[发明专利]传递对准中考虑杆臂补偿的变形角测量方法

摘要

本发明提供的是一种在传递对准中杆臂补偿下变形角的测量方法。将主、子惯导系统分别安装在船上；启动主惯导系统，使其完成初始对准后进入导航状态；测量主、子惯导系统之间的距离；启动子惯导系统，用计算机采集陀螺和加速度计的输出；将主惯导系统的速度、姿态信息传递给子惯导系统，进行对准；建立船体变形的模型，计算变形后的主、子惯导系统之间的距离；建立杆臂效应误差模型；建立卡尔曼滤波的状态方程和观测方程；用卡尔曼滤波估计出主、子惯导系统之间的安装误差角和船体的变形角。本发明中变形角的测量是在杆臂补偿下进行测量的，具有一定的实际意义。

主权项

1.一种在传递对准中杆臂补偿下变形角的测量方法，其特征包括以下步骤：(1)将主、子惯导系统安装在船上，并用线连接好；(2)启动主惯导系统，完成主惯导的初始对准，并使其处于导航状态；(3)测量主、子惯导系统之间的距离；(4)启动子惯导系统，用计算机采集陀螺和加速度计的输出；(5)将主惯导系统的速度信息和姿态信息传递给子惯导系统，完成对准；(6)建立船体变形的模型，计算变形之后主、子惯导系统之间的距离；船在航行时，船体会发生船体变形，其变形的模型为：θ··+2βθ·+β2θ=η]]>其中：θ为船体的变形角，和分别为θ的一阶导数和二阶导数，β＝1.073，η为白噪声。由于船体变形的影响，主、子惯导系统之间的距离就会发生变化，设变化之后的距离为r，则：r=1θz-θy-θz1θxθy-θx1·rp]]>其中：θ_x、θ_y、θ_z为船体变形角在三轴上的分量，r_p为原来主、子惯导系统之间的距离。(7)建立杆臂效应的误差模型；af=r··+2ωib×r·+ω·ib×r+ωib×(ωib×r)]]>其中：a_f为杆臂加速度，r为主、子惯导系统之间的距离，和分别是r的一阶导数和二阶导数，，ω_ib为陀螺的输出。(8)上述所建立的卡尔曼滤波器的状态方程和观测方程；选取系统的状态变量为：X=δvEδvNφmxφmyφmzφaxφayφazθxθyθzθ·xθ·yθ·zT]]>其中：δv_E、δv_N分别为东向速度误差和北向速度误差，φ_mx、φ_my、φ_mz分别为主、子惯导系统之间的失准角在三个轴上的分量，φ_ax、φ_ayφ_az分别为主、子惯导系统之间的安装误差角在三个轴上的分量，θ_x、θ_y、θ_z为船体变形角在三轴上的分量，分别是θ_x、θ_y、θ_z的一阶导数，上标T表示取矩阵的转置。故该系统的滤波模型的状态方程为：X·=AX+W]]>则：A=A1A2-A2N1M103×2A3-A3I3×303×303×203×303×303×303×303×203×303×303×3I3×303×203×303×3A4A5,]]>A4=-βx2000-βy2000-βz2,]]>A2=c13fy-c12fz-c13fx+c11fzc12fx-c11fzc23fy-c22fz-c23fx+c21fzc22fx-c21fz,]]>A5=-2βx000-2βy000-2βz,]]>fss=fxfyfzT,]]>A3=0ωnszs-ωnsys-ωnszs0ωnsxsωnsys-ωnsxs0,]]>Cs′n=c11c12c13c21c22c23c31c32c33,]]>N1=βx2rz·βy2-ry·βz2-rz·βx2βy2rx·βz2,]]>M1=-2βx+rz·ωibz+ry·ωibyrz·βy-ωibz-rx·ωiby-ry·βz-rx·ωibz+ωiby-rz·βx+ωibz-ry·ωibxβy+rz·ωibz+rx·ωibxrx·βz-ry·ωibz-ωibx.]]>其中是状态向量X的导数，ω_ie为地球的自转角速度，为子惯导系统的姿态矩阵，为子惯导三轴的陀螺输出，R_e为地球卯酉曲率半径，为当地的纬度，A₄和A₅中的系数均是挠曲变形角的相关值，为当地的纬度，W为系统噪声阵，设为白噪声。系统选取速度误差和姿态为观测量，则：Z＝[δv_E δv_N φ_mx φ_my φ_mz]^T其中：δv_E、δv_N分别为东向速度误差和北向速度误差，φ_mx、φ_my、φ_mz分别为主、子惯导系统之间的失准角在三个轴上的分量，上标T表示取矩阵的转置。故该系统的观测方程为：Z＝HX+V其中：观测矩阵H=I2×202×302×302×303×2I3×303×303×3,]]>I_2×2、I_3×3分别表示二阶和三阶单位矩阵，V为观测噪声阵，设为白噪声。(9)用卡尔曼滤波估计出主、子惯导系统之间的安装误差角φ_a和船体变形角θ。