一種基于光纖陀螺慣導(dǎo)系統(tǒng)的船體變形測量方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于光纖陀螺慣導(dǎo)系統(tǒng)的船體變形測量方法。該方法在艦船中部及船首位置甲板處安裝兩套光纖陀螺慣導(dǎo)系統(tǒng)，建立光纖陀螺陀螺漂移及船體變形數(shù)學(xué)模型，設(shè)計(jì)船體變形卡爾曼濾波器，通過實(shí)時(shí)處理兩套光纖陀螺敏感到的角速率之差，估計(jì)出船體靜態(tài)變形與動(dòng)態(tài)變形，實(shí)現(xiàn)對船體變形的測量。該方法是一種間接的估計(jì)方法，相比于傳統(tǒng)的光學(xué)直接測量方法，操作簡便，而且數(shù)據(jù)采集處理頻率高，適用于船體動(dòng)態(tài)變形的測量，精度可達(dá)30角分。
【專利說明】一種基于光纖陀螺慣導(dǎo)系統(tǒng)的船體變形測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種船體變形測量技術(shù)，特別涉及一種實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測量船體變形角的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在船舶領(lǐng)域，船體變形是一個(gè)不容忽視而且必須解決的問題，自20世紀(jì)60年代起，國內(nèi)外船舶領(lǐng)域的學(xué)者們開始了船體變形測量方法的研究，起初的測量方法僅僅局限于光學(xué)測量法，如偏振光能量測量法、雙頻偏振光法、光柵法、大鋼管基準(zhǔn)法等，此類方法有著較高的精度，但僅適合研究靜態(tài)的船體變形測量。隨著對船體動(dòng)態(tài)變形測量需求的增長，以及新型測量器件的出現(xiàn)，國內(nèi)外學(xué)者發(fā)明了多種新的船體變形測量方法，如液體壓力測量法、攝影測量法、應(yīng)變傳感器測量法等。但上述方法均是對船體變形進(jìn)行直接測量，先前所進(jìn)行的測量信息對于后續(xù)的測量沒有輔助作用，而且在船體動(dòng)態(tài)變形測量的實(shí)時(shí)性方面限制于測量裝置的數(shù)據(jù)輸出頻率。目前慣性匹配測量法是船體變形測量領(lǐng)域的主要研究方向，相關(guān)的理論研究很多，包括船體變形的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型的研究、海浪驅(qū)動(dòng)模型的研究、陀螺漂移的數(shù)學(xué)模型的研究等，這些研究成果為慣性匹配測量法的實(shí)際應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。而本發(fā)明采用慣性匹配測量法，利用了現(xiàn)有高精度光纖陀螺慣導(dǎo)系統(tǒng)，可以以較高的采樣頻率輸出載體的角速率信息，可以很好的滿足實(shí)時(shí)性的要求。再利用卡爾曼濾波方法可以有效的利用先前信息，得到船體靜態(tài)及動(dòng)態(tài)變形角的線性最小方差最優(yōu)估計(jì)結(jié)果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提出了一種適合于測量不同類型的船舶發(fā)生的靜態(tài)變形和動(dòng)態(tài)變形的基于光纖陀螺慣導(dǎo)系統(tǒng)的的船體變形測量方法。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案在于包括如下步驟:
[0005](I)將兩套光纖陀螺慣導(dǎo)系統(tǒng)分別安裝于船體的中央位置和船首位置，通過調(diào)節(jié)光纖陀螺慣導(dǎo)系統(tǒng)基座，將兩套光纖陀螺慣導(dǎo)系統(tǒng)的敏感軸0Y、O’Y’軸沿著船體的艏艉線指向船艏，oz、o’z’軸垂直于甲板平面指天，ox、o’x’軸與其它兩個(gè)軸構(gòu)成右手正交坐標(biāo)系；其中，OXYZ和O’X’Y’Z’分別為中央位置處和船首位置處光纖陀螺慣導(dǎo)系統(tǒng)所確立的坐標(biāo)系；將兩套GPS接收機(jī)分別與兩套光纖陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)相連；
[0006](2)兩套光纖陀螺慣導(dǎo)系統(tǒng)均開機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)，利用GPS接收機(jī)為光纖陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)提供統(tǒng)一的時(shí)間信息，并實(shí)時(shí)同步采集兩套光纖陀螺慣導(dǎo)系統(tǒng)所敏感到的船體角速率信息，傳輸至解算計(jì)算機(jī)；
[0007](3)在解算計(jì)算機(jī)中，利用依據(jù)陀螺漂移模型及船體變形模型所設(shè)計(jì)的船體變形卡爾曼濾波器處理步驟(2)中得到的角速率信息，實(shí)時(shí)估計(jì)出船體的靜態(tài)變形角和動(dòng)態(tài)變形角，實(shí)現(xiàn)對船體變形的測量。
[0008]所涉及的陀螺漂移模型及船體變形模型為
【權(quán)利要求】
1.一種基于光纖陀螺慣導(dǎo)系統(tǒng)的船體變形測量方法，其特征在于包括如下步驟: (1)將兩套光纖陀螺慣導(dǎo)系統(tǒng)分別安裝于船體的中央位置和船首位置，通過調(diào)節(jié)光纖陀螺慣導(dǎo)系統(tǒng)基座，將兩套光纖陀螺慣導(dǎo)系統(tǒng)的敏感軸0Y、O’Y’軸沿著船體的艏艉線指向船艏，0Z、O’ Z’軸垂直于甲板平面指天，0X、O’ X’軸與其它兩個(gè)軸構(gòu)成右手正交坐標(biāo)系；其中，OXYZ和O’X’Y’Z’分別為中央位置處和船首位置處光纖陀螺慣導(dǎo)系統(tǒng)所確立的坐標(biāo)系；將兩套GPS接收機(jī)分別與兩套光纖陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)相連； (2)兩套光纖陀螺慣導(dǎo)系統(tǒng)均開機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)，利用GPS接收機(jī)為光纖陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)提供統(tǒng)一的時(shí)間信息，并實(shí)時(shí)同步采集兩套光纖陀螺慣導(dǎo)系統(tǒng)所敏感到的船體角速率信息，傳輸至解算計(jì)算機(jī)； (3)在解算計(jì)算機(jī)中，利用依據(jù)陀螺漂移模型及船體變形模型所設(shè)計(jì)的船體變形卡爾曼濾波器處理步驟(2)中得到的角速率信息，實(shí)時(shí)估計(jì)出船體的靜態(tài)變形角和動(dòng)態(tài)變形角，實(shí)現(xiàn)對船體變形的測量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光纖陀螺慣導(dǎo)系統(tǒng)的船體變形測量方法，其特征在于:所述的陀螺漂移模型及船體變形模型為
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光纖陀螺慣導(dǎo)系統(tǒng)的船體變形測量方法，其特征在于:所述的船體變形卡爾曼濾波器為 狀態(tài)方程為:X = Ax + Bw(t)， 其中，
【文檔編號(hào)】G01C21/16GK103528536SQ201310482660
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月16日
【發(fā)明者】徐博, 肖永平, 孫天一, 邱立民, 劉楊, 董海波, 單為, 金辰 申請人:哈爾濱工程大學(xué)