[發(fā)明專利]基于姿態(tài)角匹配的無模型船體變形測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710325685.0
• 申請日: 2017-05-10
• 公開（公告）號: CN108871322B
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 彭俠夫;何熒;楊功流;仲訓(xùn)昱
• 申請（專利權(quán)）人: 廈門大學(xué)
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16;G01C21/20
• 代理公司: 廈門南強(qiáng)之路專利事務(wù)所(普通合伙) 35200
• 代理人: 馬應(yīng)森

基于姿態(tài)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(tǒng)和用戶設(shè)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(jié)合艦船變形角和姿態(tài)失準(zhǔn)角建立觀測方程。為了回避對艦船變形角建立先驗(yàn)數(shù)學(xué)模型，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對變形角進(jìn)行擬合。為保證訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性，將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的連接權(quán)系數(shù)擴(kuò)展至狀態(tài)變量中，再利用非線性濾波器對系統(tǒng)狀態(tài)方程和觀測方程進(jìn)行求解，最優(yōu)估計(jì)出艦船變形角大小。理論直觀，操作簡便，滿足艦船航行時(shí)對變形角實(shí)時(shí)測量的要求，仿真精度可達(dá)10角秒。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及船體變形測量，尤其是涉及基于姿態(tài)角匹配的無模型船體變形測量方法。

背景技術(shù)

艦船并非絕對的剛體，在海上航行過程中受環(huán)境影響如日曬、溫度、風(fēng)浪等會發(fā)生輕微的撓曲變形，變形角雖然微小，但會嚴(yán)重影響中心航姿系統(tǒng)與艦載設(shè)備之間的傳遞對準(zhǔn)，大大降低艦載設(shè)備的使用精度，更為嚴(yán)重的將導(dǎo)致任務(wù)執(zhí)行的失敗。因此，為了充分利用中心航姿系統(tǒng)的高精度導(dǎo)航信息，實(shí)現(xiàn)艦載設(shè)備高精度任務(wù)的精準(zhǔn)執(zhí)行，必須實(shí)時(shí)連續(xù)地對船體變形進(jìn)行測量及校正。針對這一問題，國內(nèi)外學(xué)者提出大量方法，如大鋼管基準(zhǔn)法、雙光源CCD測量法、光柵法、壓力測量法、攝影測量法和應(yīng)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(dòng)態(tài)環(huán)境下實(shí)時(shí)測量變形角。目前慣性測量匹配法以其低成本、安裝方便、動(dòng)態(tài)適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)成為船體變形測量領(lǐng)域最具潛力的研究方向，現(xiàn)在已有大量相關(guān)的研究成果^[2][3]，主要包括船體變形動(dòng)^[4][5][6]、靜態(tài)模型研究^[7]、海浪驅(qū)動(dòng)建模及變形模型參數(shù)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(shí)際航海過程中，事先建立的模型與實(shí)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(shè)定正確，模型參數(shù)也因環(huán)境的變化而不斷發(fā)生變化，模型參數(shù)很難得到準(zhǔn)確辨識。不準(zhǔn)確的船體變形模型將大大降低卡爾曼濾波對變形角估計(jì)的精度，甚至直接導(dǎo)致卡爾曼濾波不收斂。

參考文獻(xiàn)：

[1]汪順亭,汪湛清,朱昀炤,等.船體變形的監(jiān)測方法及其對航向姿態(tài)信息的修正[J].中國慣性技術(shù)學(xué)報(bào),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(tài)基準(zhǔn)傳遞方法[J].艦船科學(xué)技術(shù),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.