[發明專利]基于姿態角匹配的無模型船體變形測量方法

有效

• 申請號: 201710325685.0
• 申請日: 2017-05-10
• 公開（公告）號: CN108871322B
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發明（設計）人: 彭俠夫;何熒;楊功流;仲訓昱
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16;G01C21/20
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所(普通合伙) 35200
• 代理人: 馬應森

1.基于姿態角匹配的無模型船體變形測量方法，其特征在于包括以下步驟：

1)將兩個配備有三軸激光陀螺的慣性測量單元分別安裝在艦船中心位置及用戶設備附近，第1個三軸激光陀螺的慣性測量單元IMU1為艦船中心航姿系統，精度較高，為全艦提供姿態基準，對應的坐標系為oxyz,該坐標系與艦船坐標系b₁對準；第2個三軸激光陀螺的慣性測量單元IMU2的坐標系為o’x’y’z’，與坐標系oxyz近似對準，IMU2對應的載體系為b₂，因為存在陀螺漂移，計算載體系會逐漸偏離真實載體系，記IMU1的計算載體系為IMU2的計算載體系為IMU1和IMU2的慣性坐標系為i；

2)根據IMU1和IMU2輸出的角速率信息利用四元數姿態更新法對IMU1姿態矩陣和IMU2的姿態矩陣進行更新，記：

3)構建系統狀態方程，具體方法為：

系統狀態向量選取為：

X＝[θ_i θ′_i ε₀ ε′₀ ε_r ε′_r]^T

其中θ_i、θ′_i為IMU1和IMU2對應的真實慣性系與計算慣性系之間的誤差角，ε₀、ε'₀分別為IMU1和IMU2的陀螺常值漂移，ε_r、ε′_r分別為IMU1和IMU2的陀螺隨機漂移；

系統狀態方程組表達為：

其中μ_i為陀螺隨機漂移的一階馬爾科夫系數，σ_i為陀螺漂移的均方差，w(t)為白噪聲；分別為IMU1和IMU2的真實姿態陣，計算時分別取的值；

基于上述方程，將狀態方程寫為矩陣形式：

4)構建系統觀測方程，具體方法為：

系統觀測向量選取為：

Z＝[ψ_x ψ_y ψ_z]^T

其中：

ψ_x＝arcsin(C₂₃),

則系統的觀測方程表達為：

記上式為：

Z＝g(Z,W)+h(X)+v(t)

其中，為以Z為輸入、W為連接權系數的神經網絡函數，神經網絡的目標輸出為Z-h(X)，v(t)為量測噪聲；

5)擴展狀態變量，具體方法為：

將狀態變量X和神經網絡連接權系數W聯合為新的狀態變量設定W是時不變的；若g(Z,W)設定為兩層參數神經網絡，則連接權系數W包含輸入系數W^r、輸入閾值b^r、輸出系數W^c及輸出閾值b^c四個部分，即：

W＝[W^r,b^r,W^c,b^c]^T

其中：l為中間層神經元個數；

對狀態方程離散化得到：

X_k+1＝f(X_k)+G·w_k

擴展狀態變量后的狀態方程為：

其中n_w為連接權系數W的維數；

擴展狀態變量后的系統狀態方程和觀測方程離散化為：

6)利用非線性濾波器對上述問題進行求解，實時估計狀態變量根據公式計算出變形角