[发明专利]基于姿态角匹配的无模型船体变形测量方法

说明书

基于姿态角匹配的无模型船体变形测量方法，涉及船体变形测量，利用舰船中心航姿系统和用户设备之间的欧拉角作为观测量，在考虑双陀螺漂移的情况下结合舰船变形角和姿态失准角建立观测方程。为了回避对舰船变形角建立先验数学模型，利用神经网络对变形角进行拟合。为保证训练神经网络的实时性，将神经网络的连接权系数扩展至状态变量中，再利用非线性滤波器对系统状态方程和观测方程进行求解，最优估计出舰船变形角大小。理论直观，操作简便，满足舰船航行时对变形角实时测量的要求，仿真精度可达10角秒。

技术领域

本发明涉及船体变形测量，尤其是涉及基于姿态角匹配的无模型船体变形测量方法。

背景技术

舰船并非绝对的刚体，在海上航行过程中受环境影响如日晒、温度、风浪等会发生轻微的挠曲变形，变形角虽然微小，但会严重影响中心航姿系统与舰载设备之间的传递对准，大大降低舰载设备的使用精度，更为严重的将导致任务执行的失败。因此，为了充分利用中心航姿系统的高精度导航信息，实现舰载设备高精度任务的精准执行，必须实时连续地对船体变形进行测量及校正。针对这一问题，国内外学者提出大量方法，如大钢管基准法、双光源CCD测量法、光栅法、压力测量法、摄影测量法和应变仪测量法^[1]等，虽然这些方法的测量精度较高，但并不能在动态环境下实时测量变形角。目前惯性测量匹配法以其低成本、安装方便、动态适应性强等优点成为船体变形测量领域最具潜力的研究方向，现在已有大量相关的研究成果^[2][3]，主要包括船体变形动^[4][5][6]、静态模型研究^[7]、海浪驱动建模及变形模型参数辨识^[8][9]研究等。虽然这些方法在仿真过程中取得了比较好的效果，但在实际航海过程中，事先建立的模型与实际模型很难吻合，即使模型一致，舰船的变形模型并非固定不变，即使模型设定正确，模型参数也因环境的变化而不断发生变化，模型参数很难得到准确辨识。不准确的船体变形模型将大大降低卡尔曼滤波对变形角估计的精度，甚至直接导致卡尔曼滤波不收敛。

参考文献：

[1]汪顺亭,汪湛清,朱昀炤,等.船体变形的监测方法及其对航向姿态信息的修正[J].中国惯性技术学报,2007,15(6):635-641.

[2]Wang B,Deng Z,Liu C,et al.Estimation of information sharing errorby dynamic deformation between inertial navigation systems[J].IEEETransactions on Industrial Electronics,2014,61(4):2015-2023.

[3]袁二凯,杨功流,于沛,等.一种基于惯性匹配的船体姿态基准传递方法[J].舰船科学技术,2013(12):60-64.

[4]Yuan E K,Yang G L.High-accuracy Modeling of Ship Deformation Basedon Inertial Measuring Method[C]//Advanced Materials Research.Trans TechPublications,2013,760:1227-1232.

[5]Wu W,Qin S,Wang X,et al.A new integrated Gaussian-Markov processmodel for precision shipboard transfer alignment[C]//Position,Location andNavigation Symposium-PLANS 2014,2014IEEE/ION.IEEE,2014:21-26.