基于时间延迟补偿的船体变形测量方法
【专利摘要】本发明提供的是一种基于时间延迟补偿的船体变形测量方法。首先将两套光纤陀螺安装在船体固定位置，并得到船体变形角。然后计算二者的坐标系之间的转换关系并最终得到输出的角速度差，根据实际系统中存在的时间延迟得出两套光纤陀螺真实的角速率关系。最后引入陀螺漂移构建卡尔曼滤波的量测方程，建立陀螺漂移和船体变形角的数学模型和卡尔曼滤波的状态方程，以陀螺输出的角速率为观测输入，对变形角进行估计。该方法针对基于FGU的船体变形测量技术在实船测量应用中所面临的时间延迟问题给予一种补偿方法，从而减小测量误差，提高测量精度，并且简单实用，补偿效果明显，有利于船体变形测量技术的应用。
【专利说明】基于时间延迟补偿的船体变形测量方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种时间延迟补偿方法，特别是一种基于FGU(Fiber Gyro Unit，光纤惯性测量单元)的船体变形测量技术中时间延迟补偿方法。
【背景技术】
[0002]船舶在海上航行时，受到许多因素的影响，船舶甲板会产生不可忽视的变形。这使得由MINS (主惯导)向船载系统等各部位点发送的姿态仅为MINS处的姿态，并非各部位点的载体坐标系相对于导航坐标系的当地坐标系，MINS与局部位置间的姿态差异将严重影响船载系统的精度。
[0003]与光栅法、双频偏振光法等以结构力学为理论基础的测量方法相比，基于惯性测量单元的船体变形测量方法具有成本低、动态适应性好、安装方便等优点，是今后船体变形测量的发展趋势。基于角速率匹配法构建的船体变形测量系统属于分布式测量系统，时间延迟是分布式测量系统普遍面临和必须解决的问题。关于角速率匹配法测量船体变形的理论研究已有诸多成果，但该方法的实际应用却很少。
[0004]传递对准是指用高精度的主惯导的速度和姿态信息对准子惯导信息，角速率匹配是指利用两套惯导的角速率信息估计出相对变形角，两种方法的测量原理有相似之处。关于传递对准中的时间延迟问题的补偿方法，一些文献提出外推滤波法，可以很好的解决传递对准中的时间延迟问题，但必须预先知道时间延迟大小才能进行外推，而角速率匹配法所面临的时间延迟无法预先测量。还有文献提出状态补偿法，对传递对准中的时间延迟进行补偿，但该方法也必须预先知道时间延迟的大小，进而进行状态补偿。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种可提高船体变形测量技术的精度、简单实用的基于时间延迟补偿的船体变形测量方法。
[0006]本发明的基于时间延迟补偿的船体变形测量方法为:
[0007](I)将两套光纤陀螺FGUl和FGU2按照图1所示安装在船体的中央位置和船艏位置，安装时尽量减小安装误差，两套陀螺三个轴向分别命名为xyz和V I' Z'，其中oy、Oj'轴指向船体的纵向，oz、OZ'轴垂直于甲板平面指天，OX、OX'轴与其它两个轴构成右手正交坐标系；
[0008](2)根据图2所示，将两套陀螺的坐标系的原点重合，以oyz和c/ y' z'为例，由于存在船体变形，使得两坐标之间存在角差，对于oxy和ο' χ' j'以及0XZ和ο' χ' τ'同样存在着角差，图2所示的船体变形角差由静态变形角Φ和动态变形角Θ构成；
[0009](3)将总变形角表示为^其矩阵形式为釋=[Λ φy φζ]设FGUl测得船体的角
速度为ii ,而FGU2测得的船体的角速度为& ,那么根据图2所示，
[0010]
【权利要求】
1. 一种基于时间延迟补偿的船体变形测量方法，其特征是：(1)将两套光纤陀螺FGU1和FGU2安装在船体的中央位置和船艏位置，安装时尽量减小 安装误差，两套陀螺三个轴向分别命名为xyz和x' j' z'，其中oy'oy'轴指向船体的纵 向，0Z、0Z'轴垂直于甲板平面指天，ox、ox'轴与其它两个轴构成右手正交坐标系；(2)将两套陀螺的坐标系的原点重合，以oyz和o'j' z'为例，由于存在船体变形， 使得两坐标之间存在角差，对于oxy和o' x' y/以及oxz和o' x' z'同样存在着角差， 得到的船体变形角差由静态变形角O和动态变形角0构成；(3)将总变形角表示为其矩阵形式为[又py‘]，设FGU1测得船体的角速度 为5,而FGU2测得的船体的角速度为5'，那么可得到：其中#是由于FGU1和FGU2之间的弹性形变而引起的两个坐标系之间的相对角速率， 且有 <p~& c|> = 0,(4)ox' y/ z/坐标系到oxyz坐标系之间的转换关系为：
【文档编号】G01B11/16GK103542816SQ201310482685
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年10月16日 优先权日:2013年10月16日
【发明者】徐博, 陈春, 肖永平, 池姗姗, 王文佳, 田学林, 金辰 申请人:哈尔滨工程大学