[發明專利]一種對艦船甲板靜態變形角進行測量的方法

無效

• 申請號: 200910072955.7
• 申請日: 2009-09-23
• 公開（公告）號: CN101650186A
• 公開（公告）日: 2010-02-17
• 發明（設計）人: 孫楓;呂玉紅;王根;高偉;徐博;奔粵陽;張鑫;周廣濤;高洪濤;吳磊
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16;G01C21/20;G01C25/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

(一)技術領域

本發明涉及一種捷聯慣導系統的艦船變形測量方法，特別涉及一種基于光纖陀螺的艦船甲板靜態變形測量技術。

(二)背景技術

慣性導航利用慣性元件測量載體的運動線加速度和角速度，以此推算出載體相對于地球的速度和位置，以及載體的姿態等信息。捷聯式慣性導航系統省略了精密的穩定平臺和控制機構，使系統的設計極大簡化，成本大幅度降低，與平臺慣導相比具有體積小，重量輕，成本低，可靠性高，便于維護等優點，因此得到越來越廣泛的應用，美國軍用慣性導航系統在1994年捷聯式就占到了90％。

在實際情況中，艦船受使用壽命、波浪沖擊、陽光照射、轉舵操作、船體載荷等許多因素的影響，都會引起艦船甲板變形，艦船甲板的變形會對艦船上各局部慣導設備的快速初始對準產生不可忽視的影響。甲板變形通常包括動態變形和靜態變形。其中艦船的甲板靜態角度變形主要受到艦船的使用壽命過長、所載貨物、燃料變化和日曬等因素的影響。靜態角度并不是始終不變，只是角度變化的周期比較長，在較短的對準時間內認為是不變的，根據相關的艦船在海上的量測報告，以及在不同海情海上試驗所測得的實驗數據表明，一天之中的變形量可達到1°～1.5°。因此，如何對基于光纖陀螺的艦船甲板靜態變形進行測量具有重要意義。

對準過程存在著快速性與準確性之間的矛盾，為了解決對準過程的穩、快、準的協調問題，考慮充分利用艦船主慣導的導航信息與艦載裝備的慣性組件的輸出信息，進行傳遞對準，可以大大減少對準時間并獲得很好的對準精度，而甲板變形角嚴重影響快速傳遞對準的效果。傳統的利用光學校準儀器校準變形角的方法需要提供價格昂貴的儀器，同時需要鋪設校準用的光路，在大型艦船上不具有實用性。

(三)發明內容

本發明的目的在于提供一種能夠有效的對于艦船甲板靜態變形角進行測量的一種對艦船甲板靜態變形角進行測量的方法。

本發明的目的是這樣實現的：主要包含以下步驟：

(1)通過機械和光學儀器的安裝校準，使當地甲板局部慣導的姿態與中心慣導保持一致，艦船中心捷聯慣導系統預熱啟動并開始初始對準；

(2)艦船中心捷聯慣導系統初始對準完畢后進入導航狀態，中心慣導系統通過自身的解算，得到解算后的姿態、位置、速度信息；

(3)當地甲板艦載裝備的慣導設備預熱啟動，甲板艦載裝備的光纖陀螺和石英加速度計開始采集比力和角速度信息，并將采集到的信息通過電纜傳輸到自身的導航解算單元，同時通過傳輸電纜將中心捷聯慣導系統解算出的信息傳輸到當地甲板艦載裝備的導航解算單元；

(4)當地甲板艦載裝備的導航解算單元接收存儲艦船中心捷聯慣導系統的導航數據，利用姿態數據信息建立計算艦載裝備慣導的載體坐標系和導航坐標系n之間的轉換矩陣，即初始捷聯矩陣，且以動態變形角為對象；

(5)建立以兩套慣導系統失準角誤差和當地甲板靜態變形角誤差為狀態變量的卡爾曼濾波狀態方程，以兩者姿態差為量測量的量測方程，通過卡爾曼濾波估計出甲板靜態變形角。

所述卡爾曼濾波狀態方程為：

其中：為兩套慣導解算的速度差，f為當地甲板局部慣導測得的比力，w_ie為地球運動的角速度，w_en為導航系相對地球系的角速度，φ為與m系間的夾角，ξ為s與m系間的甲板靜態變形角，η(t)為動態變形角速度，ω_nm為中心慣導測量的相對導航系的角速度；ε^s為當地甲板局部慣導陀螺漂移測量誤差。

所述量測方程為：

z＝Hx+v(t)

其中：量測量z＝[φ_x?φ_y?φ_y]^T，H為量測矩陣，v為量測噪聲陣，φ為與m系間的夾角。

本發明利用艦船主慣導的導航信息與艦載裝備的慣性組件輸出信息進行匹配濾波，估測出甲板變形角。在快速對準過程中，本發明考慮將甲板變形角作為一個狀態變量，對其進行估計得到變形角，以用于變形補償。本發明的方法具有如下優點：(1)直接利用艦船中心慣導系統和局部慣導系統信息，不需要特殊改變安裝結構；(2)可以利用目前研究比較成熟的卡爾曼濾波技術進行濾波估計，采用數字方法，具有很好的可靠性；(3)方法不要求艦船進行勻速直航運動，更具有實用性。

對本發明的有益效果通過如下方針得以驗證：

(1)Matlab仿真

在以下的仿真條件下，對該方法進行仿真實驗：