[發明專利]垂直出水航行體特征位置到達時刻估計方法

有效

• 申請號: 202011295616.8
• 申請日: 2020-11-18
• 公開（公告）號: CN112461234B
• 公開（公告）日: 2023-02-17
• 發明（設計）人: 張旭;李萬鵬;呂文磊;馮旭東;程琛;蘇里陽
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍91550部隊
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16;G01C21/20
• 代理公司: 北京豐浩知識產權代理事務所(普通合伙) 11781
• 代理人: 李學康

本發明公開了一種垂直出水航行體特征位置到達時刻估計方法，其步驟包括：利用航行體上安裝的慣性傳感器獲取視加速度、角速率的時間序列測量數據；建立參考質點水下運動全過程的速度、位移以及俯仰角、偏航角時間序列；將所述質點運動軌跡換算到航行體頭部和尾部的特征點，并迭加航行體姿態修正，分別得到頭部特征點和尾部特征點的運動軌跡，由航行體尺寸和運載平臺水下航行深度等信息確定特征位置，通過線性插值得到特征位置的到達時刻信息。本發明解決了出水航行體設計、測試中的特征位置到達時刻估計問題，實現了對大尺度水下航行體在艙內段、水中段、出水段的運動過程進行準確界定，為航行體在水下不同階段的性能差異性分析提供了依據。

技術領域

本發明屬于垂直出水航行體設計、測試領域，尤其涉及航行體在出水過程中的水下段特征位置到達時刻估計方法。

背景技術

垂直出水航行體的水下運動，歷經艙內段(從啟動到尾部出艙)、水中段(從尾部出艙到頭部觸水)、出水段(從頭部觸水到尾部出水)等關鍵過程，這些關鍵過程為航行體水下運動的特征段。在航行體的設計、測試過程中，通常在航行體內部安裝慣性傳感器，通過獲取視加速度、角速率等信息來得到水下段全過程的軌跡、姿態等信息。

由于艙內段、水中段、出水段所處的工況條件和環境條件有顯著差異，需在評價過程中對其各段分別進行分析研究。在海上外場測試中，對垂直出水航行體的高精度外測技術很難實現，只能通過慣性傳感器數據推斷來不同特征段在時間序列上的分布，因此需要對垂直出水航行體到達相應特征位置的時刻進行準確估計。

對于垂直出水航行體到達特征位置的時刻，現有技術通常對垂向加速度數據進行積分獲取垂直運動的速度、位置信息，再通過航行體與運載平臺的幾何關系推算特征點到達時刻信息，未考慮垂直出水航行體運動過程中的姿態變化帶來的影響，在大姿態運動條件下將產生較大誤差。本發明針對垂直出水航行體測試工程應用場景，提出一種基于航行體視加速度、角速率時間序列信息的水下段特征位置到達時刻估計方法，以滿足垂直出水航行體在水下不同特征階段的分析評價要求。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于航行體視加速度、角速率時間序列信息的水下段特征位置到達時刻估計方法，實現對航行體垂直出水過程艙內段、水中段、出水段相關特征位置到達時刻的有效估計，用于海上測試中的出水性能分析與評價。

本發明提供了一種垂直出水航行體特征位置到達時刻估計方法，其步驟包括：

S1，待測航行體于水下運載平臺上以一定的垂向作用力釋放，在經歷艙內段、水中段、出水段三個過程后完成出水，航行體上安裝的慣性傳感器獲取視加速度、角速率的時間序列測量數據，航行體釋放時刻為時間序列測量數據的時間零點。

S2，以慣性傳感器安裝位置為參考質點，建立參考質點水下運動全過程的速度、位移以及俯仰角、偏航角時間序列。

S3，將所述質點運動軌跡換算到航行體頭部和尾部的特征點，并迭加航行體姿態修正，分別得到頭部特征點和尾部特征點的運動軌跡。以頭部特征點和尾部特征點軌跡隨時間變化序列為依據，由航行體尺寸和運載平臺水下航行深度等信息確定特征位置，通過線性插值得到特征位置的到達時刻信息。

所述的步驟S1具體包括，

S11，建立坐標系，選取航行體從運載平臺上釋放時慣性傳感器所在位置為原點，X軸鉛直指向海面，Y軸指向運載平臺航行方向，Z軸與X軸、Y軸構成右手坐標系。

S12，已知航行體長度為L，根據慣性傳感器安裝位置，沿航行體軸向，將其分為上、下2段，長度分別為L_a和L_b，L＝L_a+L_b；運載平臺航行深度，即從艙外甲板到水面的距離，為H_war，航行體運載艙深度，即從艙外甲板到艙底的距離，為H_can。