[发明专利]一种海面小型目标升沉运动测量方法

说明书

本发明公开了一种海面小型目标升沉运动测量方法，其主要目的在于解决对海面小型目标回收之前，获取目标升沉运动轨迹以估计海况信息的问题。本发明的主要步骤包括：SINS和GNSS组合结果的求解、升沉运动轨迹的提取、波高以及有效波高的计算、波面时间历程的模拟、SINS和波面时间历程的组合计算。本发明在GNSS有效时，从SINS和GNSS的组合结果中提取升沉运动轨迹，当GNSS失效时，从前一个时间段的升沉运动轨迹中提取有效波高数据，结合波浪频谱模拟出下一个时间段内的波面时间历程，将SINS和模拟值组合计算，并提取目标升沉运动轨迹。本发明利用波浪谱模拟波面时程的方法，解决了SINS在GNSS长时间缺失的情况下导致的天向发散问题，在估计海况信息方面具有重要参考价值。

技术领域

本发明属于海上小型目标状态测量技术领域，具体涉及一种利用SINS/GNSS组合运算且兼顾GNSS信号缺失的情况下，海面小型目标升沉运动测量方法。

背景技术

随着土地资源的逐渐枯竭，人类对海洋的开发步伐也在加快，越来越多的探测设备被投入海洋。作为探索海洋任务的最后也是最重要的一部分，设备的回收利用可能决定整个项目的成败。海洋勘探设备浮出水面后的回收工作，受海洋状态的影响很大。从工程实践的经验来看，由于船舶在恶劣海况下的晃动会严重威胁起重机的运行安全，所以对设备的回收工作经常是在良好的海况下进行。错过了最好的回收时间可能会导致设备因耗尽电能而失去联系，消失在茫茫的海洋中。波浪大小是影响回收工作的重要因素，从目标的升沉运动中提取的波高数据，可以用于估计其所处环境的海况信息，为回收工作的合理安排提供重要参考。

作为经典的组合的方式，SINS/GNSS组合导航技术不仅能够提供很高的定位精度，SINS的高频采样还可以保证非常高的实时性，GNSS在限制SINS发散方面效果显著。在工程实践中，一些小型设备在浮出水面后，因舱体内的GNSS天线距离水平面较近，卫星信号容易受到波浪的影响，在海况稍微差的中浪级情况下，偶有GNSS信号中断数分钟的情况发生。恶劣海况下GNSS信号的频繁缺失，将导致SINS/GNSS组合的测量结果不再可靠。在天向运动轨迹解算方面，模拟波面历程有助于解决天向发散问题。波浪是一种具有平稳性和各态历经性的随机现象，能够利用少数几个测点的波浪记录表征海浪的总体特征。在工程实践中，一般先要获得波浪的有效波高、周期等参数后，通过模拟靶谱法来获得一列不规则波面的时间历程。可用于靶谱模拟的波浪频谱有Neumann谱、Bretschneider谱、Mitsuyasu谱、ISSC谱、P-M谱、Jonswap谱和文氏谱等。其中单参数谱P-M谱，只有一个输入参数，即有效波高，十分适合应用于与SINS的组合运算。模拟波面时间历程用于填补GNSS缺失后的组合运算，于天向升沉运动测量方面具有重要研究意义。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种海面小型目标升沉运动测量方法，适用于对远处的海面目标回收前，通过测量目标的升沉运动轨迹，判断其所处环境的海况信息，为工作人员回收工作的合理安排提供参考。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种海面小型目标升沉运动测量方法，包括以下步骤：

步骤1：判断GNSS是否有效，若有效则跳转至步骤2，否则跳转至步骤4；

步骤2：获取SINS和GNSS参量，并进行组合运算，计算出在东北天坐标系下的天向运动轨迹；

步骤3：根据步骤2计算出的天向运动轨迹，计算海面目标的升沉运动轨迹，跳转至步骤1；

步骤4：截取临近时间段内的升沉运动轨迹，计算波高序列，计算有效波高；

步骤5：根据有效波高和波浪频谱，模拟出下一个时间段内的波面时间历程；

步骤6：将SINS的参量和模拟的波面时程组合运算，计算出在东北天坐标系下的天向运动轨迹；

步骤7：根据步骤6计算出的天向运动轨迹，计算海面目标的升沉运动轨迹，跳转至步骤1。