一种复杂海况下船体形变测量方法技术

本发明专利技术公开了一种复杂海况下船体形变测量方法，包括步骤：数据采集；基于汉宁窗的FIR低通滤波器设计；状态向量降维处理；状态方程和量测方程建立；卡尔曼滤波估计。本发明专利技术可以解决复杂海况下的船体动态形变和静态形变估计问题。相比于目前普遍采用的基于角速度匹配的方法，解决了计算量大，估计精度低的问题，精度和收敛性均得到进一步提高。且在复杂海况下能够降低外界噪声干扰，提高形变估计的稳定性。

A measurement method of ship shape change under complex sea conditions

The invention discloses a method for measuring ship shape change under complex sea conditions, which comprises the following steps: data acquisition; FIR low-pass filter design based on Hanning window; state vector dimensionality reduction processing; establishment of state equation and measurement equation; Kalman filter estimation. The invention can solve the problems of dynamic deformation and static deformation estimation of the hull under complex sea conditions. Compared with the commonly used method based on angular velocity matching, it solves the problems of large amount of calculation and low accuracy of estimation, and the accuracy and convergence are further improved. It can reduce the external noise interference and improve the stability of deformation estimation under complex sea conditions.

【技术实现步骤摘要】
一种复杂海况下船体形变测量方法
本专利技术属于舰船检测技术，具体涉及一种复杂环境下船体形变测量方法。
技术介绍
随着海军装备的不断发展和作战需求的提升，各种舰载武器也朝着智能化、高精度、高水平方向发展。目前舰船一般装有各种攻击和防御设备以及导航系统等，比如跟踪系统、导弹发射系统、雷达系统、瞄准系统等。不同的舰载设备又根据作战任务不同分布于舰船不同战位点，为了保证这些设备的统一协调运行，舰船系统需向这些设备提供高精度的导航信息如：位置、速度和姿态信息，以保证建立起全舰统一的空间基准。然而，船体本身并非一个绝对刚体，由于受到海浪等冲击导致这种非刚体特性使舰船在不同海况下产生三轴方向的形变角。形变角导致舰船设备相对于舰船摇摆中心产生基准误差。因此，舰船上的各个设备系统也就不能得到精确的导航参数。这就降低了武器的命中率。所以为保证各个子系统间协调工作时的精度，精确测量出船体变形是非常有必要的。目前船体形变测量最常用的方法是角速度匹配测量法，其工作原理为：在舰船上两个不同的部位安装两个惯性测量系统(IMU)，当这两个部位之间没有变形角时，坐标系是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复杂海况下船体形变测量方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：/n步骤1：在船体的中心位置安装主IMU，在船体的边缘位置安装子IMU，主IMU用于采集光纤陀螺信号

【技术特征摘要】
1.一种复杂海况下船体形变测量方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤1：在船体的中心位置安装主IMU，在船体的边缘位置安装子IMU，主IMU用于采集光纤陀螺信号包括其中，表示主IMU测量的x轴角速度值；表示主IMU测量的y轴角速度值；表示主IMU测量的z轴角速度值；子IMU用于采集的光纤陀螺信号包括其中，表示子IMU测量的x轴角速度值；表示子IMU测量的y轴角速度值；表示子IMU测量的z轴角速度值；系统根据主IMU和子IMU采集到的信号，输出船体动态形变角(λx,λy,λz)；船体静态形变角其中，λx表示船体在x轴方向的动态形变角；λy表示表示船体在y轴方向的动态形变角；λz表示船体在z轴方向的动态形变角。表示船体在x轴方向的静态形变角；表示表示船体在y轴方向的静态形变角；表示船体在z轴方向的静态形变角；
步骤2：基于汉宁窗的FIR低通滤波器设计：
汉宁窗函数数学表达式为：



式中：W(n)表示输出序列；n表示序列元素个数；N表示窗口值。
步骤3：子IMU光纤陀螺数据低通滤波处理：对子IMU的三个轴的陀螺输出同时进行基于汉宁窗的FIR低通滤波器处理；
步骤4：状态向量降维处理及建立状态方程；
步骤5：建立量测方程
步骤6：卡尔曼滤波器设计。


2.根据权利要求1所述的复杂海况下船体形变测量方法，其特征在于，步骤4中所述的状态向量降维处理及建立状态方程的具体步骤是：
将主IMU测量数据的坐标系定义为m坐标系；将子IMU测量数据的坐标系定义为s坐标系，在静态情况下，主IMU和子IMU之间存在失准角为该失准角为静态形变角；当船受到影响时，主IMU和子IMU之间的形变角度发生改变为动态形变角，记为λ，且动态形变角速率为μ，则有则两处测量点的形变角为：



根据船体形变角产生的原因，将船体形变角分为静态形变角和动态形变角两部分；其中，静态形变角，表示为：



其中，x表示三维空间中x轴方向；y表示三维空间中y轴方向；z表示三维空间中z轴方向。由于静态形变角在一定时间内可以认为是一个固定不变的常量，因此进一步静态形变角速度表示为：



动态形变用二阶马尔卡夫过程作为船体变形的数学模型，动态形变角自相关函数表示为：



其中i＝x,y,z，μi为不规则系数表征了动态形变角的复杂程度，χi是动态变形的主频率，Di为动态形变角的方差；上述相关函数对应的变形滤波器方程表示为：

【专利技术属性】
技术研发人员：徐晓苏，王迪，杨冬瑞，姚逸卿，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32