仪器仪表学报

作者：牛克骁，刘元正，王宇晨，黄晨煜

单位：牛克骁,1.中国航空工业集团公司西安飞行自动控制研究所西安710076； 2.量子传感与定位导航授时 技术航空科技重点实验室西安710076,,刘元正,1.中国航空工业集团公司西安飞行自动控制研究所西安710076； 2.量子传感与定位导航授时 技术航空科技重点实验室西安710076,liuyz033@avic.com,王宇晨,1.中国航空工业集团公司西安飞行自动控制研究所西安710076； 2.量子传感与定位导航授时 技术航空科技重点实验室西安710076,,黄晨煜,1.中国航空工业集团公司西安飞行自动控制研究所西安710076； 2.量子传感与定位导航授时 技术航空科技重点实验室西安710076,

关键词：原子干涉陀螺;量子传感;ARMA;卡尔曼滤波

基金：国家自然科学基金（U2341246）项目资助

原子干涉陀螺仪作为下一代超高精度惯性传感器方案之一,在国防和基础科研领域具有重要应用价值和发展前景,但其复杂的噪声特性严重制约了其实际性能。针对这一关键性问题,提出了一种基于时间序列分析的ARMA模型与卡尔曼滤波相结合的噪声抑制方法,旨在绕过复杂的噪声源物理建模环节,直接对陀螺输出信号进行整体建模与滤波处理。首先,通过一阶差分预处理的方式使陀螺输出数据满足ARMA模型的平稳性要求,采用AIC以及BIC准则经计算与对比后确定最优ARMA(2,1)模型参数。在此基础上,重点设计了量测噪声自适应卡尔曼滤波算法,通过实时估计量测噪声方差来动态调整噪声协方差矩阵,有效解决了传统定参滤波器的参数固化问题。对长达13h的原子干涉陀螺输出数据进行处理与分析,实验结果表明,所提出的自适应卡尔曼滤波显著提升了陀螺性能：零偏稳定性从0.0766°/h提升至0.0550°/h(提升幅度可达28.2%),短期灵敏度优化26.7%,长期稳定性改善20.1%,这些改进效果显著优于定参滤波(仅提升8%)。此外,与非模型滤波方法(如低通滤波和小波去噪)相比,自适应卡尔曼滤波在模型匹配条件下展现出更优的噪声抑制效果。该研究提出的这一方法为解决原子干涉陀螺复杂噪声建模困难、提升其实际应用性能提供了一个切实可行的有效途径和技术方案。

来源：2025年第9期

《仪器仪表学报》期刊编辑部

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