[發明專利]一種基于載體姿態信息的升沉測量方法

在審

• 申請號: 202011488010.6
• 申請日: 2020-12-16
• 公開（公告）號: CN112629540A
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發明（設計）人: 李鵬;魏宗康;張玲;唐文浩
• 申請（專利權）人: 北京航天控制儀器研究所
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20;G01C21/16;G01C23/00
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 龐靜

本發明公開了一種基于載體姿態信息的升沉測量方法，包括：定期獲取載體姿態據信息；其中，所述姿態信息包括：橫搖角θ、縱搖角γ和艏搖角中的至少一種；根據所述姿態信息獲得載體隨海浪波動的頻率和幅值信息；根據所述頻率和幅值信息進行濾波器設計；其中，所述濾波器包括通帶截止頻率f_p，阻帶截止頻率f_s、通帶衰減A_p、阻帶衰減A_s、截止頻率ω_c、濾波階數N等濾波器參數；由慣性導航系統獲得載體實際垂向加速度信息，通過三次濾波和兩次積分，得到載體的升沉運動信息。通過本發明實現了基于姿態信息進行升沉測量的濾波器自適應設計，提高了載體升沉運動測量的精度。

技術領域

本發明屬于測量技術領域，尤其涉及一種基于載體姿態信息的升沉測量方法。

背景技術

水面艦船和水下運載器在執行任務期間會隨海浪波動產生升沉運動，然而升沉運動會嚴重影響載體作業效率和安全。因此海上艦船、作業平臺通常需要升沉補償系統來消除升沉運動的影響。目前通常使用GPS和慣性導航系統進行組合實現水面作業載體垂向的定位，但是測量精度僅為m級。此外，慣性導航系統憑借其無源特性可實現全天候、全地域、全方位自主導航，但是由于慣性導航系統存在誤差隨時間累積而發散的問題，特別是垂向，不能做長時間導航。當海面環境惡劣或執行水下任務時，無法收取GPS信號，水面艦船和水下運載體的升沉信息則會失真。為了解決這個問題，采用卡爾曼濾波來減小垂向升沉的測量誤差，但是使用卡爾曼濾波存在以下補足：1)需要對系統進行精準建模，而誤差源較多，難以實現；2)濾波參數調試的工作量非常大；3)測量精度難以提高。

發明內容

本發明的技術解決問題：克服現有技術的不足，提供一種基于載體姿態信息的升沉測量方法，旨在實現在不依賴外部垂向輔助量測信息時，實現對載體垂向的升沉信息的高精度測量。

為了解決上述技術問題，本發明公開了一種基于載體姿態信息的升沉測量方法，包括：

定期獲取載體姿態信息；其中，所述載體姿態信息包括：橫搖角θ、縱搖角γ和艏搖角中的至少一種；

根據所述姿態信息獲得載體隨海浪波動的頻率和幅值信息；

根據所述頻率和幅值信息進行濾波器設計；其中，所述濾波器的濾波器參數包括通帶截止頻率f_p，阻帶截止頻率f_s、通帶衰減A_p、阻帶衰減A_s、截止頻率ω_c、濾波階數N；

將由慣性導航系統確定的載體垂向加速度信息，通過三次濾波和兩次積分，得到并輸出載體的升沉運動信息。

在上述基于載體姿態信息的升沉測量方法中，根據所述定期獲取載體姿態信息；其中，“定期”指在一定時間范圍內獲取新的姿態信息；所述載體姿態信息包括：橫搖角θ、縱搖角γ和艏搖角中的至少一種，包括外測直接給出的姿態信息或由導航系統確定的姿態信息。

在上述基于載體姿態信息的升沉測量方法中，根據所述載體姿態信息獲得載體隨海浪波動的頻率和幅值，包括：

橫搖角θ的1Hz以內的諧振主峰對應的幅值和頻率；和/或，

縱搖角γ的1Hz以內的諧振主峰對應的幅值和頻率；和/或，

艏搖角的1Hz以內的諧振主峰對應的幅值和頻率。

橫搖角θ、縱搖角γ、艏搖角在1Hz以內諧振主峰對應的頻率為海浪波動的頻率；橫搖角θ、縱搖角γ、艏搖角在1Hz以內諧振主峰對應的幅值為海浪波動影響各姿態角變化的幅值。