[發(fā)明專利]基于時(shí)間延遲補(bǔ)償?shù)拇w變形測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310482685.3
• 申請日: 2013-10-16
• 公開（公告）號(hào): CN103542816A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐博;陳春;肖永平;池姍姍;王文佳;田學(xué)林;金辰
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號(hào): G01B11/16
• 分類號(hào): G01B11/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種時(shí)間延遲補(bǔ)償方法，特別是一種基于FGU（Fiber?Gyro?Unit，光纖慣性測量單元）的船體變形測量技術(shù)中時(shí)間延遲補(bǔ)償方法。

背景技術(shù)

船舶在海上航行時(shí)，受到許多因素的影響，船舶甲板會(huì)產(chǎn)生不可忽視的變形。這使得由MINS（主慣導(dǎo)）向船載系統(tǒng)等各部位點(diǎn)發(fā)送的姿態(tài)僅為MINS處的姿態(tài)，并非各部位點(diǎn)的載體坐標(biāo)系相對于導(dǎo)航坐標(biāo)系的當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系，MINS與局部位置間的姿態(tài)差異將嚴(yán)重影響船載系統(tǒng)的精度。

與光柵法、雙頻偏振光法等以結(jié)構(gòu)力學(xué)為理論基礎(chǔ)的測量方法相比，基于慣性測量單元的船體變形測量方法具有成本低、動(dòng)態(tài)適應(yīng)性好、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，是今后船體變形測量的發(fā)展趨勢。基于角速率匹配法構(gòu)建的船體變形測量系統(tǒng)屬于分布式測量系統(tǒng)，時(shí)間延遲是分布式測量系統(tǒng)普遍面臨和必須解決的問題。關(guān)于角速率匹配法測量船體變形的理論研究已有諸多成果，但該方法的實(shí)際應(yīng)用卻很少。

傳遞對準(zhǔn)是指用高精度的主慣導(dǎo)的速度和姿態(tài)信息對準(zhǔn)子慣導(dǎo)信息，角速率匹配是指利用兩套慣導(dǎo)的角速率信息估計(jì)出相對變形角，兩種方法的測量原理有相似之處。關(guān)于傳遞對準(zhǔn)中的時(shí)間延遲問題的補(bǔ)償方法，一些文獻(xiàn)提出外推濾波法，可以很好的解決傳遞對準(zhǔn)中的時(shí)間延遲問題，但必須預(yù)先知道時(shí)間延遲大小才能進(jìn)行外推，而角速率匹配法所面臨的時(shí)間延遲無法預(yù)先測量。還有文獻(xiàn)提出狀態(tài)補(bǔ)償法，對傳遞對準(zhǔn)中的時(shí)間延遲進(jìn)行補(bǔ)償，但該方法也必須預(yù)先知道時(shí)間延遲的大小，進(jìn)而進(jìn)行狀態(tài)補(bǔ)償。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種可提高船體變形測量技術(shù)的精度、簡單實(shí)用的基于時(shí)間延遲補(bǔ)償?shù)拇w變形測量方法。

本發(fā)明的基于時(shí)間延遲補(bǔ)償?shù)拇w變形測量方法為：

（1）將兩套光纖陀螺FGU1和FGU2按照圖1所示安裝在船體的中央位置和船艏位置，安裝時(shí)盡量減小安裝誤差，兩套陀螺三個(gè)軸向分別命名為xyz和x′y′z′，其中oy、oy′軸指向船體的縱向，oz、oz′軸垂直于甲板平面指天，ox、ox′軸與其它兩個(gè)軸構(gòu)成右手正交坐標(biāo)系；

（2）根據(jù)圖2所示，將兩套陀螺的坐標(biāo)系的原點(diǎn)重合，以oyz和o′y′z′為例，由于存在船體變形，使得兩坐標(biāo)之間存在角差，對于oxy和o′x′y′以及oxz和o′x′z′同樣存在著角差，圖2所示的船體變形角差由靜態(tài)變形角Φ和動(dòng)態(tài)變形角θ構(gòu)成；

（3）將總變形角表示為其矩陣形式為設(shè)FGU1測得船體的角速度為而FGU2測得的船體的角速度為那么根據(jù)圖2所示，

其中是由于FGU1和FGU2之間的彈性形變而引起的兩個(gè)坐標(biāo)系之間的相對角速率，且有

（4）ox′y′z′坐標(biāo)系到oxyz坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系為：

[x′,y′,z′]=B[x,y,z]

其中B是方向余弦矩陣，假設(shè)α為繞甲板平面的形變角（即航向形變角），β為在船體縱向平面的形變角（即為橫搖形變角），γ為繞船體縱軸方向的形變角（即為縱搖形變角），因船體的形變角為小角度，可以忽略其二階小量，那么方向余弦陣B可化為如下形式：

（5）由可得到則兩套光纖陀螺輸出的角速度差可表示為：

寫成矩陣形式為：

其中是一個(gè)反對稱陣，則且則兩個(gè)陀螺的角速率之差為：