基于時間延遲補償?shù)拇w變形測量方法
【專利摘要】本發(fā)明提供的是一種基于時間延遲補償?shù)拇w變形測量方法。首先將兩套光纖陀螺安裝在船體固定位置，并得到船體變形角。然后計算二者的坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系并最終得到輸出的角速度差，根據(jù)實際系統(tǒng)中存在的時間延遲得出兩套光纖陀螺真實的角速率關(guān)系。最后引入陀螺漂移構(gòu)建卡爾曼濾波的量測方程，建立陀螺漂移和船體變形角的數(shù)學(xué)模型和卡爾曼濾波的狀態(tài)方程，以陀螺輸出的角速率為觀測輸入，對變形角進(jìn)行估計。該方法針對基于FGU的船體變形測量技術(shù)在實船測量應(yīng)用中所面臨的時間延遲問題給予一種補償方法，從而減小測量誤差，提高測量精度，并且簡單實用，補償效果明顯，有利于船體變形測量技術(shù)的應(yīng)用。
【專利說明】基于時間延遲補償?shù)拇w變形測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種時間延遲補償方法，特別是一種基于FGU(Fiber Gyro Unit，光纖慣性測量單元)的船體變形測量技術(shù)中時間延遲補償方法。
【背景技術(shù)】
[0002]船舶在海上航行時，受到許多因素的影響，船舶甲板會產(chǎn)生不可忽視的變形。這使得由MINS (主慣導(dǎo))向船載系統(tǒng)等各部位點發(fā)送的姿態(tài)僅為MINS處的姿態(tài)，并非各部位點的載體坐標(biāo)系相對于導(dǎo)航坐標(biāo)系的當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系，MINS與局部位置間的姿態(tài)差異將嚴(yán)重影響船載系統(tǒng)的精度。
[0003]與光柵法、雙頻偏振光法等以結(jié)構(gòu)力學(xué)為理論基礎(chǔ)的測量方法相比，基于慣性測量單元的船體變形測量方法具有成本低、動態(tài)適應(yīng)性好、安裝方便等優(yōu)點，是今后船體變形測量的發(fā)展趨勢。基于角速率匹配法構(gòu)建的船體變形測量系統(tǒng)屬于分布式測量系統(tǒng)，時間延遲是分布式測量系統(tǒng)普遍面臨和必須解決的問題。關(guān)于角速率匹配法測量船體變形的理論研究已有諸多成果，但該方法的實際應(yīng)用卻很少。
[0004]傳遞對準(zhǔn)是指用高精度的主慣導(dǎo)的速度和姿態(tài)信息對準(zhǔn)子慣導(dǎo)信息，角速率匹配是指利用兩套慣導(dǎo)的角速率信息估計出相對變形角，兩種方法的測量原理有相似之處。關(guān)于傳遞對準(zhǔn)中的時間延遲問題的補償方法，一些文獻(xiàn)提出外推濾波法，可以很好的解決傳遞對準(zhǔn)中的時間延遲問題，但必須預(yù)先知道時間延遲大小才能進(jìn)行外推，而角速率匹配法所面臨的時間延遲無法預(yù)先測量。還有文獻(xiàn)提出狀態(tài)補償法，對傳遞對準(zhǔn)中的時間延遲進(jìn)行補償，但該方法也必須預(yù)先知道時間延遲的大小，進(jìn)而進(jìn)行狀態(tài)補償。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種可提高船體變形測量技術(shù)的精度、簡單實用的基于時間延遲補償?shù)拇w變形測量方法。
[0006]本發(fā)明的基于時間延遲補償?shù)拇w變形測量方法為:
[0007](I)將兩套光纖陀螺FGUl和FGU2按照圖1所示安裝在船體的中央位置和船艏位置，安裝時盡量減小安裝誤差，兩套陀螺三個軸向分別命名為xyz和V I' Z'，其中oy、Oj'軸指向船體的縱向，oz、OZ'軸垂直于甲板平面指天，OX、OX'軸與其它兩個軸構(gòu)成右手正交坐標(biāo)系；
[0008](2)根據(jù)圖2所示，將兩套陀螺的坐標(biāo)系的原點重合，以oyz和c/ y' z'為例，由于存在船體變形，使得兩坐標(biāo)之間存在角差，對于oxy和ο' χ' j'以及0XZ和ο' χ' τ'同樣存在著角差，圖2所示的船體變形角差由靜態(tài)變形角Φ和動態(tài)變形角Θ構(gòu)成；
[0009](3)將總變形角表示為^其矩陣形式為釋=[Λ φy φζ]設(shè)FGUl測得船體的角
速度為ii ,而FGU2測得的船體的角速度為& ,那么根據(jù)圖2所示，
[0010]
【權(quán)利要求】
1. 一種基于時間延遲補償?shù)拇w變形測量方法，其特征是：(1)將兩套光纖陀螺FGU1和FGU2安裝在船體的中央位置和船艏位置，安裝時盡量減小 安裝誤差，兩套陀螺三個軸向分別命名為xyz和x' j' z'，其中oy'oy'軸指向船體的縱 向，0Z、0Z'軸垂直于甲板平面指天，ox、ox'軸與其它兩個軸構(gòu)成右手正交坐標(biāo)系；(2)將兩套陀螺的坐標(biāo)系的原點重合，以oyz和o'j' z'為例，由于存在船體變形， 使得兩坐標(biāo)之間存在角差，對于oxy和o' x' y/以及oxz和o' x' z'同樣存在著角差， 得到的船體變形角差由靜態(tài)變形角O和動態(tài)變形角0構(gòu)成；(3)將總變形角表示為其矩陣形式為[又py‘]，設(shè)FGU1測得船體的角速度 為5,而FGU2測得的船體的角速度為5'，那么可得到：其中#是由于FGU1和FGU2之間的彈性形變而引起的兩個坐標(biāo)系之間的相對角速率， 且有 <p~& c|> = 0,(4)ox' y/ z/坐標(biāo)系到oxyz坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系為：
【文檔編號】G01B11/16GK103542816SQ201310482685
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月16日
【發(fā)明者】徐博, 陳春, 肖永平, 池姍姍, 王文佳, 田學(xué)林, 金辰 申請人:哈爾濱工程大學(xué)