[发明专利]垂直出水航行体特征位置到达时刻估计方法

说明书

本发明公开了一种垂直出水航行体特征位置到达时刻估计方法，其步骤包括：利用航行体上安装的惯性传感器获取视加速度、角速率的时间序列测量数据；建立参考质点水下运动全过程的速度、位移以及俯仰角、偏航角时间序列；将所述质点运动轨迹换算到航行体头部和尾部的特征点，并迭加航行体姿态修正，分别得到头部特征点和尾部特征点的运动轨迹，由航行体尺寸和运载平台水下航行深度等信息确定特征位置，通过线性插值得到特征位置的到达时刻信息。本发明解决了出水航行体设计、测试中的特征位置到达时刻估计问题，实现了对大尺度水下航行体在舱内段、水中段、出水段的运动过程进行准确界定，为航行体在水下不同阶段的性能差异性分析提供了依据。

技术领域

本发明属于垂直出水航行体设计、测试领域，尤其涉及航行体在出水过程中的水下段特征位置到达时刻估计方法。

背景技术

垂直出水航行体的水下运动，历经舱内段(从启动到尾部出舱)、水中段(从尾部出舱到头部触水)、出水段(从头部触水到尾部出水)等关键过程，这些关键过程为航行体水下运动的特征段。在航行体的设计、测试过程中，通常在航行体内部安装惯性传感器，通过获取视加速度、角速率等信息来得到水下段全过程的轨迹、姿态等信息。

由于舱内段、水中段、出水段所处的工况条件和环境条件有显著差异，需在评价过程中对其各段分别进行分析研究。在海上外场测试中，对垂直出水航行体的高精度外测技术很难实现，只能通过惯性传感器数据推断来不同特征段在时间序列上的分布，因此需要对垂直出水航行体到达相应特征位置的时刻进行准确估计。

对于垂直出水航行体到达特征位置的时刻，现有技术通常对垂向加速度数据进行积分获取垂直运动的速度、位置信息，再通过航行体与运载平台的几何关系推算特征点到达时刻信息，未考虑垂直出水航行体运动过程中的姿态变化带来的影响，在大姿态运动条件下将产生较大误差。本发明针对垂直出水航行体测试工程应用场景，提出一种基于航行体视加速度、角速率时间序列信息的水下段特征位置到达时刻估计方法，以满足垂直出水航行体在水下不同特征阶段的分析评价要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于航行体视加速度、角速率时间序列信息的水下段特征位置到达时刻估计方法，实现对航行体垂直出水过程舱内段、水中段、出水段相关特征位置到达时刻的有效估计，用于海上测试中的出水性能分析与评价。

本发明提供了一种垂直出水航行体特征位置到达时刻估计方法，其步骤包括：

S1，待测航行体于水下运载平台上以一定的垂向作用力释放，在经历舱内段、水中段、出水段三个过程后完成出水，航行体上安装的惯性传感器获取视加速度、角速率的时间序列测量数据，航行体释放时刻为时间序列测量数据的时间零点。

S2，以惯性传感器安装位置为参考质点，建立参考质点水下运动全过程的速度、位移以及俯仰角、偏航角时间序列。

S3，将所述质点运动轨迹换算到航行体头部和尾部的特征点，并迭加航行体姿态修正，分别得到头部特征点和尾部特征点的运动轨迹。以头部特征点和尾部特征点轨迹随时间变化序列为依据，由航行体尺寸和运载平台水下航行深度等信息确定特征位置，通过线性插值得到特征位置的到达时刻信息。

所述的步骤S1具体包括，

S11，建立坐标系，选取航行体从运载平台上释放时惯性传感器所在位置为原点，X轴铅直指向海面，Y轴指向运载平台航行方向，Z轴与X轴、Y轴构成右手坐标系。

S12，已知航行体长度为L，根据惯性传感器安装位置，沿航行体轴向，将其分为上、下2段，长度分别为L_a和L_b，L＝L_a+L_b；运载平台航行深度，即从舱外甲板到水面的距离，为H_war，航行体运载舱深度，即从舱外甲板到舱底的距离，为H_can。