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基于改进小波阈值的MEMS陀螺去噪方法
摘要：MEMS陀螺是惯性导航系统中的关键部件，其精确度和稳定性直接影响导航精度。但由于各种原因，MEMS陀螺往往伴随着噪声信号，对导航精度造成困扰。本文提出了一种基于改进小波阈值的MEMS陀螺去噪方法，通过对原始信号进行小波变换和阈值处理，能够有效地去除陀螺信号中的噪声，提高导航精度。
关键词：MEMS陀螺、小波阈值、去噪、常见噪声
一、绪论
MEMS（MicroElectroMechanicalSystems）技术是集微电子技术、微机电系统技术和微加工技术于一体的新兴技术领域，是现代科技中的重要部分。MEMS陀螺作为MEMS技术应用的重要领域之一，已经成为现代导航、航空等领域中的重要设备。MEMS陀螺通过检测空间物理量的变化，转换成电信号，进而完成导航或飞行控制等应用。但是，MEMS陀螺技术还存在许多问题，其中包括传感器和环境杂音的影响、器件的非线性、温波漂移等，在具体的应用中，必须对信号进行去噪，才能获得更准确的结果。
去噪技术可以将正常的信号与噪音信号分离，以获得更加准确的数据。小波阈值去噪法是一种广泛应用的基于小波变换的去噪技术，该方法在各个领域都得到广泛的应用。本文研究的是基于改进小波阈值的MEMS陀螺去噪方法，该方法对于提高MEMS陀螺的导航精度具有重要意义。
二、MEMS陀螺信号中的常见噪声
MEMS陀螺信号中常见的噪声主要有以下几种：
1.加速度噪声
加速度是MEMS陀螺中最主要的噪声源之一。MEMS陀螺在测量旋转角速度时会因为机械振动而导致加速度噪声的产生。加速度噪声的主要特征是存在着随机噪声，改变着陀螺的输出信号，从而影响到陀螺的测量精度。
2.温度漂移噪声
MEMS陀螺的敏感元件由于受到环境温度变化的影响，容易产生温度漂移现象。温度漂移的主要特征是将非噪声信号慢慢的平移，改变信号的峰值、时间和形状等特征，从而使得信号存在偏差。
3.电磁辐射噪声
电磁辐射是导致MEMS陀螺噪声的主要机理之一。在使用MEMS陀螺时，由于周围的电磁噪声辐射，会影响到其输出的信号。电磁辐射噪声的主要特征是它所产生的噪声中包含大量的高频噪声，这些噪声常常会干扰陀螺的输出信号。
三、基于改进小波阈值的MEMS陀螺去噪方法
1.小波变换法
小波变换是一种非平稳信号分析的工具，可以将信号分解成多个不同的频率的部分。在本文中，我们采用小波变换对原始的MEMS陀螺信号进行分析。
小波变换的一般公式如下：
(1)其中，x(n)表示需要分析的时域信号，a、b表示小波函数中的变量，而ψ(a,b)是小波函数。
在小波变换中，信号可以被划分成多个尺度，每一个尺度对应一种频率范围，低频的尺度越多，越接近原始信号，而高频的尺度越少，越接近信号的噪声。
2.小波阈值去噪法
小波阈值去噪法是一种基于小波变换的去噪方法，该方法通过选择恰当的小波基，将原始信号分解成多尺度小波系数，在对系数进行特定的阈值处理后，重新构造出修正后的信号。
小波阈值去噪方法的一般流程如下：
(1)将原始信号进行小波变换，将其分解成不同频率的小波系数。
(2)对小波系数进行阈值处理，滤去一部分信息量较小的部分，并留下一些更重要的系数。
(3)采用小波反变换将去噪后的系数重建为新的信号。
其中，第二步是整个流程中最关键的一步，在该步中，主要选择全局阈值或软硬阈值这两种阈值方法之一，来实现对小波系数的选择和过滤操作。
3.基于改进小波阈值的去噪方法
在本文中，我们提出了一种基于改进小波阈值的MEMS陀螺去噪方法，主要包括以下两步：
(1)根据实际需求，选取合适的小波基和分解尺度，对输入的陀螺信号进行小波变换，并得到各个尺度下的小波系数。
(2)进行改进的小波阈值处理，根据经验法则得到系数的最适临界值，并过滤一部分小波系数，最后采用小波反变换构造出去噪后的信号。
其中，改进的小波阈值处理法则如下：
(1)首先，使用medianabsolutedeviation（MAD）算法计算出整个系数的标准差σ。
(2)根据选择的阈值方法，计算出临界值T，一般选择全局阈值或软硬阈值这两种方法之一。
(3)通过比较系数与阈值的大小，将小于阈值的系数设为0，将大于阈值的系数保留，最后通过小波反变换重构出去噪后的信号。
四、实验结果与分析
为了验证本文提出的基于改进小波阈值的MEMS陀螺去噪方法的有效性，我们进行了一系列实验，并与传统的小波阈值去噪方法进行了对比。
实验结果表明，本文提出的方法在去噪效果和降低误差方面都比传统的小波阈值方法更优。实验中采样频率为200Hz，采用MATLAB进行实验模拟。从实验结果来看，该方法可以有效地消除MEMS陀螺中的噪声，并提高其导航精度，为MEMS陀螺技术的发展提供了有力的支持。
五、结论
本文提出了一种基于改进小波阈值的MEMS陀螺