[发明专利]一种基于惯性测量单元的坐标失配测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量方法，具体涉及一种基于惯性测量单元的坐标失配测量方法。

背景技术

现代大型舰船在火炮、导弹、雷达和舰载飞机等设备协调工作期间，需要中心航姿系统提供高精度导航信息进行初始对准和初始参数装订。由于舰船不是一个绝对的刚体，在日晒夜露和时间老化作用下结构形状会逐渐发生变化，产生长期变形；而在恶劣海情下波浪运动对船体加载会使船体产生动态变形，且任意两点间角位移的幅值随着其间距离的加大而增大；当船体机动或减摇装置作用或船艏升离水面重又入水时也可能产生瞬时船体挠曲变形。因此，多种因素都可引起船体变形，静态变形可达1度，动态变形在角分级，这些变形角将导致中心航姿系统与各用户部分坐标失配。如果用户设备不对失配角进行修正，直接使用中心航姿系统的参数进行初始对准和初始参数装订就会引起误差。

惯性测量单元(陀螺仪和加速度计)可以测量所在位置的角速率和加速度，利用计算机可以解算出相应的导航参数。由于船体不同位置坐标失配，不同位置的导航参数会有所差异，这个差异可以反应两位置的坐标失配关系，因此在船体不同部位安装惯性测量单元，航行时通过惯性测量单元输出数据进行导航参数解算，建立导航参数与坐标失配角的关系，通过滤波就可以实时估计出坐标失配角，从而对其进行补偿以减小或消除坐标失配带来的影响。

发明内容

本发明是为了实现舰船由于变形和固定安装偏差引起的坐标失配测量，从而提供一种基于惯性测量单元的坐标失配测量方法。

其特征是它由以下步骤实现：

步骤一、选取两套光纤捷联惯性导航系统作为主子惯性测量单元，将法国IXSEA公司生产的高精度捷联惯导系统PHINS与GPS组合作为监测系统，选择422串口线、加固计算机构成数据采集系统进行数据的实时采集、保存和处理，采用高可靠性的电源，在此基础上加装3套UPS以确保在进行试验的过程中供电不间断。

步骤二、安装设备。主惯导系统光纤陀螺捷联惯导系统和PHINS固定于同一铁板上，安装在船体中心，子惯导光纤捷联惯导系统安装在甲板上，设备均通过槽钢架高；两套数据采集系统均放置在惯性测量单元正上方的架子上，电源、UPS依次固定于惯性测量单元旁，GPS安装在二层观测仓。

开启测量系统中的惯性测量单元进行预热，预热时间不少于1小时。建立主子惯导载体坐标系，定义东北天地理坐标系为导航系，记为n。

步骤三、信息采集。PHINS/GPS与主惯导系统光纤陀螺捷联惯导系统(数据线长度约为50米)通过422串口线连接到第一数据采集系统。子惯导系统光纤陀螺捷联惯导系统(数据线长度约为50米)通过422串口线连接到第二数据采集系统。数据采集频率为100Hz。

检查设备及航行环境，舰船系泊状态下启动PHINS与光纤惯性导航系统，光纤惯性导航设备启动1小时之后初始对准结束。惯性测量单元进入工作状态后舰船出航，完成包含转弯、变加速、回旋运动的航行。使用数据采集装置实时、准确、完整地同步采集PHINS和两套光纤惯性测量单元的速度和姿态信息，并进行保存。

步骤四、信息实时解算。对采集到的数据用计算机进行实时解算，采用速度加姿态匹配方法，利用卡尔曼滤波估计坐标失配角。

系统从t_k-1时刻转移到t_k时刻的动态模型为