一种舰船形变测量系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种舰船形变测量系统及方法，该系统包括：角运动敏感单元，用于通过三轴陀螺仪敏感载体角运动，获取敏感载体相对惯性空间的姿态信息和角增量信息；信息处理单元，用于解算敏感载体相对惯性空间的姿态信息和角增量信息，通过卡尔曼滤波计算舰船形变角估计量。通过该方案解决了现有形变测量准确性低、适用范围有限的问题，可以有效提高舰船形变测量精度，简单易实现，方便多种条件下使用。

【技术实现步骤摘要】
一种舰船形变测量系统及方法
本专利技术涉及惯性测量
，尤其涉及一种舰船形变测量系统及方法。
技术介绍
舰船作为现代战争中重要的军事打击平台，在维护国家领海权益、保护国土安全、驱逐敌对目标等方面具有重大作用及深远意义。由于舰船非理想刚体，在海洋航行过程中，水面舰船会受到海浪波动、发送机振动等因素影响发生形变，使得安装在船体各位置的装备不能直接利用舰船主惯导提供的姿态信息，不便于各装备使用。为测量舰船各装备区域的形变姿态，目前有基于应变传感器的形变测量和基于视觉测量等方法，基于应变传感器的测量方法主要通过在船体上安装尽可能多的应变传感器，结合Ko位移理论、模态分析等得到待测点的位移变化，再根据位移和角度关系获取形变角，该方法以应变传感器为敏感核心，通常以凝胶方式附着于船体，由于凝胶随环境温度变化而发生热胀冷缩容易是应变传感器内部应力发生改变，影响测量精度，同时测量精度受空间安装密度影响，设计大量传感器的测量方式计算复杂度过高。基于视觉测量的形变测量方法，通过在舰船待测区域设置多个合作成像目标或非合作成像目标，依据成像面图像和成像目标间的物理关系，得到各成像目标间的相对位姿变化，再根据相对位姿变化和形变间的规律确定形变角，可以得到较高的测量精度，但由于待测区域必须位于相机的可用视场和有效景深范围，这对相机的安装及舰船尺寸由较多要求和限制，仅适用于小视场范围内的局部高精度形变测量。有鉴于此，有必要提出一种测量精度高、可广泛适用于各舰船的形变测量系统及方法。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例提供了一种舰船形变测量系统及方法，以解决现有形变测量方法测量精度低、适用条件苛刻的问题。在本专利技术实施例的第一方面，提供了一种舰船形变测量系统，包括：角运动敏感单元，用于通过三轴陀螺仪敏感载体角运动，获取敏感载体相对惯性空间的姿态信息和角增量信息；信息处理单元，用于解算敏感载体相对惯性空间的姿态信息和角增量信息，通过卡尔曼滤波计算舰船形变角估计量。在一个实施例中，至少通过两组三轴陀螺仪敏感载体角运动信息。在一个实施例中，所述三轴陀螺仪为激光陀螺仪或光纤陀螺仪中的一种。在一个实施例中，所述信息处理单元包括电源模块、数据处理模块及数据发送模块，其中，所述数据发送模块用于与外部设备进行数据通信，将舰船形变角估计量发送至对应外部设备。在一个实施例中，建立陀螺仪漂移、形变角的状态模型，并构造姿态转移矩阵、三轴形变角、形变角增量和陀螺仪漂移的观测方程。在本专利技术实施例的第二方面，提供了一种舰船形变测量方法，包括：通过三轴陀螺仪采集敏感载体相对惯性空间的姿态信息和角增量信息；解算所述姿态信息和角增量信息，并通过卡尔曼滤波计算舰船形变角估计量。本专利技术实施例中，通过三轴陀螺仪敏感载体角运动，获取敏感载体相对惯性空间的姿态信息和角增量信息,解算敏感载体相对惯性空间的姿态信息和角增量信息，通过卡尔曼滤波计算舰船形变角估计量，在无复杂的测量要求下可以准确得到舰船形变角，从而解决现有形变测量方法测量精度低、适用范围有限的问题，同时，仅利用两组三轴陀螺仪完成形变测量，无需进行复杂的传感器安装过程，也无需保证各陀螺仪之间的可视性，简单易实现，能适用于不同条件下的测量，而且实时性好，适用范围广。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获取其他附图。图1为本专利技术的一个实施例提供的舰船形变测量系统的结构示意图；图2为本专利技术的一个实施例提供的舰船形变测量系统的另一流程示意图；图3为本专利技术的一个实施例提供的舰船形变测量方法的流程示意图。具体实施方式为使得本专利技术的专利技术目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而非全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。本专利技术的说明书或权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及其他相近意思表述，意指覆盖不排他的包含，如包含一系列步骤或单元的过程、方法或系统、设备没有限定于已列出的步骤或单元。请参阅图1，图1为本专利技术一个实施例提供的舰船形变测量系统的结构示意图，包括：角运动敏感单元110，用于通过三轴陀螺仪敏感载体角运动，获取敏感载体相对惯性空间的姿态信息获取和角增量信息；所述三轴陀螺仪可以同时进行六个方向的位置测量，其最大作用是可以敏感载体的角速度，判断物体运动状态。所述载体一般为舰船上待测区域或装备，将三轴陀螺仪安装于载体上，获取载体相对于惯性空间的姿态信息及角增量信息。其中，至少通过两组三轴陀螺仪敏感载体角运动信息。两组三轴陀螺仪安装于被测位置，直接敏感载体角运动信息，通过初始时刻确立、时间同步及姿态更新能够获取姿态信息和角增量信息。优选的，所述三轴陀螺仪为激光陀螺仪或光纤陀螺仪中的一种。信息处理单元120，用于解算敏感载体相对惯性空间的姿态信息和角增量信息，通过卡尔曼滤波计算舰船形变角估计量。对三轴陀螺仪采集的姿态信息和角增量信息进行解算，确定状态变量，建立状态方程及量测方程，通过卡尔曼滤波算法计算舰船被测位置的形变角估计量。具体的，所述信息处理单元包括电源模块、数据处理模块及数据发送模块，其中，所述数据发送模块用于与外部设备进行数据通信，将舰船形变角估计量发送至对应外部设备。所述电源模块用于为信息处理单元提供电力供应，所述数据处理模块用于对接收的陀螺仪数据进行处理，得到形变角估计量。一般所述信息处理单元中可以包括处理器、存储器等，处理器用于对三轴陀螺仪采集的数据进行处理。所述数据发送模块中包括有线或无线通信模块，用于将计算得到的形变角估计量发送至外部设备，如显示设备、传真机等。优选的，建立陀螺仪漂移、形变角的状态模型，并构造姿态转移矩阵、三轴形变角、形变角增量和陀螺仪漂移的观测方程。基于状态方程和观测方程，通过卡尔曼滤波可以计算得到形变角的估计量。在一个实施例中，如图2所示，将角增量信息经姿态更新后，将姿态转移矩阵及角增量信息输入卡尔曼滤波器，在滤波器中建立所述状态方程2010和量测方程2020，其中，状态方程2010包括陀螺仪漂移模型、形变角模型及欧拉角误差模型，量测方程2020包括角增量、姿态矩阵的观测方程。卡尔曼滤波计算得到形变角的估计量。在另一个实施例中示出了形变角估计量的具体计算过程：S1、首先确定状态变量，将舰船形变测量用系统状态变量表示，包括21维物理量：...

