[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

基于姿態角匹配的無模型船體變形測量方法，涉及船體變形測量，利用艦船中心航姿系統和用戶設備之間的歐拉角作為觀測量，在考慮雙陀螺漂移的情況下結合艦船變形角和姿態失準角建立觀測方程。為了回避對艦船變形角建立先驗數學模型，利用神經網絡對變形角進行擬合。為保證訓練神經網絡的實時性，將神經網絡的連接權系數擴展至狀態變量中，再利用非線性濾波器對系統狀態方程和觀測方程進行求解，最優估計出艦船變形角大小。理論直觀，操作簡便，滿足艦船航行時對變形角實時測量的要求，仿真精度可達10角秒。

技術領域

本發明涉及船體變形測量，尤其是涉及基于姿態角匹配的無模型船體變形測量方法。

背景技術

艦船并非絕對的剛體，在海上航行過程中受環境影響如日曬、溫度、風浪等會發生輕微的撓曲變形，變形角雖然微小，但會嚴重影響中心航姿系統與艦載設備之間的傳遞對準，大大降低艦載設備的使用精度，更為嚴重的將導致任務執行的失敗。因此，為了充分利用中心航姿系統的高精度導航信息，實現艦載設備高精度任務的精準執行，必須實時連續地對船體變形進行測量及校正。針對這一問題，國內外學者提出大量方法，如大鋼管基準法、雙光源CCD測量法、光柵法、壓力測量法、攝影測量法和應變儀測量法^[1]等，雖然這些方法的測量精度較高，但并不能在動態環境下實時測量變形角。目前慣性測量匹配法以其低成本、安裝方便、動態適應性強等優點成為船體變形測量領域最具潛力的研究方向，現在已有大量相關的研究成果^[2][3]，主要包括船體變形動^[4][5][6]、靜態模型研究^[7]、海浪驅動建模及變形模型參數辨識^[8][9]研究等。雖然這些方法在仿真過程中取得了比較好的效果，但在實際航海過程中，事先建立的模型與實際模型很難吻合，即使模型一致，艦船的變形模型并非固定不變，即使模型設定正確，模型參數也因環境的變化而不斷發生變化，模型參數很難得到準確辨識。不準確的船體變形模型將大大降低卡爾曼濾波對變形角估計的精度，甚至直接導致卡爾曼濾波不收斂。

參考文獻：

[1]汪順亭,汪湛清,朱昀炤,等.船體變形的監測方法及其對航向姿態信息的修正[J].中國慣性技術學報,2007,15(6):635-641.

[2]Wang B,Deng Z,Liu C,et al.Estimation of information sharing errorby dynamic deformation between inertial navigation systems[J].IEEETransactions on Industrial Electronics,2014,61(4):2015-2023.

[3]袁二凱,楊功流,于沛,等.一種基于慣性匹配的船體姿態基準傳遞方法[J].艦船科學技術,2013(12):60-64.

[4]Yuan E K,Yang G L.High-accuracy Modeling of Ship Deformation Basedon Inertial Measuring Method[C]//Advanced Materials Research.Trans TechPublications,2013,760:1227-1232.

[5]Wu W,Qin S,Wang X,et al.A new integrated Gaussian-Markov processmodel for precision shipboard transfer alignment[C]//Position,Location andNavigation Symposium-PLANS 2014,2014IEEE/ION.IEEE,2014:21-26.