[发明专利]基于光纤陀螺惯性测量系统的船舶横纵荡信息测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种测量船舶横荡、纵荡运动的方法。

背景技术

船舶中应用的惯性测量系统由陀螺仪、加速度计和导航计算机组成，它能够提供船舶的姿态、速度以及位移信息。船舶的位移量按频率域分解可以分为由船舶机动引入的低频分量(船舶的机动较为平缓)，以及由浪涌引起的具有三个自由度的高频分量。在传统惯性导航测量技术中，惯性测量系统对于位移信息测量中高频分量的测量较为准确，而对于低频分量测量误差较大(由于系统的低频分量中存在84.4分钟的舒拉周期误差)。

位移信息测量中高频分量由浪涌引起，包括描述船舶运动的三个自由度高频位移信息，分别是横荡(横移)、纵荡(纵移)、垂荡(升沉)。其中横荡(横移)为沿着船舶的右舷方向的轴向平动信息量，纵荡(纵移)为沿着船舶的艏向方向的轴向平动信息量。随着惯性测量系统的迅速发展，其对于船舶三个姿态信息(横摇、纵摇、艏摇)的测量已经达到了较高的精度，但对于三个自由度上的高频位移信息一直不能提供。这是由于惯性测量系统使用的传统速度测量技术只能测量船舶总的位移信息量(总的位移信息量包含84.4分钟的舒拉周期误差)，不能准确分离出横荡、纵荡和垂荡高频位移信息量。

随着惯性测量系统的广泛使用与快速发展，惯性测量系统不能够测量三个自由度上的高频位移信息，尤其是无法测量横荡、纵荡平动信息的问题越发凸显。例如：因其实用性强而成为研究热点的系泊环境中自对准技术，其对于横荡、纵荡平动信息需要即时测量；船舶进入港口靠岸时横荡、纵荡平动信息对于船舶驾驶者有着重要的参考作用。海上船舶补给物资时被补给船舶与补给船舶需要运动状态同步，测量出横荡、纵荡平动信息对保证补给系统在两艘船舶之间正常且有效地工作意义重大。因此，横荡、纵荡平动信息作为船舶重要的状态信息，它们的测量技术对于实际工程具有重要的实用价值，横荡、纵荡平动信息测量技术的发展必然会推动惯性测量系统技术的进步。

发明内容

本发明的目的在于提供复杂海况条件下测量舰船横荡、纵荡运动的基于光纤陀螺惯性测量系统的船舶横纵荡信息测量方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明基于光纤陀螺惯性测量系统的船舶横纵荡信息测量方法，其特征是：

(1)对船用光纤陀螺捷联惯性系统充分预热，并实时采集光纤陀螺和加速度计的输出信号；

(2)利用光纤陀螺和加速度计的输出，得到船舶实时姿态信息，包括纵摇角α、横摇角β、艏摇角γ，再由姿态信息构成载体坐标系b与地理坐标系t的关系矩阵

Cbt=C11C12C13C21C22C23C31C32C33,]]>

其中

C₁₁＝cosβcosγ-sinβsinαsinγ

C₁₂＝-cosαsinγ

C₁₃＝sinβcosγ+cosβsinαsinγ

C₂₁＝cosβsinγ+sinβsinαcosγ

C₂₂＝cosαcosγ；

C₂₃＝sinβsinγ-cosβsinαcosγ

C₃₁＝-sinβcosα