[发明专利]一种基于光纤陀螺惯导系统的船体变形测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种船体变形测量技术，特别涉及一种实时动态测量船体变形角的方法。

背景技术

在船舶领域，船体变形是一个不容忽视而且必须解决的问题，自20世纪60年代起，国内外船舶领域的学者们开始了船体变形测量方法的研究，起初的测量方法仅仅局限于光学测量法，如偏振光能量测量法、双频偏振光法、光栅法、大钢管基准法等，此类方法有着较高的精度，但仅适合研究静态的船体变形测量。随着对船体动态变形测量需求的增长，以及新型测量器件的出现，国内外学者发明了多种新的船体变形测量方法，如液体压力测量法、摄影测量法、应变传感器测量法等。但上述方法均是对船体变形进行直接测量，先前所进行的测量信息对于后续的测量没有辅助作用，而且在船体动态变形测量的实时性方面限制于测量装置的数据输出频率。目前惯性匹配测量法是船体变形测量领域的主要研究方向，相关的理论研究很多，包括船体变形的动态数学模型的研究、海浪驱动模型的研究、陀螺漂移的数学模型的研究等，这些研究成果为惯性匹配测量法的实际应用奠定了坚实的理论基础。而本发明采用惯性匹配测量法，利用了现有高精度光纤陀螺惯导系统，可以以较高的采样频率输出载体的角速率信息，可以很好的满足实时性的要求。再利用卡尔曼滤波方法可以有效的利用先前信息，得到船体静态及动态变形角的线性最小方差最优估计结果。

发明内容

本发明提出了一种适合于测量不同类型的船舶发生的静态变形和动态变形的基于光纤陀螺惯导系统的的船体变形测量方法。

本发明的技术方案在于包括如下步骤：

（1）将两套光纤陀螺惯导系统分别安装于船体的中央位置和船首位置，通过调节光纤陀螺惯导系统基座，将两套光纤陀螺惯导系统的敏感轴OY、O'Y'轴沿着船体的艏艉线指向船艏，OZ、O'Z'轴垂直于甲板平面指天，OX、O'X'轴与其它两个轴构成右手正交坐标系；其中，OXYZ和O'X'Y'Z'分别为中央位置处和船首位置处光纤陀螺惯导系统所确立的坐标系；将两套GPS接收机分别与两套光纤陀螺捷联惯导系统相连；

（2）两套光纤陀螺惯导系统均开机进入工作状态，利用GPS接收机为光纤陀螺捷联惯导系统提供统一的时间信息，并实时同步采集两套光纤陀螺惯导系统所敏感到的船体角速率信息，传输至解算计算机；

（3）在解算计算机中，利用依据陀螺漂移模型及船体变形模型所设计的船体变形卡尔曼滤波器处理步骤（2）中得到的角速率信息，实时估计出船体的静态变形角和动态变形角，实现对船体变形的测量。

所涉及的陀螺漂移模型及船体变形模型为