[發明專利]一種基于慣性測量單元的坐標失配測量方法

無效

• 申請號: 201310204938.0
• 申請日: 2013-05-29
• 公開（公告）號: CN103335650A
• 公開（公告）日: 2013-10-02
• 發明（設計）人: 高偉;池姍姍;徐博;王文佳;陳春;郭宇;肖永平;田學林;劉楊
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01C21/18
• 分類號: G01C21/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種測量方法，具體涉及一種基于慣性測量單元的坐標失配測量方法。

背景技術

現代大型艦船在火炮、導彈、雷達和艦載飛機等設備協調工作期間，需要中心航姿系統提供高精度導航信息進行初始對準和初始參數裝訂。由于艦船不是一個絕對的剛體，在日曬夜露和時間老化作用下結構形狀會逐漸發生變化，產生長期變形；而在惡劣海情下波浪運動對船體加載會使船體產生動態變形，且任意兩點間角位移的幅值隨著其間距離的加大而增大；當船體機動或減搖裝置作用或船艏升離水面重又入水時也可能產生瞬時船體撓曲變形。因此，多種因素都可引起船體變形，靜態變形可達1度，動態變形在角分級，這些變形角將導致中心航姿系統與各用戶部分坐標失配。如果用戶設備不對失配角進行修正，直接使用中心航姿系統的參數進行初始對準和初始參數裝訂就會引起誤差。

慣性測量單元(陀螺儀和加速度計)可以測量所在位置的角速率和加速度，利用計算機可以解算出相應的導航參數。由于船體不同位置坐標失配，不同位置的導航參數會有所差異，這個差異可以反應兩位置的坐標失配關系，因此在船體不同部位安裝慣性測量單元，航行時通過慣性測量單元輸出數據進行導航參數解算，建立導航參數與坐標失配角的關系，通過濾波就可以實時估計出坐標失配角，從而對其進行補償以減小或消除坐標失配帶來的影響。

發明內容

本發明是為了實現艦船由于變形和固定安裝偏差引起的坐標失配測量，從而提供一種基于慣性測量單元的坐標失配測量方法。

其特征是它由以下步驟實現：

步驟一、選取兩套光纖捷聯慣性導航系統作為主子慣性測量單元，將法國IXSEA公司生產的高精度捷聯慣導系統PHINS與GPS組合作為監測系統，選擇422串口線、加固計算機構成數據采集系統進行數據的實時采集、保存和處理，采用高可靠性的電源，在此基礎上加裝3套UPS以確保在進行試驗的過程中供電不間斷。

步驟二、安裝設備。主慣導系統光纖陀螺捷聯慣導系統和PHINS固定于同一鐵板上，安裝在船體中心，子慣導光纖捷聯慣導系統安裝在甲板上，設備均通過槽鋼架高；兩套數據采集系統均放置在慣性測量單元正上方的架子上，電源、UPS依次固定于慣性測量單元旁，GPS安裝在二層觀測倉。

開啟測量系統中的慣性測量單元進行預熱，預熱時間不少于1小時。建立主子慣導載體坐標系，定義東北天地理坐標系為導航系，記為n。

步驟三、信息采集。PHINS/GPS與主慣導系統光纖陀螺捷聯慣導系統(數據線長度約為50米)通過422串口線連接到第一數據采集系統。子慣導系統光纖陀螺捷聯慣導系統(數據線長度約為50米)通過422串口線連接到第二數據采集系統。數據采集頻率為100Hz。

檢查設備及航行環境，艦船系泊狀態下啟動PHINS與光纖慣性導航系統，光纖慣性導航設備啟動1小時之后初始對準結束。慣性測量單元進入工作狀態后艦船出航，完成包含轉彎、變加速、回旋運動的航行。使用數據采集裝置實時、準確、完整地同步采集PHINS和兩套光纖慣性測量單元的速度和姿態信息，并進行保存。

步驟四、信息實時解算。對采集到的數據用計算機進行實時解算，采用速度加姿態匹配方法，利用卡爾曼濾波估計坐標失配角。

系統從t_k-1時刻轉移到t_k時刻的動態模型為