[发明专利]一种锚泊船舶姿态与位置监测方法及系统

说明书

本发明公开了一种锚泊船舶姿态与位置监测方法及系统，其方法包括步骤：S1、通过设置于船舶船体外侧的多个惯导传感模块测量加速度、角速度、磁场强度、气压信息、GPS‑RTK信息，GPS‑RTK信息为全球定位卫星载波相位动态时差分信息；S2、对惯导传感模块测量得到的信息进行融合处理，以分析船舶的姿态数据和位置数据；步骤S2中包括：S2.1、采用基于梯度下降法的两级姿态更新解算算法分析船舶的实时姿态数据；S2.2、采用多个传感器融合的卡尔曼滤波算法分析船舶的实时位置数据。本发明提供了一种成本低、精度高、速度快、稳定性好的锚泊船舶姿态与位置监测系统，而且不仅能准确监测船舶的实时姿态、位置数据，还能很好的预测下一时刻船舶的姿态、位置数据。

技术领域

本发明属于物体姿态与位置实时监测领域，具体涉及一种锚泊船舶姿态与位置监测方法及系统。

背景技术

船舶在海上锚泊时，由于受到海风、海浪和洋流等不确定性海况的影响，不可避免的会产生存在一个相耦合作用的六自由度摇荡运动，这使得船舶在海上作业具有很大的安全隐患。因此，对于容易受海况条件影响的船舶来说，船舶姿态的精确检测和位置实时更新显得尤为重要。

常用的船舶姿态监测设备有三轴加速度传感器和三轴陀螺仪，只用三轴加速度传感器采集姿态数据，具有数据单一，短时姿态监测效果差的缺点，而三轴陀螺仪测量姿态角时虽然短时精度高，但由于漂移会导致误差累计。

目前，通用的船舶姿态测量设备结构复杂、造价昂贵、体积质量大、不便于装卸等问题。而且，船舶姿态监测设备中的有关传感器都是安装于船体内，因此磁力计容易受到船体金属外壳的影响，导致磁力计测量精度下降，从而影响船舶姿态监测精度。

因此，需要设计一种利用敏感惯性传感器直接测量船舶的姿态和位置信息，并利用计算机进行姿态计算、坐标变换和位置更新的实时监测装置。通过对船舶四周扩展范围内惯导传感模块的数据实时检测，可以准确得到船舶的运动状态。利用这些得到状态数据，船舶上装有的一些运动补偿结构可以及时做出调整，这将在很大程度上提高船舶海上作业的安全性和稳定性，具有显著的社会价值、经济价值以及军事意义。

发明内容

为了解决现有设备价格高、无法提前获得船舶状态数据的缺陷，本发明的目的是设计一种成本低、精度高、速度快、稳定性好的锚泊船舶姿态与位置监测方法及系统，以保证船舶正常锚泊作业安全。

本发明采用以下技术方案：一种锚泊船舶姿态与位置监测方法，包括步骤：

S1、通过设置于船舶船体外侧的多个惯导传感模块测量加速度、角速度、磁场强度、气压信息、GPS-RTK信息，GPS-RTK信息为全球定位卫星载波相位动态时差分信息；

S2、对惯导传感模块测量得到的信息进行融合处理，以分析船舶的姿态数据和位置数据；

步骤S2中包括：

S2.1、采用基于梯度下降法的两级姿态更新解算算法分析船舶的实时姿态数据；

S2.2、采用多个传感器融合的卡尔曼滤波算法分析船舶的实时位置数据。

作为优选方案，惯导传感模块包括九轴传感器单元、所述九轴传感器单元包括三轴加速度计、三轴陀螺仪、三轴磁力计；

步骤S2.1中，具体包括：

S2.1.1、根据初始时刻的加速度数据、磁场强度数据得出惯导传感模块初始时刻的姿态数据，姿态数据包括俯仰角、横滚角以及偏航角；

S2.1.2、基于梯度下降法的两级姿态更新解算算法分析惯导传感模块的实时姿态数据，具体为：第一级，根据建立的三轴陀螺仪、三轴加速度计量测模型构建第一损失函数，并采用梯度下降法对惯导传感模块的俯仰角和横滚角进行更新，第二级，根据建立的三轴磁力计量测模型构建第二损失函数，并采用梯度下降法对惯导传感模块的偏航角进行更新；