基于惯性测量组件的船体微小形变测量方法技术

本发明专利技术涉及的是一种微小角度测量方法，尤其是针对船舶形变量大小的测量，具体是一种基于迭代法的惯性系统的船体变形测量方法，解决了船体微小变形难测量的问题。所述测量方法为：将两套光纤捷联惯性装置分别固定安装在舰船上艏尾的两个位置，利用两套光纤捷联装置输出的角速度信息，将两套装置输出的角速度差值作为误差迭代方程的迭代初值，通过迭代法进行处理，进而估计出船体变形角。主要为主惯导平台提供因船体变形引起的误差大小，进而减小惯导系统的导航误差。

Measurement method of ship hull micro deformation based on inertial measurement unit

The invention relates to a micro angle measuring method, in particular to the measurement of ship shape variable size, in particular to a ship deformation measuring method based on the iterative method of the inertia system, which solves the problem that the small deformation of the ship hull is difficult to measure. The measuring method is as follows: two sets of strapdown inertial device are arranged on the two position in the ship bow tail, using two sets of output fiber strapdown device velocity information, two sets of device output angular velocity difference as the initial value of iteration error of iterative equations, processed by iterative method, and then to estimate the hull deformation angle. The main inertial navigation platform provides the error caused by the deformation of the hull, thereby reducing the navigation error of the ins.

【技术实现步骤摘要】
基于惯性测量组件的船体微小形变测量方法
本专利技术涉及的是一种微小角度测量方法，尤其是针对船舶形变量大小的测量，具体是一种基于光纤捷联惯性系统的船体变形测量方法。
技术介绍
现代军事装备对舰船以及舰载武器设备的精度要求越来越高。现代舰船等都配备有各种武器装备：舰载飞机、舰载直升机、巡航导弹、火炮等。为保证舰载飞机和导弹武器等设备的正常运行，在舰载飞机起飞和导弹武器等设备发射使用之前，需要向它们提供一定精度的姿态参数以及所在位置的运动参数，这样可以使得它们的导航系统等设备进行精确地初始导航参数的装定并迅速完成初始对准的工作，进而快速进入正常工作状态。一般舰船上都安装有高精度惯导系统作为中心惯导系统，中心惯导系统可以测定并向全船的用户设备提供这些参数。当舰船是一个绝对的刚体时，各个用户设备部分与中心惯导系统之间都可以建立一个统一而且严格的物理坐标基准。但实际中，舰船并不是一个绝对的刚体，虽然舰船是由刚性强度很大的特殊钢材结构焊接而成，并且在特殊部位进行了加固，但是在舰船自身负载的变化、舰船的壳体在海浪撞击作用以及舰船结构在长期热胀冷缩效应等外部环境和应力的作用下，舰船仍然会产生船体形变。本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于惯性测量组件的船体微小形变测量方法，其实现步骤包括:(1)分别在船体首尾各安装一个光纤陀螺作为子惯导系统，分别记为FGU1和FGU2；船舶自身还有一个主惯导系统，记为FGU3。(2)如果FGU1和FGU2之间没有形变角时，两个坐标系平行；如果有形变角，两个坐标系将不平行，那么光纤陀螺三个轴敏感到的横摇、纵摇和航向角速度也不相等。所以角速度信息是直接反应船体变形角的变量，因此将主、子捷联惯导系统输出的角速度信息差值作为观测量，即迭代法中迭代方程的输入量。(3)将主惯导系统FGU3对准并处于高精度导航状态，即正常工作。(4)将惯导系统FGU1和FGU2预热后，分别采集光纤陀螺仪和加速度计的输出...

【技术特征摘要】
1.基于惯性测量组件的船体微小形变测量方法，其实现步骤包括:(1)分别在船体首尾各安装一个光纤陀螺作为子惯导系统，分别记为FGU1和FGU2；船舶自身还有一个主惯导系统，记为FGU3。(2)如果FGU1和FGU2之间没有形变角时，两个坐标系平行；如果有形变角，两个坐标系将不平行，那么光纤陀螺三个轴敏感到的横摇、纵摇和航向角速度也不相等。所以角速度信息是直接反应船体变形角的变量，因此将主、子捷联惯导系统输出的角速度信息差值作为观测量，即迭代法中迭代方程的输入量。(3)将主惯导系统FGU3对准并处于高精度导航状态，即正常工作。(4)将惯导系统FGU1和FGU2预热后，分别采集光纤陀螺仪和加速度计的输出数据。(5)建立以主惯导系统FGU3和子惯导系统FGU1或FGU2的角速率误差关系式：两套惯导系统(主、子惯导系统)可以测得角速度信息、加速度信息以及姿态信息。主惯导系统的陀螺输出的角速度即为主惯导坐标系相对于惯性空间坐标系的绝对角速度ωib为：ωib＝ωie+ωeb(1)其中，ωie为地理坐标系相对于惯性坐标系的牵连角速度，ωeb为主惯导坐标系相对于地理坐标系的相对角速度。将上式投影到载体坐标系并写成三轴投影的形式可得：同理可得到子惯导系统的陀螺输出的角速度在载体坐标系上三轴投影的形式其中μθ＝[μθxμθyμθz]T为由船体变形产生的主惯导系统坐标系相对子惯导系统坐标系的变形角速率。将主惯导系统的陀螺输出的角速度投影到子惯导系统坐标系上可得：其中转换矩阵为式(5)中φ＝[φxφyφz]T为主惯导系统载体坐标系与子惯导系统载体坐标系之间的失准角，它是由静态变形角和挠曲变形角θ组成。由于和的分量都可以由安装在其部位的陀螺直接测定，因此首先取两套惯导系统陀螺输出的差值，由式(3)、(4)可得：(6)建立以惯导系统FGU1和惯导系统FGU2的角速率误差为输入量的迭代关系式：由上式(6)可以得到由于舰船形变引起的形变角速度μθ在子惯导坐标系上的投影。由转动的方向余弦矩阵微分方程：其中，将式(7)展开写为

【专利技术属性】
技术研发人员：高伟，吴鹏飞，王茁，王国臣，李倩，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23