[發明專利]一種深海平臺緯度、姿態基準信息自主獲取方法

有效

• 申請號: 202010564441.X
• 申請日: 2020-06-19
• 公開（公告）號: CN111829554B
• 公開（公告）日: 2022-09-16
• 發明（設計）人: 李曉平;劉俊;宮京;周賢高;王毅
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七0七研究所
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00;G01C21/18;G01C21/16;G01C21/20
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司 12209
• 代理人: 劉英梅

1.一種深海平臺維度、姿態基準信息自主獲取方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1：構建裝置A，裝置A特征為：由外框、中框、內框三個轉動框架和安裝在內框架上的臺體組成，中框軸與外框軸垂直，內框軸與中框軸垂直，臺體上安裝1個加速度計和1個速率陀螺儀，加速度計和陀螺儀敏感軸方向一致且與內框軸垂直；

步驟2：建立平臺固聯坐標系oxyz，平臺右弦方向為x軸，平臺艏向為y軸，由x、y軸根據右手法則確定z軸；裝置A安裝于深海平臺，外框軸指y軸方向，外框軸零位時中框軸指x方向，中框軸零位時內框軸指z軸方向；內框軸零位時加速度計和陀螺儀的敏感軸指x軸方向；

步驟3：深海平臺下潛至海底，保持靜止狀態；

步驟4：內框軸連續旋轉360°，旋轉期間同步錄取加速度計和內框軸角位置輸出信息，加速度計測量值隨內框軸角位置測量值呈正弦曲線變化，根據正弦曲線信息確定水平方向n，并計算將內框軸旋轉至水平方向n對應的外框軸角位置θ1和中框軸角位置ψ1；

步驟5：外框軸旋轉至θ1位置和中框軸旋轉至ψ1位置，將內框軸置于水平方向n；內框軸連續旋轉360°，旋轉期間同步錄取加速度計和內框軸角位置輸出信息；加速度計測量值隨內框軸角位置測量值呈正弦曲線變化，該正弦曲線負峰值時加速度計敏感軸所指的方向為近似垂線方向g1，g1指天向，記錄此時內框軸的角位置k1，并記錄加速度計輸出正弦曲線的峰峰值G；計算將內框軸旋轉至近似垂線方向g1時對應的外框軸角位置θ2和中框軸角位置ψ2；

步驟6：外框軸旋轉至θ2和中框軸旋轉至ψ2位置，將內框軸置于近似垂線方向g1；內框軸連續旋轉360°，旋轉期間同步錄取加速度計和內框軸角位置輸出信息；若加速度計輸出相對于內框軸角位置無明顯起伏變化，近似垂線方向g1即是精確的垂線方向g，g指天向；若加速度計輸出隨內框軸角位置呈正弦曲線變化，則分別轉動外框軸和中框軸一個小角度δθ和δψ，旋轉后內框軸連續旋轉360°，觀察加速度計輸出隨內框軸角位置輸出的變化曲線，若為正弦曲線，則按前述方法繼續轉動外框軸和中框軸一個小角度，直至加速度計輸出隨內框軸角位置輸出曲線的無明顯起伏變化，此時內框軸指向精確的垂線方向g，記錄此時外框軸角位置θ和中框軸角位置ψ；

步驟7：內框軸連續旋轉360°，旋轉期間同步錄取陀螺儀角速率測量和內框軸角位置測量信息；根據陀螺儀的角速率測量值隨內框軸角位置值呈現正弦曲線變化，根據正弦曲線信息確定水平東向he，記錄此時對應的內框軸角位置k，計算將內框軸旋轉至水平東向he時對應的外框軸角位置θ3和中框軸角位置ψ3；

步驟8：根據內框軸指向精確的垂線方向g時的外框軸角位置θ、中框軸角位置ψ，以及內框軸角位置k計算當地水坐標系到平臺固聯坐標系oxyz的變換矩陣C，即獲取了平臺的姿態矩陣；

步驟9：外框軸旋轉至θ3和中框軸旋轉至ψ3位置，將內框軸置于水平東向he，內框軸連續旋轉360°，旋轉期間同步錄取加速度計、陀螺儀角速率和內框軸角位置測量信息；加速度計輸出值隨內框軸角位置值呈正弦曲線變化，加速度計輸出的正弦曲線負峰值處，加速度計敏感軸所指方向為垂線方向g，記錄此時內框軸角位置陀螺儀角速率值隨內框軸角位置值呈正弦曲線變化，陀螺儀輸出的正弦曲線正峰值處陀螺儀敏感軸對應方向為地球自轉角速度矢量方向，記錄此時內框軸角位置計算垂線方向g與地球自轉角速度矢量方向的夾角即為平臺所處位置的緯度

2.根據權利要求1所述的深海平臺維度、姿態基準信息自主獲取方法，其特征在于：步驟4中水平方向n、外框軸角位置θ1和中框軸角位置ψ1計算方法如下：

加速度計測量值隨內框軸角位置值呈正弦曲線變化，正弦曲線中相鄰的正峰值和負峰值中間點處加速度計敏感軸的方向為水平方向n，此時內框軸角位置k_h，則水平方向n的單位矢量在平臺固聯坐標系oxyz中坐標為(cosk_h，sink_h，0)；外框軸角位置θ1＝90°；中框軸角位置ψ1＝360-k_h。