[发明专利]基于时间延迟补偿的船体变形测量方法

说明书

技术领域

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

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。

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。

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

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。

本发明的基于时间延迟补偿的船体变形测量方法为：

（1）将两套光纤陀螺FGU1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x′y′z′，其中oy、oy′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；

（2）根据图2所示，将两套陀螺的坐标系的原点重合，以oyz和o′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o′x′y′以及oxz和o′x′z′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；

（3）将总变形角表示为其矩阵形式为设FGU1测得船体的角速度为而FGU2测得的船体的角速度为那么根据图2所示，

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

（4）ox′y′z′坐标系到oxyz坐标系之间的转换关系为：

[x′,y′,z′]=B[x,y,z]

其中B是方向余弦矩阵，假设α为绕甲板平面的形变角（即航向形变角），β为在船体纵向平面的形变角（即为横摇形变角），γ为绕船体纵轴方向的形变角（即为纵摇形变角），因船体的形变角为小角度，可以忽略其二阶小量，那么方向余弦阵B可化为如下形式：

（5）由可得到则两套光纤陀螺输出的角速度差可表示为：

写成矩阵形式为：

其中是一个反对称阵，则且则两个陀螺的角速率之差为：