[发明专利]捷联惯导系统的舰船甲板动态变形测量方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及的是一种捷联惯导系统的舰船甲板变形测量方法，特别涉及一种基于光纤陀螺的舰船甲板动态变形测量技术。

(二)背景技术

捷联式惯性导航系统用数学平台代替了传统惯性导航系统的物理平台，使系统的设计极大简化，成本大幅度降低，可靠性高，便于维护，得到了越来越广泛的应用。捷联惯导系统的导航精度很大程度上取决于初始对准的精度，而各种快速初始对准方法的精度都会受到甲板变形角的影响，所以研究甲板变形角的测量问题具有重要意义。

现役的舰船上，通常都安装有高精度惯导系统或平台罗经作为中心航姿系统，用于提供具有一定精度的航向、姿态、位置等参数。如果舰船是绝对刚体，甲板没有变形，中心航姿系统和各局部武器设备的惯导系统就可建造一个物理的坐标基准。舰船局部设备的惯导系统就利用已对准好的中心航姿系统的信息进行快速初始对准，可以大大提高局部设备惯导系统对准的快速性和对准精度。但是在实际情况中，舰船受使用寿命、波浪冲击、阳光照射、转舵操作、船体载荷等许多因素的影响，都会引起舰船甲板变形，舰船甲板的变形会对舰船上各局部惯导设备的快速初始对准产生不可忽视的影响。甲板变形通常包括动态变形和静态变形。动态角度变形是由海浪冲击、船体运动等引起的，由它导致的线速度和线角速度的杆臂效应将影响传递对准精度，其范围为几角分到几十角分。

国内外众多学者对此都进行了深入研究，美国军用飞机采用了应变补偿方法，由莱特实验室资助、Boeing与Draper参与的“重大高级惯性网”项目，使用直接对变形进行测量装置，通过压阻丝的伸长或是压缩直接量测挠曲运动，但需要相当复杂的一套光电装置，造价非常昂贵，很难广泛应用，为了解决此问题，同时也有学者研究在惯导系统匹配对准过程中，对甲板变形角加以估计和跟踪计算。

CNKI数据库中包含了一篇“舰船甲板动态变形惯性测量方法研究”的公开报道，其主要内容包括：结合舰船甲板动态变形实际情况，在卡尔曼滤波算法的基础上建立了舰船甲板动态变形惯性测量系统的模型，并对该模型进行了仿真。结果表明了该测量方法在实际工程应用中的可行性。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种能够有效的对舰船甲板动态变形角进行测量的捷联惯导系统的舰船甲板动态变形测量方法。

本发明的目的是这样实现的：包括如下步骤：

(1)通过机械和光学仪器的安装校准，使当地甲板局部惯导的姿态与中心惯导保持一致，舰船中心捷联惯导系统预热启动并开始初始对准；

(2)舰船中心捷联惯导系统初始对准完毕后进入导航状态，中心惯导系统通过自身的解算，得到解算后的姿态、位置、速度信息；

(3)当地甲板舰载装备的惯导设备预热启动，甲板舰载装备的光纤陀螺和石英加速度计开始采集比力和角速度信息，并将采集到的信息通过电缆传输到自身的导航解算单元，同时通过传输电缆将中心捷联惯导系统解算出的信息传输到当地甲板舰载装备的导航解算单元；

(4)当地甲板舰载装备的导航解算单元接收存储舰船中心捷联惯导系统的导航数据，利用姿态数据信息建立计算舰载装备惯导的载体坐标系和导航坐标系n之间的转换矩阵，即初始捷联矩阵，且以动态变形角为对象；

(5)选用二阶马尔科夫过程作为载体动态变形的模型，各个轴的动态变形过程是独立的，动态变形角为μ_i(t)(i＝x，y，z)，它是白噪声激励的二阶马尔科夫过程，动态变形角速率为η(t)，η(t)=μ·(t),]]>展开为：