[发明专利]一种舰船形变测量系统及方法

说明书

本发明提供一种舰船形变测量系统及方法，该系统包括：角运动敏感单元，用于通过三轴陀螺仪敏感载体角运动，获取敏感载体相对惯性空间的姿态信息和角增量信息；信息处理单元，用于解算敏感载体相对惯性空间的姿态信息和角增量信息，通过卡尔曼滤波计算舰船形变角估计量。通过该方案解决了现有形变测量准确性低、适用范围有限的问题，可以有效提高舰船形变测量精度，简单易实现，方便多种条件下使用。

技术领域

本发明涉及惯性测量技术领域，尤其涉及一种舰船形变测量系统及方法。

背景技术

舰船作为现代战争中重要的军事打击平台，在维护国家领海权益、保护国土安全、驱逐敌对目标等方面具有重大作用及深远意义。由于舰船非理想刚体，在海洋航行过程中，水面舰船会受到海浪波动、发送机振动等因素影响发生形变，使得安装在船体各位置的装备不能直接利用舰船主惯导提供的姿态信息，不便于各装备使用。

为测量舰船各装备区域的形变姿态，目前有基于应变传感器的形变测量和基于视觉测量等方法，基于应变传感器的测量方法主要通过在船体上安装尽可能多的应变传感器，结合Ko位移理论、模态分析等得到待测点的位移变化，再根据位移和角度关系获取形变角，该方法以应变传感器为敏感核心，通常以凝胶方式附着于船体，由于凝胶随环境温度变化而发生热胀冷缩容易是应变传感器内部应力发生改变，影响测量精度，同时测量精度受空间安装密度影响，设计大量传感器的测量方式计算复杂度过高。基于视觉测量的形变测量方法，通过在舰船待测区域设置多个合作成像目标或非合作成像目标，依据成像面图像和成像目标间的物理关系，得到各成像目标间的相对位姿变化，再根据相对位姿变化和形变间的规律确定形变角，可以得到较高的测量精度，但由于待测区域必须位于相机的可用视场和有效景深范围，这对相机的安装及舰船尺寸由较多要求和限制，仅适用于小视场范围内的局部高精度形变测量。

有鉴于此，有必要提出一种测量精度高、可广泛适用于各舰船的形变测量系统及方法。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种舰船形变测量系统及方法，以解决现有形变测量方法测量精度低、适用条件苛刻的问题。

在本发明实施例的第一方面，提供了一种舰船形变测量系统，包括：

角运动敏感单元，用于通过三轴陀螺仪敏感载体角运动，获取敏感载体相对惯性空间的姿态信息和角增量信息；

信息处理单元，用于解算敏感载体相对惯性空间的姿态信息和角增量信息，通过卡尔曼滤波计算舰船形变角估计量。

在一个实施例中，至少通过两组三轴陀螺仪敏感载体角运动信息。

在一个实施例中，所述三轴陀螺仪为激光陀螺仪或光纤陀螺仪中的一种。

在一个实施例中，所述信息处理单元包括电源模块、数据处理模块及数据发送模块，其中，所述数据发送模块用于与外部设备进行数据通信，将舰船形变角估计量发送至对应外部设备。

在一个实施例中，建立陀螺仪漂移、形变角的状态模型，并构造姿态转移矩阵、三轴形变角、形变角增量和陀螺仪漂移的观测方程。

在本发明实施例的第二方面，提供了一种舰船形变测量方法，包括：

通过三轴陀螺仪采集敏感载体相对惯性空间的姿态信息和角增量信息；

解算所述姿态信息和角增量信息，并通过卡尔曼滤波计算舰船形变角估计量。

本发明实施例中，通过三轴陀螺仪敏感载体角运动，获取敏感载体相对惯性空间的姿态信息和角增量信息,解算敏感载体相对惯性空间的姿态信息和角增量信息，通过卡尔曼滤波计算舰船形变角估计量，在无复杂的测量要求下可以准确得到舰船形变角，从而解决现有形变测量方法测量精度低、适用范围有限的问题，同时，仅利用两组三轴陀螺仪完成形变测量，无需进行复杂的传感器安装过程，也无需保证各陀螺仪之间的可视性，简单易实现，能适用于不同条件下的测量，而且实时性好，适用范围广。