转角速率来计算载体与真北方向的夹角.本系统采用单自由度三浮陀螺和2个石英挠性加速度计构成捷联式系统，一个加速度计其敏感轴与陀螺敏感轴平行，另一个沿水平面正交.陀螺和加速度计组成惯性组合体相对安装底座绕垂直轴按控制系统的指令旋转，组合体绕垂直轴转动两位置可解算出方位角[7].加速度计测量惯性组合体不水平量，以补偿地球自转角速度垂直分量.

　　若寻北仪架设于地球某一点O处，其经度 λ，纬度华，地理坐标系为OXnYnZn·陀螺坐标系OXgYgZg与惯性组合体坐标系OXb YbZb重合，设惯性组合体的俯仰角、横倾角和方位角分别为 Φx, Φy，和 Φz，由地球坐标系E到陀螺坐标系G的转换关系[8]可表示为

　　(2)

　　因为寻北仪架设时已调平，所以其俯仰角和横倾角为小角度，则陀螺坐标系X轴上的陀螺实际输出为