【技术保护点】
1.一种舰船形变测量系统，其特征在于，包括：/n角运动敏感单元，用于通过三轴陀螺仪敏感载体角运动，获取敏感载体相对惯性空间的姿态信息和角增量信息；/n信息处理单元，用于解算敏感载体相对惯性空间的姿态信息和角增量信息，通过卡尔曼滤波计算舰船形变角估计量。/n

【技术特征摘要】
1.一种舰船形变测量系统，其特征在于，包括：
角运动敏感单元，用于通过三轴陀螺仪敏感载体角运动，获取敏感载体相对惯性空间的姿态信息和角增量信息；
信息处理单元，用于解算敏感载体相对惯性空间的姿态信息和角增量信息，通过卡尔曼滤波计算舰船形变角估计量。


2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述通过三轴陀螺仪敏感载体角运动具体为：
至少通过两组三轴陀螺仪敏感载体角运动信息。


3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述三轴陀螺仪为激光陀螺仪或光纤陀螺仪中的一种。


4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述信息处理单元包括电源模块、数据处理模块及数据发送模块，其中，
所述数据发送模块用于与外部设备进行数据通信，将舰船形变角估计量发送至对应外部设备。


5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述解算敏感载体相对惯性空间的姿态信息和角增量信息，通过卡尔曼滤波计算舰船形变角估计量包括：
建立陀螺仪漂移、形变角的状态模型，并构造姿态转移矩阵、三轴形变角、形变角增量和陀螺仪漂移的观测方程。

【专利技术属性】
技术研发人员：王世博，韩继韬，冯双记，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七一七研究所，
类型：发明
国别省市：湖北;42