[发明专利]基于姿态角匹配的无模型船体变形测量方法

权利要求书

1.基于姿态角匹配的无模型船体变形测量方法，其特征在于包括以下步骤：

1)将两个配备有三轴激光陀螺的惯性测量单元分别安装在舰船中心位置及用户设备附近，第1个三轴激光陀螺的惯性测量单元IMU1为舰船中心航姿系统，精度较高，为全舰提供姿态基准，对应的坐标系为oxyz,该坐标系与舰船坐标系b₁对准；第2个三轴激光陀螺的惯性测量单元IMU2的坐标系为o’x’y’z’，与坐标系oxyz近似对准，IMU2对应的载体系为b₂，因为存在陀螺漂移，计算载体系会逐渐偏离真实载体系，记IMU1的计算载体系为IMU2的计算载体系为IMU1和IMU2的惯性坐标系为i；

2)根据IMU1和IMU2输出的角速率信息利用四元数姿态更新法对IMU1姿态矩阵和IMU2的姿态矩阵进行更新，记：

3)构建系统状态方程，具体方法为：

系统状态向量选取为：

X＝[θ_i θ′_i ε₀ ε′₀ ε_r ε′_r]^T

其中θ_i、θ′_i为IMU1和IMU2对应的真实惯性系与计算惯性系之间的误差角，ε₀、ε'₀分别为IMU1和IMU2的陀螺常值漂移，ε_r、ε′_r分别为IMU1和IMU2的陀螺随机漂移；

系统状态方程组表达为：

其中μ_i为陀螺随机漂移的一阶马尔科夫系数，σ_i为陀螺漂移的均方差，w(t)为白噪声；分别为IMU1和IMU2的真实姿态阵，计算时分别取的值；

基于上述方程，将状态方程写为矩阵形式：

4)构建系统观测方程，具体方法为：

系统观测向量选取为：

Z＝[ψ_x ψ_y ψ_z]^T

其中：

ψ_x＝arcsin(C₂₃),

则系统的观测方程表达为：

记上式为：

Z＝g(Z,W)+h(X)+v(t)

其中，为以Z为输入、W为连接权系数的神经网络函数，神经网络的目标输出为Z-h(X)，v(t)为量测噪声；

5)扩展状态变量，具体方法为：

将状态变量X和神经网络连接权系数W联合为新的状态变量设定W是时不变的；若g(Z,W)设定为两层参数神经网络，则连接权系数W包含输入系数W^r、输入阈值b^r、输出系数W^c及输出阈值b^c四个部分，即：

W＝[W^r,b^r,W^c,b^c]^T

其中：l为中间层神经元个数；

对状态方程离散化得到：

X_k+1＝f(X_k)+G·w_k

扩展状态变量后的状态方程为：

其中n_w为连接权系数W的维数；

扩展状态变量后的系统状态方程和观测方程离散化为：

6)利用非线性滤波器对上述问题进行求解，实时估计状态变量根据公式计算出变形角