[发明专利]基于光纤捷联惯性系统测量船上任意两位置间距离的方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种用于导航领域的船舶上两位置间距离的测量方法。

背景技术

捷联惯性导航系统是将惯性传感器固联在载体上，直接测量载体的加速度和角速度等运动信息，通过导航计算机对惯性传感器采集的信息进行处理，得到载体的姿态，速度及位置等导航信息的完全自主导航设备。船上一般有两套或多套惯导系统，船本身有一套精度较高的惯导系统，称为主惯导系统。船上的附属装备自身有一套惯导系统，称为子惯导系统。捷联惯性导航系统在进入导航状态前，需要确定导航的初始条件，包括初始速度、位置和姿态等，这个过程就是初始对准。根据载体在初始对准时的运动状态可以将初始对准分为两类：静基座对准和动基座对准。传递对准技术就是在动基座条件下，利用载体上已对准的高精度主惯导的信息，采用惯性信息匹配方法确定子惯导的导航初始信息及坐标系的指向。

传递对准具有对准时间短、对准精度高、对器件的要求宽松等优点。传递对准的方法可分为两类：一类是计算参数匹配，包括速度匹配和位置匹配；另一类是测量参数匹配，包括加速度匹配、角速度匹配和姿态匹配。其中速度匹配传递对准是目前为止较为成熟的匹配方法之一，它利用主惯导和子惯导之间的速度差作为观测量。

发明内容

本发明的目的在于提供对准时间短、对准精度高、对器件要求宽松的基于光纤捷联惯性系统测量船上任意两位置间距离的方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明基于光纤捷联惯性系统测量船上任意两位置间距离的方法，其特征是：

(1)将两套光纤陀螺捷联惯系统s1和s2作为子惯导系统分别放置在船的两个待测位置上；

(2)将船上的高精度主惯导系统n对准并处于导航状态；

(3)将子惯导系统s1和s2预热后，分别采集光纤陀螺仪和石英挠性加速度计输出的数据；

(4)建立以主惯导系统n和s1子惯导系统s1的速度误差、姿态误差及杆臂长度作为状态变量的卡尔曼滤波状态方程及速度误差为量测量的量测方程；

(5)利用卡尔曼滤波技术进行状态估计，实时的估计出子惯导系统s1和主惯导系统n之间的距离r1_p；

(6)建立以主惯导系统n和s2子惯导系统的速度误差、姿态误差及杆臂长度作为状态变量的卡尔曼滤波状态方程及速度误差为量测量的量测方程；

(7)利用卡尔曼滤波技术进行状态估计，实时的估计出子惯导系统s2和主惯导系统n之间的距离r2_p；

(8)将得到的两套子惯导系统s1和s2和主惯导系统n之间的距离r1_p、r2_p矢量做差，得到两个子惯导系统s1和s2和之间的距离、即两个待测位置的距离。

本发明的优势在于：由于船上的环境复杂，一般很难测算船体上两个位置间的距离。本发明利用速度匹配传递对准，建立以速度误差、姿态误差及杆臂长度作为状态变量的卡尔曼滤波状态方程及速度误差为量测量的量测方程，利用卡尔曼滤波方法实时的估计出子惯导和主惯导之间的距离。传递对准具有对准时间短、对准精度高、对器件的要求宽松等优点。

附图说明

图1为本发明的光纤捷联惯性系统在船上的位置示意图；

图2为本发明的流程图；

图3为仿真得到的子惯导s1与主惯导n之间的距离的估计曲线图；

图4为仿真得到的子惯导s2与主惯导n之间的距离的估计曲线图；

图5为仿真得到的子惯导s1与子惯导s2之间的距离的估计曲线图；

图6为仿真得到的子惯导s1与子惯导s2之间的距离的误差曲线图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1～2，本发明基于光纤捷联惯性系统测量船上任意两位置间距离的方法分以下步骤：

(1)为了测量船上某两个位置之间的距离，首先在船上待测的两个位置上各放置一套光纤捷联惯导系统，用s1、s2分别表示两套子惯导系统。

(2)将两套光纤陀螺捷联惯导系统预热后，分别采集光纤陀螺仪和石英挠性加速度计输出的数据。

(3)船上的高精度主惯导系统已经对准并处于导航状态，利用船上主惯导系统输出的惯性信息，同时对s1子惯导系统和s2子惯导系统进行速度匹配传递对准。坐标系n代表主惯导的导航坐标系。利用惯导基本方程，对于主惯导有：